鐵路道岔狀態(tài)動(dòng)態(tài)檢測(cè)方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及軌道道岔檢測(cè)技術(shù)，尤其是涉及一種針對(duì)綜合檢測(cè)列車軸箱加速度的 鐵路道岔狀態(tài)動(dòng)態(tài)檢測(cè)方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 長(zhǎng)期以來，道岔與鋼軌接頭、曲線并稱為軌道結(jié)構(gòu)的三大薄弱環(huán)節(jié)。無縫線路的發(fā) 展以及曲線軌道的加強(qiáng)逐漸改善了軌道結(jié)構(gòu)的工作條件，致使道岔成為鐵路軌道的最薄弱 環(huán)節(jié)，成為限制行車速度的關(guān)鍵設(shè)備。特別在高速客運(yùn)專線上，道岔的安全性尤為重要。除 設(shè)計(jì)和施工外，對(duì)道岔的檢測(cè)與維護(hù)也是個(gè)重要任務(wù)。目前我國(guó)的道岔維修都為人工故障 后的維修，在高速線路上，道岔一旦出現(xiàn)故障將嚴(yán)重影響鐵路的運(yùn)營(yíng)，甚至?xí)l(fā)生災(zāi)難性的 事故。另外，為保證列車和線路的運(yùn)營(yíng)效率，高速運(yùn)行的列車要求對(duì)線路的維護(hù)和維修次數(shù) 越少越好、時(shí)間越短越好。由于我國(guó)鐵路目前尚無對(duì)道岔實(shí)施行之有效的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)手段，道 岔的日常維護(hù)和故障道岔的維修，勢(shì)必占用較多的運(yùn)營(yíng)時(shí)間。
[0003] 目前對(duì)高速鐵路道岔的檢測(cè)分為靜態(tài)檢測(cè)和動(dòng)態(tài)檢測(cè)，其中靜態(tài)檢查包括安裝地 面道岔監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和人工檢測(cè)，動(dòng)態(tài)檢測(cè)包括道岔區(qū)的軌道幾何不平順檢測(cè)和車輛動(dòng)態(tài)響應(yīng) 檢測(cè)。國(guó)外高速鐵路對(duì)道岔狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)比較重視，研制開發(fā)了相應(yīng)的地面道岔監(jiān)測(cè)系 統(tǒng)，如德國(guó)、法國(guó)、俄羅斯等，監(jiān)控的數(shù)據(jù)有尖軌位置、轉(zhuǎn)轍機(jī)電流、電壓、各牽引點(diǎn)的轉(zhuǎn)換 力、轉(zhuǎn)換時(shí)間、最小輪緣槽、鋼軌縱向力、鋼軌溫度等。中國(guó)高速鐵路具有里程長(zhǎng)、道岔數(shù)量 多的特點(diǎn)，對(duì)所有的道岔實(shí)行地面監(jiān)測(cè)是不現(xiàn)實(shí)的，只能對(duì)少數(shù)幾組道岔進(jìn)行抽樣性監(jiān)測(cè)。 道岔人工靜態(tài)檢查的項(xiàng)目包括軌距、水平、支距、高低、軌向、尖軌與基本軌間隙、心軌與翼 軌間隙、尖軌各控制斷面相對(duì)于基本軌高差、心軌各控制斷面相對(duì)于翼軌高差等幾何不平 順和結(jié)構(gòu)參數(shù)。靜態(tài)檢測(cè)周期一般較長(zhǎng)，每月1遍或每季度1遍，難以滿足道岔狀態(tài)實(shí)時(shí) 監(jiān)測(cè)的需要；此外，靜態(tài)檢查難以發(fā)現(xiàn)多種因素，如尖軌降低值和接頭不平度，耦合引起的 道岔病害。利用軌道幾何檢測(cè)系統(tǒng)可以對(duì)軌道不平順，包括高低、軌向、水平、三角坑、軌距 進(jìn)行檢測(cè)；但其檢測(cè)波長(zhǎng)通常在3~120m之間，難以分析道岔處的短波狀態(tài)對(duì)高速鐵路軌 道-車輛系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性的影響。在車輛運(yùn)行中，利用測(cè)力輪對(duì)測(cè)定的輪軌間橫向力和 垂向力，以及由其計(jì)算得到的脫軌系數(shù)和減載率，可以分析道岔的安全狀態(tài)。但測(cè)力輪對(duì)的 價(jià)格較高，使用壽命較短，安裝不像加速度傳感器那樣方便，因此國(guó)內(nèi)外都只有少數(shù)檢測(cè)車 安裝測(cè)力輪對(duì)設(shè)備，而且僅在情況比較復(fù)雜，需對(duì)軌道不平順影響直接確認(rèn)時(shí)使用。
