專利名稱：高鐵鋼軌傷損檢測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高鐵鋼軌傷損檢測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及檢測(cè)方法，屬于鐵路安全監(jiān)測(cè)與防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于列車和鋼軌的長(zhǎng)期相互作用，自然環(huán)境和鋼軌本身質(zhì)量原因都會(huì)造成鋼軌的傷損。我國根據(jù)鋼軌的傷損種類，傷損位置及傷損原因進(jìn)行分類，共分為9類32種傷損。目前軌道傷損檢測(cè)的主要有兩種:手推式探傷儀和大型軌道檢測(cè)車，前者是目前國內(nèi)軌道檢測(cè)的主要手段，這種方式的主要問題是效率低下，一臺(tái)這樣的探傷設(shè)備至少需要4人，檢測(cè)的速度僅有2-3km/h。其次，在探傷檢測(cè)中，檢測(cè)的結(jié)果很容易受環(huán)境和個(gè)人主觀因素的影響，很容易造成錯(cuò)判和漏判現(xiàn)象。大型軌道檢測(cè)車是目前最先進(jìn)的軌道檢測(cè)方式，相對(duì)人工檢測(cè)方式，檢測(cè)速度和可靠性有很大的提高。它的檢測(cè)速度一般能夠達(dá)到40Km/h，最高甚至可以達(dá)到80Km/h。隨著技術(shù)發(fā)展，國外已經(jīng)有了一些高速的檢測(cè)設(shè)備，如法國的MGV檢測(cè)列車能夠以300Km/h的速度對(duì)軌道進(jìn)行檢測(cè)，其次還有日本的East-1和德國的OMWE等。盡管這些高速軌檢車提高了軌道檢測(cè)的效率，但是這些車一般是每隔幾個(gè)月才對(duì)線路檢測(cè)一次，不能對(duì)軌道進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，如何提高高速鐵路鋼軌傷損檢測(cè)效率成了一個(gè)亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了解決手推式探傷儀的檢測(cè)結(jié)果很容易受環(huán)境和個(gè)人主觀因素的影響，很容易造成錯(cuò)判和漏判，而高速軌檢車不能對(duì)軌道實(shí)時(shí)監(jiān)控的問題，提供了一種高鐵鋼軌傷損檢測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及檢測(cè)方法。

本發(fā)明所述高鐵鋼軌傷損檢測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，它包括加壓裝置、絲桿、模擬車輪、模擬高鐵鋼軌、傳送帶、主動(dòng)輪、電機(jī)、振動(dòng)加速度傳感器、wifi無線發(fā)射模塊、wifi無線接收模塊和上位機(jī)，模擬高鐵鋼軌為圓盤狀的輪子結(jié)構(gòu)，模擬高鐵鋼軌與主動(dòng)輪之間通過傳送帶實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)連接，主動(dòng)輪由電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，模擬車輪和模擬高鐵鋼軌之間滾動(dòng)接觸，加壓裝置通過絲桿給模擬車輪加壓；模擬高鐵鋼軌的盤面上設(shè)置有振動(dòng)加速度傳感器，振動(dòng)加速度傳感器用于檢測(cè)模擬高鐵鋼軌的表面?zhèn)麚p信號(hào)，所述表面?zhèn)麚p信號(hào)和裂紋傷損信號(hào)通過wifi無線發(fā)射模塊發(fā)送出去；由wifi無線接收模塊接收后輸出給上位機(jī)。上述方案還可以進(jìn)一步包括變頻器，變頻器的轉(zhuǎn)速控制信號(hào)輸出端與電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制信號(hào)輸入端相連。上述方案還可以進(jìn)一步包括壓力傳感器，壓力傳感器用于檢測(cè)加壓裝置施加給模擬車輪的壓力信號(hào)，壓力傳感器的壓力信號(hào)輸出端與wifi無線發(fā)射模塊的壓力信號(hào)輸入端相連。
