鐵路道岔狀態(tài)動態(tài)檢測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技術(shù)，尤其是涉及一種針對綜合檢測列車軸箱加速度的 鐵路道岔狀態(tài)動態(tài)檢測方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 長期以來，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)計和施工外，對道岔的檢測與維護(hù)也是個重要任務(wù)。目前我國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，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)營效率，高速運(yùn)行的列車要求對線路的維護(hù)和維修次數(shù) 越少越好、時間越短越好。由于我國鐵路目前尚無對道岔實(shí)施行之有效的動態(tài)監(jiān)測手段，道 岔的日常維護(hù)和故障道岔的維修，勢必占用較多的運(yùn)營時間。
[0003] 目前對高速鐵路道岔的檢測分為靜態(tài)檢測和動態(tài)檢測，其中靜態(tài)檢查包括安裝地 面道岔監(jiān)測系統(tǒng)和人工檢測，動態(tài)檢測包括道岔區(qū)的軌道幾何不平順檢測和車輛動態(tài)響應(yīng) 檢測。國外高速鐵路對道岔狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)測比較重視，研制開發(fā)了相應(yīng)的地面道岔監(jiān)測系 統(tǒng)，如德國、法國、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)換時間、最小輪緣槽、鋼軌縱向力、鋼軌溫度等。中國高速鐵路具有里程長、道岔數(shù)量 多的特點(diǎn)，對所有的道岔實(shí)行地面監(jiān)測是不現(xiàn)實(shí)的，只能對少數(shù)幾組道岔進(jìn)行抽樣性監(jiān)測。 道岔人工靜態(tài)檢查的項目包括軌距、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于基本軌高差、心軌各控制斷面相對于翼軌高差等幾何不平 順和結(jié)構(gòu)參數(shù)。靜態(tài)檢測周期一般較長，每月1遍或每季度1遍，難以滿足道岔狀態(tài)實(shí)時 監(jiān)測的需要；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。利用軌道幾何檢測系統(tǒng)可以對軌道不平順，包括高低、軌向、水平、三角坑、軌距 進(jìn)行檢測；但其檢測波長通常在3~120m之間，難以分析道岔處的短波狀態(tài)對高速鐵路軌 道-車輛系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性的影響。在車輛運(yùn)行中，利用測力輪對測定的輪軌間橫向力和 垂向力，以及由其計算得到的脫軌系數(shù)和減載率，可以分析道岔的安全狀態(tài)。但測力輪對的 價格較高，使用壽命較短，安裝不像加速度傳感器那樣方便，因此國內(nèi)外都只有少數(shù)檢測車 安裝測力輪對設(shè)備，而且僅在情況比較復(fù)雜，需對軌道不平順影響直接確認(rèn)時使用。
[0004] 軸箱直接與輪對相連，軌道不平順通過輪對直接傳遞到軸箱上。假設(shè)把輪對近似 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_力對車 輛動力學(xué)的影響。目前，國內(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)對車輛-軌道系統(tǒng)可靠性的影響，然 而這樣會碰到兩個問題：
[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判道岔狀態(tài)，對 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個數(shù)量級，導(dǎo)致絕對閾值難以確定。
[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)動態(tài)檢測的技術(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)動態(tài)檢測方法及裝置，以提供一種利用 軸箱加速度的移動有效值的峰值因子對道岔狀態(tài)進(jìn)行動態(tài)檢測的可行技術(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)動態(tài)檢測方法，包括以下步 驟：
[0010] 獲取綜合檢測列車在整個軌道線路上的軸箱加速度；
[0011] 計算所述軸箱加速度的移動有效值的峰值因子，并基于道岔參數(shù)從中找出所述軌 道線路上的道岔所對應(yīng)的峰值因子；
[0012] 將所述道岔所對應(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)動態(tài)檢測方法，所述計算所述軸箱加速度的移動有效值的 峰值因子，具體包括以下步驟：
[0014] 計算所述軸箱加速度的移動有效值；
[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下的有效值均值；
[0016] 將所述移動有效值比上對應(yīng)速度等級下的有效值均值，得到對應(yīng)的峰值因子。
[0017] 本發(fā)明的鐵路道岔狀態(tài)動態(tài)檢測方法，所述計算軸箱加速度的移動有效值，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個采樣點(diǎn)通過寬度為K個采樣點(diǎn)的移動窗口分成j個采樣單元，j=l，2, 3,… N-K+1，所述移動窗口每次移動一個米樣點(diǎn)；