[0004] 軸箱直接與輪對(duì)相連，軌道不平順通過輪對(duì)直接傳遞到軸箱上。假設(shè)把輪對(duì)近似 地看成是剛性結(jié)構(gòu)，則軸箱加速度能直接反映軌道短波不平順?biāo)鸬耐饨绲募_力對(duì)車 輛動(dòng)力學(xué)的影響。目前，國(guó)內(nèi)外在利用軸箱加速度診斷鋼軌磨耗方面已開展了大量的研究 工作，其都是直接利用軸箱加速度幅值分析道岔狀態(tài)對(duì)車輛-軌道系統(tǒng)可靠性的影響，然 而這樣會(huì)碰到兩個(gè)問題：
[0005] (1)軸箱加速度幅值隨機(jī)性強(qiáng)：一般采用軸箱加速度的高頻成分評(píng)判道岔狀態(tài)，對(duì) 應(yīng)幾乎相同的工況，在同一道岔處，軸箱加速度的幅值可能相差1倍以上；
[0006] (2)軸箱加速度的特征參數(shù)的差異性大：軸箱加速度的特征參數(shù)隨車輛、方向、速 度的變化而變化，而且可能相差1個(gè)數(shù)量級(jí)，導(dǎo)致絕對(duì)閾值難以確定。
[0007] 因此，目前尚未有可行的利用軸箱加速度進(jìn)行道岔狀態(tài)動(dòng)態(tài)檢測(cè)的技術(shù)方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的在于提供一種鐵路道岔狀態(tài)動(dòng)態(tài)檢測(cè)方法及裝置，以提供一種利用 軸箱加速度的移動(dòng)有效值的峰值因子對(duì)道岔狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)的可行技術(shù)方案。
[0009] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種鐵路道岔狀態(tài)動(dòng)態(tài)檢測(cè)方法，包括以下步 驟：
[0010] 獲取綜合檢測(cè)列車在整個(gè)軌道線路上的軸箱加速度；
[0011] 計(jì)算所述軸箱加速度的移動(dòng)有效值的峰值因子，并基于道岔參數(shù)從中找出所述軌 道線路上的道岔所對(duì)應(yīng)的峰值因子；
[0012] 將所述道岔所對(duì)應(yīng)的峰值因子與預(yù)設(shè)的歸一化峰值因子閾值進(jìn)行比較，并根據(jù)比 較結(jié)果判斷所述道岔的狀態(tài)性能。
[0013] 本發(fā)明的鐵路道岔狀態(tài)動(dòng)態(tài)檢測(cè)方法，所述計(jì)算所述軸箱加速度的移動(dòng)有效值的 峰值因子，具體包括以下步驟：
[0014] 計(jì)算所述軸箱加速度的移動(dòng)有效值；
[0015] 根據(jù)預(yù)設(shè)的有效值均值與速度的擬合曲線獲得任意速度等級(jí)下的有效值均值；
[0016] 將所述移動(dòng)有效值比上對(duì)應(yīng)速度等級(jí)下的有效值均值，得到對(duì)應(yīng)的峰值因子。
[0017] 本發(fā)明的鐵路道岔狀態(tài)動(dòng)態(tài)檢測(cè)方法，所述計(jì)算軸箱加速度的移動(dòng)有效值，具體 包括：
[0018] 設(shè)軸箱加速度為匕，1=1，2，"4}，其中^表示采樣點(diǎn)數(shù)；
[0019] 將N個(gè)采樣點(diǎn)通過寬度為K個(gè)采樣點(diǎn)的移動(dòng)窗口分成j個(gè)采樣單元，j=l，2, 3,… N-K+1，所述移動(dòng)窗口每次移動(dòng)一個(gè)米樣點(diǎn)；
[0020] 根據(jù)公式