上述方案還可以進(jìn)一步包括編碼器測(cè)速模塊，編碼器測(cè)速模塊用于測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)速，編碼器測(cè)速模塊的電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)輸出端與Wifi無線發(fā)射模塊的電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)輸入端相連?；谒龈哞F鋼軌傷損檢測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的檢測(cè)方法包括以下步驟:步驟一、利用加壓裝置加壓來模擬不同車重，通過調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速來模擬不同車速，在模擬高鐵鋼軌上不同位置制造表面?zhèn)麚p，通過振動(dòng)加速度傳感器采集模擬高鐵鋼軌的表面?zhèn)麚p信號(hào)，并提取其時(shí)域特征參數(shù)和時(shí)頻域特征參數(shù)，通過支持向量機(jī)來建立傷損識(shí)別庫；步驟二、在模擬高鐵鋼軌上沿圓周方向設(shè)置多個(gè)振動(dòng)加速度傳感器，對(duì)每個(gè)振動(dòng)加速度傳感器采集的表面?zhèn)麚p信號(hào)進(jìn)行處理，提取其時(shí)域特征參數(shù)和時(shí)頻域特征參數(shù)；步驟三、對(duì)照步驟一的傷損識(shí)別庫，判斷步驟二獲取的每個(gè)振動(dòng)加速度傳感器所在位置是否存在表面?zhèn)麚p。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):I)在符合赫茲接觸定理的情況下模擬了列車車輪和鋼軌的接觸狀態(tài)，并且實(shí)現(xiàn)了輪軌間200Km/h的線速度，可以得出高速下的鋼軌傷損信號(hào)，傳感器的安裝位置、輪軌間施加的壓力、輪軌間的線速度都可以調(diào)整，可以得到不同模擬車速、車重、不同測(cè)量位置處的鋼軌傷損信號(hào)。2)在模擬鋼軌上可以安裝振動(dòng)加速度傳感器對(duì)不同的表面?zhèn)麚p進(jìn)行檢測(cè)，振動(dòng)加速度傳感器主要用于檢測(cè)鋼軌的表面?zhèn)麚p。3)實(shí)驗(yàn)中的振動(dòng)數(shù)據(jù)采用了無線傳輸，由于數(shù)據(jù)量較大，采用了高速的基于wifi的傳輸方案，實(shí)驗(yàn)中穩(wěn)定的傳輸速度能達(dá)到5MB/S，能夠滿足數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸需求,在傳輸實(shí)時(shí)性要求不高時(shí)，選擇傳輸波形數(shù)據(jù)，傳輸實(shí)時(shí)性要求高時(shí)，選擇傳輸波形特征參數(shù)數(shù)據(jù)。4)在電腦上位機(jī)軟件中集成了振動(dòng)信號(hào)的處理程序、測(cè)速調(diào)速程序和壓力顯示程序，集成度的提高，簡(jiǎn)化了設(shè)備的使用，自動(dòng)化程度也得到提高。


圖1是本發(fā)明所述高鐵鋼軌傷損檢測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明所述高鐵鋼軌傷損檢測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的電氣控制原理圖；圖3是鋼軌波浪形磨耗的外形示意圖；圖4是軌頭局部壓陷的外形示意圖；圖5是鋼軌表面剝離的外形示意圖；圖6是鋼軌馬鞍形磨耗的外形示意圖；圖7是鋼軌高低接頭的外形示意圖；圖8是實(shí)施例中一段振動(dòng)信號(hào)示意圖；圖9是濾波前振動(dòng)信號(hào)的頻譜圖；圖10是濾波后振動(dòng)信號(hào)的頻譜圖；圖11是信號(hào)EMD分解后的前6個(gè)IMF分量圖；圖12是信號(hào)EMD分解后的 后4個(gè)IMF分量圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一:下面結(jié)合圖1至圖7說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述高鐵鋼軌傷損檢測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，包括加壓裝置1、絲桿2、模擬車輪3、模擬高鐵鋼軌4、傳送帶5、主動(dòng)輪
6、電機(jī)8、振動(dòng)加速度傳感器9、wifi無線發(fā)射模塊12、wifi無線接收模塊13和上位機(jī)14，模擬高鐵鋼軌4為圓盤狀的輪子結(jié)構(gòu)，模擬高鐵鋼軌4與主動(dòng)輪6之間通過傳送帶5實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)連接，主動(dòng)輪6由電機(jī)8帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，模擬車輪3和模擬高鐵鋼軌4之間滾動(dòng)接觸，加壓裝置I通過絲桿2給模擬車輪3加壓；模擬高鐵鋼軌4的盤面上設(shè)置有振動(dòng)加速度傳感器9，振動(dòng)加速度傳感器9用于檢測(cè)模擬高鐵鋼軌4的表面?zhèn)麚p信號(hào)，所述表面?zhèn)麚p信號(hào)和裂紋傷損信號(hào)通過wifi無線發(fā)射模塊12發(fā)送出去；由wifi無線接收模塊13接收后輸出給上位機(jī)14。