專利名稱：軌道剛度動態(tài)檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測量及剛度測量領(lǐng)域，特別涉及軌道剛度動態(tài)檢測方法。
背景技術(shù)：
隨著鐵路建設(shè)的全面展開，對于新建或開通運營的鐵路線路，軌道結(jié)構(gòu)的整體剛度是否符合設(shè)計要求，不同線路結(jié)構(gòu)之間剛度過渡是否平順，都直接影響到車輛運行的安全性、平穩(wěn)性和舒適性。針對上述要求，現(xiàn)有技術(shù)中對于線路軌道剛度的檢測，主要采用在地面軌道上布置位移傳感器和輪軌力測量傳感器，在列車通過時或者通過千斤頂施加設(shè)定的加載力來檢測軌道的位移和輪軌力，然后計算得到軌道剛度。這種方法檢測裝置安裝費時、在更換測點時需要重新安裝測量設(shè)備，因此檢測效率低下，無法對區(qū)段線路的軌道剛度進行連續(xù)檢測。另一方面，隨著我國高速鐵路和重載鐵路的不斷建設(shè)，在實際運營線路上進行連續(xù)、高效的軌道剛度檢測的要求越來越迫切。由此可知，在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中存在以下缺點:現(xiàn)有技術(shù)中由于采用定點的剛度測量方式，每次只能測量單點的剛度，同時操作周期長，因此無法實現(xiàn)連續(xù)區(qū)域的采集。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供了一種軌道剛度動態(tài)檢測方法，從而解決了現(xiàn)有技術(shù)中，軌道剛度無法實現(xiàn)高效連續(xù)檢測的問題。在軌道區(qū)間上移動施加初始負載，并同時采集所述軌道區(qū)間的第一變形值及采集所述第一變形值時所對應(yīng)的位置參數(shù)；在同一軌道區(qū)間上移動施加檢測負載，并同時采集所述軌道區(qū)間的第二變形值及采集所述第二變形值時所對應(yīng)的位置參數(shù)；根據(jù)所述位置參數(shù)確定所述軌道區(qū)間上的同一位置點，對照該位置點的初始負載、檢測負載、第一變形值和第二變形值獲取該位置點的軌道剛度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，根據(jù)本發(fā)明的軌道剛度動態(tài)檢測方法具有以下優(yōu)點:本發(fā)明所提出的方法，通過動態(tài)獲取被軌道區(qū)間因不同負載變化所引起的軌道變形差值，來消除車輛振動、軌道原始不平順等因素對檢測結(jié)果的影響，從而實現(xiàn)在移動過程中動態(tài)獲取被軌道區(qū)間的軌道剛度。因此，本發(fā)明的檢測方法可以在車輛走行時連續(xù)檢測線路的軌道剛度，既實現(xiàn)了對區(qū)段線路軌道剛度的連續(xù)檢測，又顯著提高了檢測的便利性和快速性。


圖1為本發(fā)明軌道剛度動態(tài)檢測方法的實現(xiàn)步驟示意圖；圖2為本發(fā)明軌道剛度動態(tài)檢測的實施示意圖；圖3為本發(fā)明軌道剛度動態(tài)檢測中的垂向變形及橫向變形值示意圖；圖4為本發(fā)明的初始負載為零負載時的軌道第一變形檢測示意圖5為本發(fā)明在施加檢測負載時的軌道第二變形檢測示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對發(fā)明作進一步詳細的說明。如圖1中本發(fā)明軌道剛度動態(tài)檢測方法的實現(xiàn)步驟示意圖所示，本發(fā)明包括以下步驟:步驟:S101，采集第一變形值。在該步驟中:在軌道區(qū)間上移動施加初始負載，并同時采集軌道區(qū)間的第一變形值及采集所述第一變形值時所對應(yīng)的位置參數(shù)。此步驟的具體實施過程為:首先，在被檢測軌道區(qū)間上設(shè)置可移動的檢測車，檢測車下部設(shè)置軌道變形測量裝置，測量裝置的測量端朝向所述被檢測軌道區(qū)間。軌道變形測量裝置可使用接觸式和非接觸式兩種，其中非接觸式可使用激光傳感器。利用該檢測車的自身輪重向軌道施加 初始負載，之后如圖2中所示使檢測車I在被檢測軌道區(qū)間上從A點移動至B點其移動速度可以為任意設(shè)定速度，并在上述檢測車從A點移動至B點的過程中采集第一變形值K (yL1> yL2……yto)(即被檢測軌道區(qū)間在承受初始負載時的變形)以及第一變形值K (yL1>yL2……yta)在采集時所對應(yīng)的位置參數(shù)，位置參數(shù)包括:位置值或時間值，如位移量及時間量。