專利名稱：高速列車輪對動態(tài)檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本申請涉及列車輪對檢測技術(shù)領域，特別是涉及一種高速列車輪對動態(tài)檢測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
輪對是列車走行部的重要部件之一，輪對質(zhì)量的好壞直接影響列車行車安全。近年來，隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，火車運行速度逐年提升，伴隨著高速和重載的需求，火車的輪對要承受很大的動態(tài)負載，在車輪踏面上極易出現(xiàn)踏面擦傷、剝離、不圓現(xiàn)象，導致火車運行品質(zhì)下降，磨損加劇，甚至導致車軸斷裂、崩輪，造成重大事故。所述踏面是指車輪與鋼軌面相接觸的外圓周，具有一定的斜度。所述踏面擦傷，是指由車輪發(fā)生滑行造成的，車輪滑行時車輪踏面與鋼軌接觸的那部分成了固定的磨擦面，它與鋼軌持續(xù)摩擦而使車輪踏面上發(fā)生局部平面磨耗，形成擦傷。所述踏面剝離，是指由于車輪踏面表面長期運行受到冷熱不均或持續(xù)沖擊等造成的材料脫落。所述踏面不圓度，是指車輪踏面橫斷面上最大與最小直徑的差值，也稱作橢圓度或失圓度?，F(xiàn)有技術(shù)中的一種TPDS貨車運行狀態(tài)地面安全監(jiān)測系統(tǒng)，采用貼在鋼軌軌腰兩側(cè)的中和軸上的應變片來感受貨車通過時的應變力變化從而檢測車輪踏面表面的踏面損傷及車體偏載狀況，這種監(jiān)測系統(tǒng)僅適用于低速運行的列車檢測，適應速度范圍僅為 20-120km/h，在安裝時，需要對鋼軌做破壞性改造，而高速鐵路正線的整體道床不允許對鋼軌做破壞性改造，因此，該系統(tǒng)不適用于高速列車的輪對在線檢測。此外，所述TPDS貨車運行狀態(tài)地面安全監(jiān)測系統(tǒng)安裝后調(diào)試周期長，維護不方便，必要時需要更換鋼軌，而且不能檢測踏面的不圓度缺陷。另外，現(xiàn)有技術(shù)中還有一種車輪踏面擦傷及不圓度在線動態(tài)檢測裝置，安裝在列車入庫檢修線上，其采用接觸檢測法檢測輪對的踏面擦傷和不圓度缺陷，但其適應速度范圍在15km/h以下，不適用于高速列車的輪對在線檢測。
發(fā)明內(nèi)容為解決上述技術(shù)問題，本申請實施例提供一種高速列車輪對動態(tài)檢測系統(tǒng)，以實現(xiàn)對高速列車的輪對信息的在線檢測，技術(shù)方案如下一種高速列車輪對動態(tài)檢測系統(tǒng)，包括設置在鋼軌上，用于獲取列車輪對信息的軌上檢測裝置，所述輪對信息包括列車車號、輪對個數(shù)以及列車輪對踏面信息；與所述軌上檢測裝置電連接，用于轉(zhuǎn)接所述軌上檢測裝置檢測得到的檢測信號的軌邊轉(zhuǎn)接單元；與所述軌邊轉(zhuǎn)接單元電連接，對所述軌邊轉(zhuǎn)接單元提供的檢測信號進行處理得到輪對的檢測結(jié)果的數(shù)據(jù)處理單元。優(yōu)選地，所述軌上檢測裝置包括[0012]位于列車行進方向上，且設置在一根鋼軌內(nèi)側(cè)，用于列車到來時觸發(fā)所述系統(tǒng)得電的系統(tǒng)上電開關(guān)；設置在一根鋼軌內(nèi)側(cè)，且位于所述系統(tǒng)上電開關(guān)前方的車軸計數(shù)開關(guān)；設置在兩根鋼軌內(nèi)側(cè)，且位于所述車軸計數(shù)開關(guān)前方，用于檢測列車輪對踏面信息的激光傳感器組；設置在兩根鋼軌之間激光傳感器組的車號識別模塊。優(yōu)選地，所述激光傳感器組激光傳感器組包括至少12個激光傳感器，且兩根鋼軌內(nèi)側(cè)的激光傳感器數(shù)量相等。優(yōu)選地，所述激光傳感器通過軌卡固定在鋼軌底部。優(yōu)選地，所述激光傳感器包括固定在同一根鋼軌上的發(fā)射激光信號的激光發(fā)射器和激光接收器，且所述接收器設置在所述激光發(fā)射器的前方；設置在激光發(fā)射器和激光接收器之間，用于保護所述激光發(fā)射器和所述激光接收器的護管。優(yōu)選地，所述激光接收器為高精度位置敏感檢測器PSD接收器。優(yōu)選地，所述軌邊轉(zhuǎn)接單元包括轉(zhuǎn)接箱，以及設置在所述轉(zhuǎn)接箱外的防護箱。優(yōu)選地，所述系統(tǒng)上電開關(guān)為電磁傳感器。