加壓裝置I通過絲桿2給模擬車輪3加壓，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)模擬車輪3對(duì)模擬高鐵鋼軌4施加的模擬車重，該壓力是可調(diào)節(jié)的，加壓裝置I是旋轉(zhuǎn)件，通過旋轉(zhuǎn)加壓，再由絲桿傳遞實(shí)現(xiàn)。獲取鋼軌傷損振動(dòng)加速度的第一步是在模擬鋼軌4上制造相應(yīng)的傷損，鋼軌傷損種類比較多，常見的有鋼軌的波浪形磨耗、軌頭局部壓陷、軌面剝離、馬鞍形磨耗和鋼軌高低接頭等，圖3到圖7分別描繪了這些鋼軌傷損的外形?？梢园凑者@些傷損的外形在模擬鋼軌4上加工出模擬的鋼軌傷損。圖1中的模擬鋼軌4上分布著大量傳感器安裝位置，通過調(diào)整傳感器和傷損之間的位置，可以得到相對(duì)傷損不用位置的傷損信號(hào)。振動(dòng)加速度傳感器9采用了 PCB公司的通用陶瓷加速度傳感器。
具體實(shí)施方式
二:本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式一作進(jìn)一步說明，它還包括變頻器7，變頻器7的轉(zhuǎn)速控制信號(hào)輸出端與電機(jī)8的轉(zhuǎn)速控制信號(hào)輸入端相連。變頻器用于控制電機(jī)8的轉(zhuǎn)速的大小。主動(dòng)輪6和模擬高鐵鋼軌4上均設(shè)置一個(gè)皮帶輪，兩個(gè)皮帶輪由傳送帶5連接，主動(dòng)輪6由電機(jī)8帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，主動(dòng)輪6通過傳送帶5帶動(dòng)模擬高鐵鋼軌4旋轉(zhuǎn)。通過控制電機(jī)8的轉(zhuǎn)速便可得出不同模擬車速下的傷損信號(hào)。模擬車速V =—;其推導(dǎo)過程為:
60c/2設(shè)Ii1為電機(jī)8的轉(zhuǎn)速，η2為模擬鋼軌4的轉(zhuǎn)速，Cl1為主動(dòng)輪6上的皮帶輪直徑，d2為模擬鋼軌4上的皮帶輪的直徑，Γι主動(dòng)輪6上的皮帶輪半徑，r2為模擬鋼軌4上的皮帶輪的半徑,D2為模擬鋼軌4的直徑，r3為模擬鋼軌4的半徑，由于皮帶輪上各點(diǎn)的線速度相等，于是有V1=V2, V1為主動(dòng)輪6上的皮帶輪的線速度，V2為模擬鋼軌4上的皮帶輪的線速度，容
2πη, πη. .πη…，一 πηλ , πη 7
易得到 νι =岣.= i = i ’同理=’所以有 j =’
λ7τΓ) Yl
也即w2 = f。模擬車速V = ω，.r, =，代入前面的n2公式中，則有:
di 2 3 60
權(quán)利要求
1.高鐵鋼軌傷損檢測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于，它包括加壓裝置(I)、絲桿(2)、模擬車輪(3)、模擬高鐵鋼軌(4)、傳送帶(5)、主動(dòng)輪(6)、電機(jī)(8)、振動(dòng)加速度傳感器(9)、wif i無線發(fā)射模塊(12), wifi無線接收模塊(13)和上位機(jī)(14)， 模擬高鐵鋼軌(4)為圓盤狀的輪子結(jié)構(gòu)，模擬高鐵鋼軌(4)與主動(dòng)輪(6)之間通過傳送帶(5)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)連接，主動(dòng)輪(6)由電機(jī)(8)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，模擬車輪(3)和模擬高鐵鋼軌(4)之間滾動(dòng)接觸， 加壓裝置(I)通過絲桿(2 )給模擬車輪(3 )加壓； 模擬高鐵鋼軌(4)的盤面上設(shè)置有振動(dòng)加速度傳感器(9)，振動(dòng)加速度傳感器(9)用于檢測(cè)模擬高鐵鋼軌(4)的表面?zhèn)麚p信號(hào)，所述表面?zhèn)麚p信號(hào)和裂紋傷損信號(hào)通過wifi無線發(fā)射模塊(12)發(fā)送出去；由wifi無線接收模塊(13)接收后輸出給上位機(jī)(14)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高鐵鋼軌傷損檢測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于，它還包括變頻器(7)，變頻器(7)的轉(zhuǎn)速控制信號(hào)輸出端與電機(jī)(8)的轉(zhuǎn)速控制信號(hào)輸入端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述高鐵鋼軌傷損檢測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于，它還包括壓力傳感器(11)，壓力傳感器(11)用于檢測(cè)加壓裝置(I)施加給模擬車輪(3)的壓力信號(hào)，壓力傳感器(11)的壓力信號(hào)輸出端與wifi無線發(fā)射模塊(12)的壓力信號(hào)輸入端相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述高鐵鋼軌傷損檢測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于，它還包括編碼器測(cè)速模塊(12)，編碼器測(cè)速模塊(12)用于測(cè)量電機(jī)(8)的轉(zhuǎn)速，編碼器測(cè)速模塊(12)的電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)輸出端與wifi無線發(fā)射模塊(12)的電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)輸入端相連。