[0020] 根據(jù)公式
【主權(quán)項】
1. 一種鐵路道岔狀態(tài)動態(tài)檢測方法，其特征在于，包括以下步驟： 獲取綜合檢測列車在整個軌道線路上的軸箱加速度； 計算所述軸箱加速度的移動有效值的峰值因子，并基于道岔參數(shù)從中找出所述軌道線 路上的道岔所對應(yīng)的峰值因子； 將所述道岔所對應(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)動態(tài)檢測方法，其特征在于，所述計算所述軸 箱加速度的移動有效值的峰值因子，具體包括以下步驟： 計算所述軸箱加速度的移動有效值； 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下的有效值均值； 將所述移動有效值比上對應(yīng)速度等級下的有效值均值，得到對應(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)動態(tài)檢測方法，其特征在于，所述計算軸箱加 速度的移動有效值，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個采樣點(diǎn)通過寬度為K個采樣點(diǎn)的移動窗口分成j個采樣單元，j=l，2, 3,… N-K+1，所述移動窗口每次移動一個米樣點(diǎn)； 根據(jù)公5計算得到前K個采樣點(diǎn)的平方和S ;
t = i 根據(jù)公式
-算得到第1個采樣單元的軸箱加速度的移動有效值RMS:; 循環(huán)采樣單元j，并根據(jù)公式
別計算出第2~第N-K+1 個采樣單元的移動有效值RMS」。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐵路道岔狀態(tài)動態(tài)檢測方法，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： 獲取綜合檢測列車在整個試驗(yàn)軌道線路上的軸箱加速度； 計算所述軸箱加速度的移動有效值； 將所述試驗(yàn)軌道線路等分成若干個軌道段； 提取每個軌道段內(nèi)的移動有效值中的最大值作為本軌道段的單元移動有效值； 將相同速度等級的軌道段的單元移動有效值進(jìn)行均值計算，獲得多個速度等級下的有 效值均值； 利用最小二乘法對所述多個速度等級下的有效值均值進(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下的有效值均值； 將每個所述移動有效值比上對應(yīng)速度等級下的有效值均值，得到對應(yīng)的峰值因子； 計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)動態(tài)檢測方法，其特征在于，所述計算所述峰 值因子的概率分布，具體包括： 分別利用多個概率分布類型并采用極大似然估計法對峰值因子進(jìn)行擬合，得到所述峰 值因子對應(yīng)于每個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)動態(tài)檢測方法，其特征在于，所述多個概率分 布類型包括正態(tài)分布、對數(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)動態(tài)檢測方法，其特征在于，在所述將所述移 動有效值比上對應(yīng)速度等級下的有效值均值，得到對應(yīng)的峰值因子之前，還包括： 在相同速度等級下，選取歷次檢測數(shù)據(jù)中最近一次獲得的可靠的移動有效值的概率累 積分布曲線作為參考分布； 計算本次的移動有效值的概率累積分布曲線，并將其與對應(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)動態(tài)檢測方法，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)動態(tài)檢測方法，其特征在于，在所述計算所述 軸箱加速度的移動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)動態(tài)檢測方法，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)動態(tài)檢測裝置，其特征在于，包括： 加速度獲取模塊，用于獲取綜合檢測列車在整個軌道線路上的軸箱加速度； 峰值因子計算模塊，用于計算所述軸箱加速度的移動有效值的峰值因子，并基于道岔 參數(shù)從中找出所述軌道線路上的道岔所對應(yīng)的峰值因子； 狀態(tài)判斷模塊，用于將所述道岔所對應(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)動態(tài)檢測方法及裝置，該方法包括：獲取綜合檢測列車在整個軌道線路上的軸箱加速度；計算所述軸箱加速度的移動有效值的峰值因子，并基于道岔參數(shù)從中找出所述軌道線路上的道岔所對應(yīng)的峰值因子；將所述道岔所對應(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)因素對評判結(jié)果的影響，而且能對不同車輛的軸箱加速度的評判方式進(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有效值的峰值因子對道岔狀態(tài)進(jìn)行動態(tài)檢測的檢測方案。本發(fā)明適用于高速鐵路的道岔的動態(tài)檢測。
【IPC分類】E01B35-12
【公開號】CN104805742
【申請?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
【申請人】中國鐵道科學(xué)研究院, 中國鐵道科學(xué)研究院基礎(chǔ)設(shè)施檢測研究所, 北京鐵科英邁技術(shù)有限公司
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2014年1月24日