優(yōu)選地，所述車軸計數(shù)開關(guān)為電磁傳感器。由以上本申請實施例提供的技術(shù)方案可見，本發(fā)明實施例提供的高速列車輪對動態(tài)檢測系統(tǒng)通過軌上檢測裝置采集輪對踏面狀況的檢測數(shù)據(jù)信號，列車在鋼軌上運行時， 由于車輪載荷會使鋼軌發(fā)生彎曲，其彎曲程度與車輪作用于鋼軌上的力有關(guān)，從而使激光傳感器發(fā)出的激光束發(fā)生偏移，其偏移位移與鋼軌的彎曲度有關(guān)，進而與車輪作用于鋼軌上的力有關(guān)，根據(jù)鋼軌過車前后的形變變化并結(jié)合輪軌關(guān)系計算出輪對信息，即可以計算得到輪對踏面的擦傷、踏面剝離以及踏面不圓度等踏面缺陷，此外還可以用于檢測列車的超偏載、橫向力等運行狀況。本發(fā)明實施例提供的高速列車輪對動態(tài)檢測系統(tǒng)的核心檢測部件為軌上檢測裝置，其安裝在鋼軌的底部，無需對鋼軌進行破壞性改造，同時，軌上檢測裝置能夠在列車高速運行時獲取得到列車的相關(guān)信息，且其內(nèi)部相關(guān)器件抗震性好，能夠適應高速運行環(huán)境。該系統(tǒng)檢測過程全自動進行、檢測效率高，因此，該系統(tǒng)適用于高速運行列車的在線檢測。

為了更清楚地說明本申請實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請中記載的一些實施例，對于本領域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下， 還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本申請實施例一種高速列車輪對動態(tài)檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本申請實施例一種軌上檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本申請實施例一種激光傳感器的安裝示意圖；圖4為本申請實施例一種激光傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；[0031]圖5為本申請實施例接收器的工作原理示意圖。
具體實施方式
為了使本技術(shù)領域的人員更好地理解本申請中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本申請實施例中的附圖，對本申請實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本申請中的實施例，本領域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本申請保護的范圍。請參見圖1，本發(fā)明實施例提供一種高速列車輪對動態(tài)檢測系統(tǒng)，包括軌上檢測裝置1、軌邊轉(zhuǎn)接單元2、數(shù)據(jù)處理單元3。所述軌上檢測裝置1安裝在兩根鋼軌的內(nèi)側(cè)，用于獲取列車輪對信息，該輪對信息包括列車車號、輪對個數(shù)以及列車輪對踏面信息；所述軌上檢測裝置1利用激光傳感器采集列車輪對踏面信息，所述激光傳感器包括平行于鋼軌設置的激光發(fā)射器和激光接收器，所述激光發(fā)射器和所述激光接收器的位置與所述鋼軌相平行。當鋼軌上沒有列車經(jīng)過時，激光發(fā)射器發(fā)射出的激光束正好位于激光接收器的正中心；當有列車經(jīng)過鋼軌時，由于車輪碾壓在鋼軌上導致鋼軌彎曲變形，從而使激光發(fā)射器所發(fā)出的光束發(fā)生偏移，進而激光接收器接收到的光束產(chǎn)生位移，所述激光接收器將所述激光束的位移量轉(zhuǎn)換成電信號，該激光傳感器的檢測精度可檢測到列車輪對踏面上毫米級的缺陷。該軌上檢測裝置是該高速列車輪對動態(tài)檢測系統(tǒng)的檢測核心，該激光傳感器具有安裝簡單、維護方便、抗震性能好等優(yōu)點，該軌上檢測裝置主要通過螺栓卡接在鋼軌底部， 不需要對鋼軌作破壞性改造。激光傳感器又是所述軌上檢測裝置的核心檢測部件，日常維護時，可以通過遠程通信方式檢測激光傳感器上的電壓狀況。激光傳感器內(nèi)部的光學器件具有長期穩(wěn)定性及抗震性，能夠在列車高速運行的高頻振動環(huán)境下長期使用。