5.基于權(quán)利要求4所述高鐵鋼軌傷損檢測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的檢測(cè)方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 步驟一、利用加壓裝置(I)加壓來模擬不同車重，通過調(diào)整電機(jī)(8)的轉(zhuǎn)速來模擬不同車速，在模擬高鐵鋼軌(4)上不同位置制造表面?zhèn)麚p，通過振動(dòng)加速度傳感器(9)采集模擬高鐵鋼軌(4)的表面?zhèn)麚p信號(hào)，并提取其時(shí)域特征參數(shù)和時(shí)頻域特征參數(shù)，通過支持向量機(jī)來建立傷損識(shí)別庫； 步驟二、在模擬高鐵鋼軌(4)上沿圓周方向設(shè)置多個(gè)振動(dòng)加速度傳感器(9)，對(duì)每個(gè)振動(dòng)加速度傳感器采集的表面?zhèn)麚p信號(hào)進(jìn)行處理，提取其時(shí)域特征參數(shù)和時(shí)頻域特征參數(shù)；步驟三、對(duì)照步驟一的傷損識(shí)別庫，判斷步驟二獲取的每個(gè)振動(dòng)加速度傳感器(9)所在位置是否存在表面?zhèn)麚p。
6.基于權(quán)利要求5所述高鐵鋼軌傷損檢測(cè)方法，其特征在于，步驟一中建立傷損識(shí)別庫的過程為: 步驟一一、模擬高鐵鋼軌(4)上某處位置制造出表面?zhèn)麚p，并把振動(dòng)加速度傳感器(9)設(shè)置在該傷損位置附近，加壓裝置(I)通過絲桿(2)給模擬車輪(3)加壓，來實(shí)現(xiàn)給模擬高鐵鋼軌(4 )模擬施加車重，車重?cái)?shù)值由壓力傳感器(11)讀取；啟動(dòng)電機(jī)(8 )，通過控制電機(jī)(8)的轉(zhuǎn)速Ii1來調(diào)整模擬高鐵鋼軌(4)達(dá)到設(shè)定的車速V=^n2 1 /2,，其中:D2為模擬高 OOcZ2鐵鋼軌(4)的直徑，屯為主動(dòng)輪(6)上的皮帶輪直徑，d2為模擬高鐵鋼軌(4)上的皮帶輪直徑; 步驟一二、上位機(jī)(14)對(duì)接收的模擬高鐵鋼軌(4)的表面?zhèn)麚p信號(hào)按數(shù)據(jù)長(zhǎng)度N進(jìn)行截取，獲取m個(gè)表面?zhèn)麚p信號(hào)Xi (t)，i=l, 2,..., m, 其中:數(shù)據(jù)長(zhǎng)度N由公式
全文摘要
高鐵鋼軌傷損檢測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及檢測(cè)方法，屬于鐵路安全監(jiān)測(cè)與防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明為解決手推式探傷儀的檢測(cè)結(jié)果易受環(huán)境和個(gè)人因素影響的問題。本發(fā)明包括加壓裝置、絲桿、模擬車輪、模擬高鐵鋼軌、傳送帶、主動(dòng)輪、電機(jī)、振動(dòng)加速度傳感器、wifi無線發(fā)射模塊、wifi無線接收模塊和上位機(jī)，檢測(cè)方法包括以下步驟一、模擬不同車重、不同車速，制造不同的表面?zhèn)麚p，提取振動(dòng)加速度傳感器采集信號(hào)的時(shí)域特征參數(shù)和時(shí)頻域特征參數(shù)，通過支持向量機(jī)來建立傷損識(shí)別庫；二、在模擬高鐵鋼軌上沿圓周方向設(shè)置多個(gè)振動(dòng)加速度傳感器，提取每個(gè)傳感器采集信號(hào)的參數(shù)；三、對(duì)照傷損識(shí)別庫，判斷二獲取的每個(gè)振動(dòng)加速度傳感器所在位置是否存在表面?zhèn)麚p。
文檔編號(hào)G01N29/04GK103226132SQ20131014796
公開日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2013年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月25日
發(fā)明者王艷, 魏強(qiáng), 章欣, 沈毅 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)