因此，此步驟還包括:使初始負載在被檢測軌道區(qū)間上以設(shè)定速度移動，同時采集所述被檢測軌道區(qū)間的第一變形值及與之對應(yīng)的時間值。同時為更全面的測量被檢測軌道區(qū)間的各方向的變形，如圖3所示上述第一變形值可進一步包括:第一垂向變形值Xal (如圖3中31位置變形)及第一橫向變形值Xbl (如圖3中32位置變形)。由此可知，通過本步驟，采用向被檢測軌道區(qū)間上施加移動的初始負載來獲取初始的軌道變形值(即第一變形值)，同時需要說明的是，上述初始負載也可設(shè)定為“零”，即軌道變形測量裝置檢測到的是沒有受到車輪負載影響的軌道原始波形值。此要求可通過以下方式實現(xiàn)，將軌道變形測量裝置安裝在檢測車車體上的合適位置處，在該處由于車輪負載引起的軌道變形可忽略不計。此時采集的第一變形值，可認為是空載下的軌道原始波形值。步驟:S102，采集第二變形值。在該步驟中:在同一軌道區(qū)間上移動施加檢測負載，并同時采集軌道區(qū)間的第二變形值及采集所述第二變形值時所對應(yīng)的位置參數(shù)。在此步驟在具體實施過程中，可通過對檢測車的不同操作給予實現(xiàn)，如:可在檢測車施加檢測負載時，使檢測車I在被檢測軌道區(qū)間上從A點移動至B點其移動速度可以為任意設(shè)定速度，并在上述軌道檢測車從A點移動至B點的過程中采集第二變形值yH (yH1、yH2……yHn)(即被檢測軌道區(qū)間在承受檢測負載時的變形)以及第二變形值(yH1、yH2……yHn)在采集時所對應(yīng)的位置參數(shù)，所述位置參數(shù)包括:位置值或時間值。需要說明的是，在實際檢測過程中上述第一變形值與第二變形值采集可以通過下述“一次采集”及“二次采集”的方法實現(xiàn)，其“一次采集”為將檢測車設(shè)計為兩節(jié)車輛組成，一節(jié)車輛施加初始負載，另一節(jié)施加檢測負載從而完成上述第一變形值與第二變形值的檢測?！岸尾杉睘橹皇褂靡还?jié)檢測車，第一次施加初始負載，在施加檢測負載后在同一路段上進行第二次采集，以上方法都是實現(xiàn)對第一變形值及第二變形值的采集。其中第二變形值包括:第二垂向變形值及第二橫向變形值。第二垂向變形值Xa2 (如圖3中31位置變形)及第二橫向變形值Xb2 (如圖3中32位置變形)。
步驟:S103，獲取軌道剛度。在該步驟中:根據(jù)所述位置參數(shù)確定所述軌道區(qū)間上的同一位置點，對照該位置
點的初始負載、檢測負載、第一變形值(yLi>yL2......yLn)和第二變形值yH (yHi>yH2......yHn)
獲取該位置點的軌道剛度。根據(jù)第一變形值所對應(yīng)的位置參數(shù)、第二變形值所對應(yīng)的位置參數(shù)，確定在被檢測軌道區(qū)間上的同一位置點。位置參數(shù)采集可以使用位置傳感器或位置編碼器，直接獲得位置量，也可根據(jù)檢測時的速度和時間，來計算獲取位置量。所述通過同一位置點所對應(yīng)的第一變形值及第二變形值獲取該位置點的軌道剛度步驟包括:通過同一位置點所對應(yīng)的所述第一垂向變形值及第二垂向變形值、所述第一橫向變形值及第二橫向變形值獲取該位置點的軌道垂向剛度及橫向剛度。通過同一位置點所對應(yīng)的第一變形值及第二變形值獲取該位置點的軌道剛度步驟包括:通過被檢測軌道區(qū)間上的連續(xù)的多個同一位置點所對應(yīng)的第一變形值及第二變形值獲取多個連續(xù)位置點的軌道剛度；根據(jù)所述連續(xù)多個位置點的軌道剛度可擬合被檢測軌道區(qū)間的剛度曲線。

本發(fā)明的基本原理是:在檢測車輛行走過程中，通過測量不同負載作用下的軌道彈性變形之差Λ y (yH- yL)和車輪負載之差Λ P (ΡΗ 一 PL),計算得到軌道剛度K為:K=^-= }:!..............P'L 公式 I
Av Vh-Jl其中Ph為檢測負載，Pl為初始負載。yH (yH1、yH2......yHn)為檢測負載作用下的軌道第二變形值，(Υπ> Yl2......Yu1)為