軌邊轉(zhuǎn)接單元2與所述軌上檢測裝置1電連接。由于軌上檢測裝置的線路很多且比較復雜，故通過軌邊轉(zhuǎn)接單元2轉(zhuǎn)接軌上檢測裝置1上的電源信號及檢測信號。軌上檢測裝置1的各個信號輸出端分別連接至軌邊轉(zhuǎn)接單元2的信號輸入端口，又由于軌上檢測裝置1走線復雜，需要軌邊轉(zhuǎn)接單元2將軌上檢測裝置1的進出線進行必要的合并，經(jīng)所述軌邊轉(zhuǎn)接單元2合并后僅有兩根線纜與數(shù)據(jù)處理單元3相連接，因此軌邊轉(zhuǎn)接單元2大大降低了系統(tǒng)道床上的線路的復雜程度，適應鐵路建設對線路的要求。優(yōu)選地，所述軌邊轉(zhuǎn)接單元2包括用于轉(zhuǎn)接信號的轉(zhuǎn)接箱，以及設置在轉(zhuǎn)接箱外部的防護箱，用于保護所述轉(zhuǎn)接箱，避免水、塵土及人為踩踏等外界因素影響轉(zhuǎn)接箱的正常工作。數(shù)據(jù)處理單元3與所述軌邊轉(zhuǎn)接單元2電連接，數(shù)據(jù)處理單元3接收軌邊轉(zhuǎn)接單元2轉(zhuǎn)接來的信號，并依據(jù)輪軌關(guān)系計算出列車輪對踏面的缺陷信息。上述高速列車輪對動態(tài)檢測系統(tǒng)還可以檢測列車的偏載、超載、橫向力等列車運行狀況，具體的檢測原理是檢測輪對通過檢測列車運行的橫向力，進而預測出列車高速運行時的脫軌系數(shù)，進而可以提高列車行車安全性。[0042]本發(fā)明實施例提供的高速列車輪對動態(tài)檢測系統(tǒng)通過軌上檢測裝置采集輪對踏面狀況的檢測數(shù)據(jù)信號，列車在鋼軌上運行時，由于車輪載荷會使鋼軌發(fā)生彎曲，其彎曲程度與車輪作用于鋼軌上的力有關(guān)，從而使激光傳感器發(fā)出的激光束發(fā)生偏移，其偏移距離與鋼軌的彎曲度有關(guān)，進而與車輪作用于鋼軌上的力有關(guān)，根據(jù)鋼軌過車前后的形變變化并結(jié)合輪軌關(guān)系計算出輪對的缺陷信息，即能夠計算得到輪對踏面的擦傷、踏面剝離以及踏面不圓度等踏面缺陷，此外還可以檢測列車的超偏載、橫向力等運行狀況。本發(fā)明實施例提供的高速列車輪對動態(tài)檢測系統(tǒng)的核心檢測部件為軌上檢測裝置，其安裝在鋼軌的底部，無需對鋼軌進行破壞性改造，同時，軌上檢測裝置能夠在列車高速運行時獲取得到列車的相關(guān)信息，且其內(nèi)部相關(guān)器件抗震性好，能夠適應高速運行環(huán)境，該系統(tǒng)檢測過程全自動進行、檢測效率高，因此能夠適用于高速運行列車。參見圖2，本實施例提供的軌上檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，該軌上檢測裝置包括依次設置在列車行進方向上的系統(tǒng)上電開關(guān)11、車軸計數(shù)開關(guān)12、激光傳感器組13、車號識別模塊14。所述系統(tǒng)上電開關(guān)11設置在兩根鋼軌5中的其中一根的內(nèi)側(cè)，當列車到來時，觸發(fā)所述系統(tǒng)得電，使所述系統(tǒng)處于待機狀態(tài)，準備采集數(shù)據(jù)。當列車車輪經(jīng)過所述系統(tǒng)上電開關(guān)11時，系統(tǒng)上電開關(guān)11輸出的電信號會發(fā)生變化，此變化的電信號可以觸發(fā)系統(tǒng)得電，具體地，可以通過電磁傳感器實現(xiàn)，也可以通過激光傳感器或電渦流傳感器實現(xiàn)。車軸計數(shù)開關(guān)12設置在兩根鋼軌5中的其中一根的內(nèi)側(cè)，且位于所述系統(tǒng)上電開關(guān)11的前方，具體也可以通過電磁傳感器實現(xiàn)，當檢測到車輪(導體)通過時，輸出的電信號發(fā)生一次變化，電磁傳感器輸出電信號的變化次數(shù)即列車車軸的個數(shù)。激光傳感器組13設置在鋼軌5的內(nèi)側(cè)，且設置在車軸計數(shù)開關(guān)的前方，用來檢測列車輪對踏面圓周缺陷。所述激光傳感器組13至少由12個激光傳感器組成，且兩根鋼軌上設置的激光傳感器個數(shù)相同，以12個激光傳感器為例進行對激光傳感器組13進行說明每根鋼軌上設置有6個激光傳感器，每個激光傳感器負責約700mm長度的輪對踏面圓周的檢測，6個激光傳感器就能檢測約為4200mm的圓周距離，而一個車輪的圓周長度小于4200mm，即6個激光傳感器就能夠檢測到任意直徑的車輪至少一個圓周的踏面距離。