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種鐵路道岔狀態(tài)動(dòng)態(tài)檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟： 獲取綜合檢測(cè)列車在整個(gè)軌道線路上的軸箱加速度； 計(jì)算所述軸箱加速度的移動(dòng)有效值的峰值因子，并基于道岔參數(shù)從中找出所述軌道線 路上的道岔所對(duì)應(yīng)的峰值因子； 將所述道岔所對(duì)應(yīng)的峰值因子與預(yù)設(shè)的歸一化峰值因子閾值進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié) 果判斷所述道岔的狀態(tài)性能。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵路道岔狀態(tài)動(dòng)態(tài)檢測(cè)方法，其特征在于，所述計(jì)算所述軸 箱加速度的移動(dòng)有效值的峰值因子，具體包括以下步驟： 計(jì)算所述軸箱加速度的移動(dòng)有效值； 根據(jù)預(yù)設(shè)的有效值均值與速度的擬合曲線獲得任意速度等級(jí)下的有效值均值； 將所述移動(dòng)有效值比上對(duì)應(yīng)速度等級(jí)下的有效值均值，得到對(duì)應(yīng)的峰值因子。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐵路道岔狀態(tài)動(dòng)態(tài)檢測(cè)方法，其特征在于，所述計(jì)算軸箱加 速度的移動(dòng)有效值，具體包括： 設(shè)軸箱加速度為ki，i=l，2,…N}，其中，N表示采樣點(diǎn)數(shù)； 將N個(gè)采樣點(diǎn)通過寬度為K個(gè)采樣點(diǎn)的移動(dòng)窗口分成j個(gè)采樣單元，j=l，2, 3,… N-K+1，所述移動(dòng)窗口每次移動(dòng)一個(gè)米樣點(diǎn)； 根據(jù)公5計(jì)算得到前K個(gè)采樣點(diǎn)的平方和S ;
t = i 根據(jù)公式
-算得到第1個(gè)采樣單元的軸箱加速度的移動(dòng)有效值RMS:; 循環(huán)采樣單元j，并根據(jù)公式
別計(jì)算出第2~第N-K+1 個(gè)采樣單元的移動(dòng)有效值RMS」。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐵路道岔狀態(tài)動(dòng)態(tài)檢測(cè)方法，其特征在于，所述歸一化峰值 因子閾值，以及所述有效值均值與速度的擬合曲線，預(yù)先通過以下步驟獲得： 獲取綜合檢測(cè)列車在整個(gè)試驗(yàn)軌道線路上的軸箱加速度； 計(jì)算所述軸箱加速度的移動(dòng)有效值； 將所述試驗(yàn)軌道線路等分成若干個(gè)軌道段； 提取每個(gè)軌道段內(nèi)的移動(dòng)有效值中的最大值作為本軌道段的單元移動(dòng)有效值； 將相同速度等級(jí)的軌道段的單元移動(dòng)有效值進(jìn)行均值計(jì)算，獲得多個(gè)速度等級(jí)下的有 效值均值； 利用最小二乘法對(duì)所述多個(gè)速度等級(jí)下的有效值均值進(jìn)行擬合，獲得所述有效值均值 與速度的擬合曲線； 根據(jù)所述擬合曲線獲得任意速度等級(jí)下的有效值均值； 將每個(gè)所述移動(dòng)有效值比上對(duì)應(yīng)速度等級(jí)下的有效值均值，得到對(duì)應(yīng)的峰值因子； 計(jì)算所述峰值因子的概率分布； 根據(jù)所述峰值因子的概率分布規(guī)律設(shè)定歸一化峰值因子閾值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的鐵路道岔狀態(tài)動(dòng)態(tài)檢測(cè)方法，其特征在于，所述計(jì)算所述峰 值因子的概率分布，具體包括： 分別利用多個(gè)概率分布類型并采用極大似然估計(jì)法對(duì)峰值因子進(jìn)行擬合，得到所述峰 值因子對(duì)應(yīng)于每個(gè)所述概率分布類型的概率密度和概率分布； 利用概率紙目測(cè)法從中檢驗(yàn)出所述峰值因子最為服從的概率分布。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的鐵路道岔狀態(tài)動(dòng)態(tài)檢測(cè)方法，其特征在于，所述多個(gè)概率分 布類型包括正態(tài)分布、對(duì)數(shù)正態(tài)分布和威布爾分布。