初始負載作用下的軌道第一變形值。公式I中PH，可通過公知的測力輪對技術(shù)來實現(xiàn)準(zhǔn)確測量。本發(fā)明中的術(shù)語“軌道”在本領(lǐng)域中是鋼軌、軌枕及道砟等部件的總稱。因此軌道剛度是指上述鋼軌、軌枕及道砟三者結(jié)合在一起的整體剛度。上述步驟SlOl及S102中已實現(xiàn)了對第一變形值及第二變形值的采集，但需要說
明的是，在所述第一變形值yL (yu> yL2......yLn)與第二變形值yH (ym、yH2......yHn)的采集
過程中可通過多種方式給予實現(xiàn)，如可通過三點弦法給予實現(xiàn)，具體實施三點弦法，可通過三點弦測量裝置給予實現(xiàn)，因此，在采集第一變形值和/或采集第二變形值步驟中包括:通過三點弦測量弦采集第一變形值和/或采集第二變形值。同時從上述的步驟可知，上述的第一變形值及第二變形值的采集過程是通過兩次完成的，因此第一變形值與第二變形值采集時所使用的三點弦測量弦必須完全相同，即相同測量弦比例及弦長(根據(jù)步驟S102中的不同實施方式可知，在“一次檢查”中可將兩套相同的三點弦測量弦分別設(shè)置于兩節(jié)檢查車上，若是采用“二次檢查”的方法，則使用的三點弦為同一測量弦)。應(yīng)給予指出的是，正是由于使用了相同的三點弦測量弦的方法，才能使測量結(jié)果消除了車輛振動和軌道原始變形的影響，只反映了由于負載不同所引起的軌道變形的差值，從而保障了軌道剛度的動態(tài)檢測精度。采用三點弦法檢測軌道區(qū)間的變形值的具體過程下面結(jié)合附圖進一步詳細說明。根據(jù)三點弦法，利用測量點和兩個參考點建立三點弦測量弦，如圖4、圖5所示。圖4中，d為軌道的理論基線(為平直線)，f為初始負載為零時的軌道原始曲線(軌道上存在原始的不平順)，b表示測量點(車輪作用點)，a、c為鋼軌頂面的測量參考點，aoc的連線為測量弦，I1, I2分別為參考點a和C距離測量點b的水平距離值，Y0為軌道表面b點與測量弦ο之間的距離差值。a”b”c”代表測量裝置處于任意實際位置(檢測時由于檢測車的振動，a”b”c”與測量弦ac之間可能存在一定的平移和旋轉(zhuǎn)角度)，a’’ a，b’’ b，c’’ c分別是測量裝置測到的軌道頂面距離值。a’ b’ c’為平行于測量弦aoc，且與a”b”c”相交于c”的參考線(c’，c”為同一點)。根據(jù)圖4中幾何關(guān)系可得:測量值=b”b_(a” BWdcM(^l1)Z(Vl2)公式 2=(b”b，+b，o+yg)_((a”a，+a，a) *12+(c” c，+c，c) 5^l1) / (I1+]^)=yg+(b”b，_(a，，a，*l2+c，，c，5^l1) / (lj+lg)) + (bJ o_(a，a*l2+c，C5^l1) / (Ifl2))由于a’ a=b’ o=c’ c，且c”c’ =0，將其代入上式可得:測量值=y0+(b”b’_(a”a，*12)/(I^l2))=y0由此可知，當(dāng)測量參考點a、c與測量點b三者之間的相關(guān)位置固定后，測量結(jié)果不會隨著測量框架的振動而變化，％的值是可準(zhǔn)確測量的。也就是說，采用三點弦方法測量％值時，可有效消除檢測車振動(測量框架運動)對測量結(jié)果10的影響。基于上述測量原理,將車輪加載點作為測量點b,在車輪施加載荷后,測量點b及附近鋼軌會向下產(chǎn)生位移，如圖5所示。圖中，e為加載后軌道頂面形狀。此時軌道表面測量點b與測量弦ο之間的差值則為:測量值=b”b-(a”a*l2+c”C^l1) / (I^l2)
`
對于同一軌道斷面處，分別測量得到車輪加載前后軌道頂面與測量弦O的差值，就可以計算得到由于加載而造成的軌道頂面變形值Y1:Y1=Yh-Y0 公式 3由于711和7(|值中均包含了軌面的原始不平順值，兩數(shù)相減就消除了軌道表面原始不平順對軌道變形測量結(jié)果的影響。通過如上方法，就可以準(zhǔn)確得到由于負載不同所導(dǎo)致的軌道變形的差值。再利用公知的輪軌力測量技術(shù)同步檢測得到檢測負載之后，根據(jù)公式I就可以計算得到軌道的剛度。另外，可以用靜止時的檢測車輪重來近似表示移動過程中的檢測負載。用上述方法可以得到軌道垂向剛度和軌道橫向剛度。本發(fā)明的檢測方法所采用的裝置包括:軌道變形測量裝置、移動加載裝置以及處