需要說明的是，激光傳感器的個數(shù)不限于12個，只要能夠檢測車輪踏面圓周的至少一個圓周的距離即可；傳感器的個數(shù)可以多于12個，這樣能夠檢測車輪的兩個或更多個踏面圓周，進而實現(xiàn)多個傳感器檢測出同一個車輪信息，以使檢測結(jié)果更加精確。具體實施時，參見圖3和圖4，圖3為本發(fā)明實施例一種激光傳感器的安裝示意圖； 圖4為本發(fā)明實施例一種激光傳感器的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。激光傳感器包括激光發(fā)射器6、激光接收器7和護管8。如圖3所示，激光發(fā)射器 6和激光接收器7通過軌卡9卡裝在一根鋼軌的底部，具體的，所述軌卡9可以通過固定螺栓固定在鋼軌底部上，安裝簡單，且不需對鋼軌做破壞性改造。而且，激光接收器7設置在激光發(fā)射器6的前方，以使車輪先經(jīng)過激光發(fā)射器6。護管8用于保護所述激光發(fā)射器6和所述激光接收器7內(nèi)部的光學器件。所述激光傳感器靈敏度較好，可以測得的最小載荷為10kg，即使人手指按在所述激光傳感器上方的鋼軌上使鋼軌發(fā)生的形變量也可以被激光傳感器檢測得到形變位移。同時，激光傳感器中的激光接收器的測量范圍較大，一列重達10噸的列車車輪經(jīng)過激光傳感器上方時，激光接收器所測量的位移量僅占其整個測量范圍的10%，因此，該激光傳感器能夠適用于各種載荷的列車。上述激光傳感器的具體工作過程如下正常情況下激光發(fā)射器6發(fā)出的激光束打在激光接收器7的正中心的位置處；當有列車經(jīng)過時，由于車輪碾壓鋼軌造成鋼軌變形，其彎曲程度與車輪作用于鋼軌的作用力、 激光束初始位置與激光接收器中心點的距離及車輪作用時間有關(guān)。從而，使激光發(fā)射器6 發(fā)射的激光光束方向發(fā)生偏移，使得沿著鋼軌所在平面打在PSD激光接收器7的激光光束位置產(chǎn)生位移。所述激光接收器7可以是PSD (Position Sensitive Device，高精度位移傳感器) 激光接收器，縱向設置在鋼軌上，即可以感應激光光束上下偏移的位移量。其工作原理圖如圖5所示，所述激光接收器7的上下兩端輸出電壓分別為Ul和U2，且Ul與U2之和不變。 當激光束打在激光接收器7的正中心時，Ul = U2 ；當激光束向下偏移時，Ul增大、U2減??； 當激光束向上偏移時，Ul減小，U2增大。當列車未到達激光傳感器時，由于車輪碾壓鋼軌使得與車輪相接觸的鋼軌向下彎曲，但是位于車輪前方的激光發(fā)射器6發(fā)出的激光光束向上偏移，使得激光接收器7輸出的 Ul減小，U2增加；當車輪運動到激光發(fā)射器6的上方時，由于激光發(fā)射器6和激光接收器7 分別固定在靠近枕木的鋼軌處，因此車輪的承重力主要由枕木承受，此時鋼軌基本不彎曲， 因此激光發(fā)射器發(fā)出的激光光束不偏移；當車輪運動到激光發(fā)射器6的上方時，由于車輪承重力使與車輪接觸的鋼軌產(chǎn)生形變，即鋼軌向下彎曲，導致激光發(fā)射器6發(fā)出的激光束向下偏移，從而使激光接收器7輸出的Ul增大，U2減小。優(yōu)選地，激光傳感器將車輪經(jīng)過時的全過程的電信號經(jīng)所述軌邊轉(zhuǎn)接單元2提供給所述數(shù)據(jù)處理單元3，數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)接收到的Ul和U2的數(shù)值，利用以下公式計算得到輪對踏面圓周檢測狀況對應曲線
權(quán)利要求1.一種高速列車輪對動態(tài)檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括設置在鋼軌上，用于獲取列車輪對信息的軌上檢測裝置，所述輪對信息包括列車車號、 