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐵路道岔狀態(tài)動(dòng)態(tài)檢測(cè)方法，其特征在于，在所述將所述移 動(dòng)有效值比上對(duì)應(yīng)速度等級(jí)下的有效值均值，得到對(duì)應(yīng)的峰值因子之前，還包括： 在相同速度等級(jí)下，選取歷次檢測(cè)數(shù)據(jù)中最近一次獲得的可靠的移動(dòng)有效值的概率累 積分布曲線作為參考分布； 計(jì)算本次的移動(dòng)有效值的概率累積分布曲線，并將其與對(duì)應(yīng)參考分布的概率累積分布 曲線進(jìn)行比較； 如果兩條曲線的歐式距離不大于設(shè)定閾值，則判斷所述本次的移動(dòng)有效值可靠。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的鐵路道岔狀態(tài)動(dòng)態(tài)檢測(cè)方法，其特征在于，所述設(shè)定閾值為 5%。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵路道岔狀態(tài)動(dòng)態(tài)檢測(cè)方法，其特征在于，在所述計(jì)算所述 軸箱加速度的移動(dòng)有效值的峰值因子之前，還包括： 將所述軸箱加速度進(jìn)行帶通濾波處理。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的鐵路道岔狀態(tài)動(dòng)態(tài)檢測(cè)方法，其特征在于，所述帶通濾波的 頻帶為20~450Hz。
11. 一種鐵路道岔狀態(tài)動(dòng)態(tài)檢測(cè)裝置，其特征在于，包括： 加速度獲取模塊，用于獲取綜合檢測(cè)列車在整個(gè)軌道線路上的軸箱加速度； 峰值因子計(jì)算模塊，用于計(jì)算所述軸箱加速度的移動(dòng)有效值的峰值因子，并基于道岔 參數(shù)從中找出所述軌道線路上的道岔所對(duì)應(yīng)的峰值因子； 狀態(tài)判斷模塊，用于將所述道岔所對(duì)應(yīng)的峰值因子與預(yù)設(shè)的歸一化峰值因子閾值進(jìn)行 比較，并根據(jù)比較結(jié)果判斷所述道岔的狀態(tài)性能。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種鐵路道岔狀態(tài)動(dòng)態(tài)檢測(cè)方法及裝置，該方法包括：獲取綜合檢測(cè)列車在整個(gè)軌道線路上的軸箱加速度；計(jì)算所述軸箱加速度的移動(dòng)有效值的峰值因子，并基于道岔參數(shù)從中找出所述軌道線路上的道岔所對(duì)應(yīng)的峰值因子；將所述道岔所對(duì)應(yīng)的峰值因子與預(yù)設(shè)的歸一化峰值因子閾值進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果判斷所述道岔的狀態(tài)性能。相對(duì)直接采用軸箱加速度幅值，本發(fā)明的歸一化峰值因子閾值不但能有效減少各種隨機(jī)因素對(duì)評(píng)判結(jié)果的影響，而且能對(duì)不同車輛的軸箱加速度的評(píng)判方式進(jìn)行規(guī)一化，從而提供了一種可行的利用軸箱加速度的移動(dòng)有效值的峰值因子對(duì)道岔狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)的檢測(cè)方案。本發(fā)明適用于高速鐵路的道岔的動(dòng)態(tài)檢測(cè)。
【IPC分類】E01B35-12
【公開號(hào)】CN104805742
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410035326
【發(fā)明人】劉金朝, 王衛(wèi)東, 梁志明, 劉伶萍, 郭劍鋒, 孫善超
【申請(qǐng)人】中國(guó)鐵道科學(xué)研究院, 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)研究所, 北京鐵科英邁技術(shù)有限公司
【公開日】2015年7月29日
【申請(qǐng)日】2014年1月24日