理單元。軌道變形測量裝置為三點弦測量裝置，包括安裝在檢測車車體下部的剛性測量框架及固定在測量框架上的三個激光測距傳感器，分別實時檢測參考點和測量點處鋼軌頂面相對于剛性測量框架的位移值，并傳輸給檢測控制裝置。移動加載裝置負責(zé)在車輛移動過程中向被檢測軌道區(qū)間上施加所需要的初始負載和檢測負載；處理單元負責(zé)接收軌道變形測量裝置以設(shè)定速度移動在各位置點采集的第一或第二變形值；結(jié)合移動加載裝置所施加的初始負載和檢測負載，根據(jù)初始負載、檢測負載、第一變形值及第二變形值獲取由設(shè)定速度及各時間點所確定的同一位置點上的軌道剛度。本發(fā)明的檢測方法所采用的裝置還可以包括輪軌力測量裝置，輪軌力測量裝置實時測量車輪力數(shù)據(jù)，并傳輸給處理單元。在同一檢測車上布置兩套軌道變形測量裝置的情況下，三個激光測距傳感器的布置方式完全相同，即兩套軌道變形測量裝置的相應(yīng)點檢測點和參考點間的距離相同?？紤]到多種應(yīng)用的需要，軌道變形測量裝置可以為接觸式軌道變形測量裝置也可以為激光測距傳感器之外的其它非接觸式軌道變形測量裝置。處理單元接收a、b、c三個測點的位移數(shù)據(jù),根據(jù)公式2計算得到y(tǒng)H, 值(或yj，與輪軌力裝置傳入的車輪力測量值PH，匕一起作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)予以保存。然后，根據(jù)位置參數(shù)所確定的同一位置點的初始負載、檢測負載、第一變形值及第二變形值獲取軌道剛度具體過程如下:(I)設(shè)備安裝后，精確測量初始負載所對應(yīng)的測量點(稱之為輕輪)和檢測負載所對應(yīng)的測量點(重輪)之間的間距L。(2)運行檢測車進行檢測時，如果輕輪在前，則以輕輪所在點為起始檢測位置，此時重輪位置為-L。(3)檢測運行開始后，對于每一時刻的檢測數(shù)據(jù)，由位置參數(shù)所確定的同一位置點K的里程即為輕輪檢測數(shù)據(jù)的里程K，而重輪檢測數(shù)據(jù)的里程為K-L。(4)處理系統(tǒng)將同一里程上的輕輪數(shù)據(jù)與重輪數(shù)據(jù)進行配對，并根據(jù)公式I計算即可得到該里程處的軌道剛度值。本發(fā)明還提供一種軌道剛度動態(tài)檢測方法，包括以下步驟:在被檢測軌道區(qū)間表面上設(shè)置軌道變形測量裝置；向被檢測軌道區(qū)間上施加初始負載時，軌道變形測量裝置移動過程中在各時間點采集被檢測軌道區(qū)間的第一變形值，以及對應(yīng)的位置參數(shù)；向被檢測軌道區(qū)間上施加檢測負載時，軌道變形測量裝置移動過程中在各時間點采集被檢測軌道區(qū)間上的第二變形值，以及對應(yīng)的位置參數(shù)；在由位置參數(shù)所確定的同一位置點上，根據(jù)初始負載、檢測負載、第一變形值及第二變形值獲取軌道剛度。以上所述的僅是本發(fā)明的一些實施方式。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.軌道剛度動態(tài)檢測方法，其特征在于，包括以下步驟: 在軌道區(qū)間上移動施加初始負載，并同時采集所述軌道區(qū)間的第一變形值及采集所述第一變形值時所對應(yīng)的位置參數(shù)； 在同一軌道區(qū)間上移動施加檢測負載，并同時采集所述軌道區(qū)間的第二變形值及采集所述第二變形值時所對應(yīng)的位置參數(shù)； 根據(jù)所述位置參數(shù)確定所述軌道區(qū)間上的同一位置點，對照該位置點的初始負載、檢測負載、第一變形值和第二變形值獲取該位置點的軌道剛度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測方法，其特征在于，所述位置參數(shù)包括:位置值或時間值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的檢測方法，其特征在于，所述在軌道區(qū)間上移動施加初始負載，并同時采集所述軌道區(qū)間的第一變形值及采集所述第一變形值時所對應(yīng)的位置參數(shù)的步驟包括: 