輪對個數(shù)以及列車輪對踏面信息；與所述軌上檢測裝置電連接，用于轉(zhuǎn)接所述軌上檢測裝置檢測得到的檢測信號的軌邊轉(zhuǎn)接單元；與所述軌邊轉(zhuǎn)接單元電連接，對所述軌邊轉(zhuǎn)接單元提供的檢測信號進行處理得到輪對的檢測結(jié)果的數(shù)據(jù)處理單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速列車輪對動態(tài)檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述軌上檢測裝置包括位于列車行進方向上，且設置在一根鋼軌內(nèi)側(cè)，用于列車到來時觸發(fā)所述系統(tǒng)得電的系統(tǒng)上電開關(guān)；設置在一根鋼軌內(nèi)側(cè)，且位于所述系統(tǒng)上電開關(guān)前方的車軸計數(shù)開關(guān)；設置在兩根鋼軌內(nèi)側(cè)，且位于所述車軸計數(shù)開關(guān)前方，用于檢測列車輪對踏面信息的激光傳感器組；設置在兩根鋼軌之間激光傳感器組的車號識別模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高速列車輪對動態(tài)檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述激光傳感器組包括至少12個激光傳感器，且兩根鋼軌內(nèi)側(cè)的激光傳感器數(shù)量相等。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高速列車輪對動態(tài)檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述激光傳感器通過軌卡固定在鋼軌底部。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高速列車輪對動態(tài)檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述激光傳感器包括固定在同一根鋼軌上的發(fā)射激光信號的激光發(fā)射器和激光接收器，且所述接收器設置在所述激光發(fā)射器的前方；設置在激光發(fā)射器和激光接收器之間，用于保護所述激光發(fā)射器和所述激光接收器的護管。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高速列車輪對動態(tài)檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述激光接收器為高精度位置敏感檢測器PSD接收器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的高速列車輪對動態(tài)檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述軌邊轉(zhuǎn)接單元包括轉(zhuǎn)接箱，以及設置在所述轉(zhuǎn)接箱外的防護箱。
8.根據(jù)權(quán)利要求2-6任一項所述的高速列車輪對動態(tài)檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)上電開關(guān)為電磁傳感器。
9.根據(jù)權(quán)利要求2-6任一項所述的高速列車輪對動態(tài)檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述車軸計數(shù)開關(guān)為電磁傳感器。
專利摘要本申請公開了一種高速列車輪對動態(tài)檢測系統(tǒng)包括設置在鋼軌上，獲取列車輪對信息的軌上檢測裝置，輪對信息包括列車車號、輪對個數(shù)以及列車輪對踏面信息；與軌上檢測裝置電連接，轉(zhuǎn)接軌上檢測裝置檢測得到的檢測信號的軌邊轉(zhuǎn)接單元；與軌邊轉(zhuǎn)接單元電連接，對檢測信號進行處理得到輪對的檢測結(jié)果的數(shù)據(jù)處理單元。本實用新型實施例提供的高速列車輪對動態(tài)檢測系統(tǒng)的核心檢測部件為軌上檢測裝置，其安裝在鋼軌的底部，無需對鋼軌進行破壞性改造，同時，軌上檢測裝置能夠在列車高速運行時獲取得到列車的相關(guān)信息，且其內(nèi)部相關(guān)器件抗震性好，能夠適應高速運行環(huán)境。該系統(tǒng)檢測過程全自動進行、檢測效率高，因此，該系統(tǒng)適用于高速運行列車的在線檢測。
文檔編號G01M17/10GK201980253SQ20102066017
公開日2011年9月21日 申請日期2010年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月14日
發(fā)明者周偉, 彭朝勇, 戴立新, 楊凱, 王澤勇, 王黎, 趙全軻, 高曉蓉 申請人:成都主導科技有限責任公司, 西南交通大學