在軌道區(qū)間上以設(shè)定速度移動施加初始負載，并同時采集所述軌道區(qū)間的第一變形值及采集所述第一變形值時所對應(yīng)的位置參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的檢測方法，其特征在于，所述在同一軌道區(qū)間上移動施加檢測負載，并同時采集所述軌道區(qū)間的第二變形值及采集所述第二變形值時所對應(yīng)的位置參數(shù)的步驟包括: 在同一軌道區(qū)間上以設(shè)定速度移動施加檢測負載，并同時采集所述軌道區(qū)間的第二變形值及采集所述第二變形值時所對應(yīng)的位置參數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測方法，其特征在于，所述在軌道區(qū)間上移動施加初始負載，并同時采集所述軌道區(qū)間的第一變形值及采集所述第一變形值時所對應(yīng)的位置參數(shù)；在同一軌道區(qū)間上移動施加檢測負載，并同時采集所述軌道區(qū)間的第二變形值及采集所述第二變形值時所對應(yīng)的位置參數(shù)的步驟中包括: 在軌道區(qū)間上移動施加初始負載，并同時通過三點弦測量裝置采集所述軌道區(qū)間的第一變形值及采集所述第一變形值時所對應(yīng)的位置參數(shù)； 在同一軌道區(qū)間上移動施加檢測負載，并同時通過同一三點弦測量裝置采集所述軌道區(qū)間的第二變形值及采集所述第二變形值時所對應(yīng)的位置參數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測方法，其特征在于， 所述第一變形值包括:第一垂向變形值及第一橫向變形值； 所述第二變形值包括:第二垂向變形值及第二橫向變形值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的檢測方法，其特征在于，所述根據(jù)所述位置參數(shù)確定所述軌道區(qū)間上的同一位置點，對照該位置點的初始負載、檢測負載、第一變形值和第二變形值獲取該位置點的軌道剛度的步驟包括: 根據(jù)所述位置參數(shù)確定所述軌道區(qū)間上的同一位置點，對照該位置點的初始負載、檢測負載、第一垂向變形值及第一橫向變形值，和第二垂向變形值及第二橫向變形值，獲取該位置點的軌道垂向剛度和/或橫向剛度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測方法，其特征在于，所述初始負載包括:零負載或較小負載，所述檢測負載的值為設(shè)定輪重值。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測方法，其特征在于，所述根據(jù)所述位置參數(shù)確定所述軌道區(qū)間上的同一位置點，對照該位置點的初始負載、檢測負載、第一變形值和第二變形值獲取該位置點的軌道剛度的步驟包括: 根據(jù)所述位置參數(shù)確定所述軌道區(qū)間上的多個連續(xù)同一位置點，對照所述多個連續(xù)位置點的初始負載、檢測負載、第一變形值和第二變形值獲取所述多個連續(xù)位置點的多個軌道剛度； 根據(jù)所述多個連續(xù)位置 點所對應(yīng)的所述多個軌道剛度擬合被軌道區(qū)間的剛度曲線。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種軌道剛度動態(tài)檢測方法，包括使初始負載及檢測負載在被軌道區(qū)間上移動，在被軌道區(qū)間上采集第一變形值及與之對應(yīng)的位置參數(shù)、第二變形值及與之對應(yīng)的位置參數(shù)，根據(jù)所述位置參數(shù)通過對同一位置點所對應(yīng)的負載值及相應(yīng)變形值的計算獲取該位置點的軌道剛度，本發(fā)明的檢測方法可以在車輛走行時連續(xù)檢測線路的軌道剛度，可實現(xiàn)對區(qū)段線路軌道剛度的連續(xù)檢測，顯著提高檢測的便利性和快速性。
文檔編號G01M99/00GK103207097SQ20131011576
公開日2013年7月17日 申請日期2013年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月3日
發(fā)明者柴雪松, 暴學(xué)志, 潘振, 金花, 薛峰, 楊亮, 段培勇, 馮毅杰, 于國丞, 謝錦妹, 田德柱 申請人:中國鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所