一种基于行驶振动的轨道病害检测装置及检测方法与流程

本发明是一种基于行驶振动的轨道病害检测装置及检测方法，涉及轨道交通的轨道结构病害检测。

背景技术：

1、随着城市轨道交通的快速发展以及运营时期的积累，轨道结构和部件在车辆荷载反复通过下，其结构和部件的状态逐渐产生恶化，并由此引起车辆-轨道相互作用恶化、导致轨道交通车内和车外环境振动和噪声加剧。这种情况如下：

2、(1)钢轨轨顶磨耗和光带变宽，进而导致车辆运行晃车和舒适度降低；

3、(2)钢轨顶面波浪形磨耗(简称波磨)，引起轮轨周期性的动力冲击增大和连续的轮轨振动，加剧车内噪声和环境噪声水平；

4、(3)钢轨焊接接头磨耗带来的不平顺，引起轮轨短时动力冲击增大，并破坏轨道结构和部件，引起冲击振动和噪声；

5、(4)钢轨轨面材料发生滚动接触疲劳，进而形成连续的疲劳裂纹(也称为鱼鳞纹)，进而导致轨面局部压陷和剥离掉块，引起轮轨动力冲击增大，以及振动和噪声的增加；

6、(5)轨道结构固有的不连续，如道岔转辙和辙叉的轨线不连续、辙叉有害空间等，都会造成较大的轮轨动力冲击、轮轨振动和噪声，并引起车辆晃车。

7、可见，对于轨道结构和部件的这种伤损，其表现是在轨面一定位置呈现一定尺寸、面积和位置的损坏，造成轨面局部或者周期性的不连续，引起轮轨接触面的不光滑、不平顺，进而引起轨道结构和部件、车辆车体和部件的振动，并进一步形成轨道交通轮轨噪声。上述车辆振动及噪声与轨道结构和部件的状态有关，即轨道结构状态及钢轨表面状态恶化，则引起明显或者异常的轮轨振动、车辆振动噪声和轨道振动。因此，我们单位现亟需一种基于行驶振动的轨道病害检测装置及检测方法来解决以上的问题。

技术实现思路

1、为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种基于行驶振动的轨道病害检测装置，包括：车体以及轨道，所述车体下端设有轨道，其车体包括车用声学传感器、车用加速度传感器一、车用加速度传感器二、测力车轮以及车用数据信号采集仪；

2、所述轨道包括轨用声学传感器、轨用加速度传感器一、轨用加速度传感器二、应变组桥、位移传感器以及轨用数据采集仪。

3、进一步地，所述车体端与轨道端上的安装数据采集装置和传感器分别设置在车体内部的车辆车厢地板、轴箱、车轮以及轨道内部的钢轨、道床上安装；

4、所述车辆车厢内部的车用加速度传感器一安装在单节车辆的前后转向架上方的车厢地板上端以及单节车辆的中部车厢地板上端，用于检测车厢底板垂横纵三向振动加速度；

5、车用声学传感器安装在单节车辆的前后转向架上方的车内，高度1.2m、1.5m，共两处、单节车辆中部的车内，高度1.2m、1.5m，共两处以及司机室高度1.2m、1.5m，共两处，用于测量车厢内的噪音。

6、进一步地，所述车用加速度传感器二安装在单节车辆前后转向架的1、2、3、4位轮中任一车轴或多个车轴的左右轴箱内，用于检测轴箱的垂、横、纵三向振动加速度；

7、所述测力车轮安装在单节车辆的1、2、3、4位轮中任一轮对的左右车轮轮辋端，用于检测车轮处的轮轨垂向力以及横向力。

8、进一步地，所述应变组桥设有若干组，且分别设置在钢轨轨腰处以及钢轨轨底处，分别用于检测钢轨处轮轨垂向力以及检测钢轨处的轮轨横向力；

9、所述轨用加速度传感器一设置在两个相邻扣件支撑的钢轨的轨底中部以及有轨道病害之处的整体道床或预制混凝土道床板顶面和侧面，用于检测钢轨垂向、横向振动加速度以及道床垂向、横向振动加速度。

10、进一步地，所述位移传感器设置在钢轨的两个相邻扣件支撑的钢轨的轨底中部以及两个相邻扣件支撑的钢轨的轨头外侧，用于检测钢轨垂向及横向位移；

11、所述位移传感器还设置在道床的有轨道病害之处的整体道床、预制混凝土道床板顶面和侧面，用于检测道床垂向、横向位移；

12、所述轨用声学传感器设置在轨道旁边，且高度为钢轨顶面高度，安装麦克风、声压计或者声阵列，用于检测轨旁噪声。

13、进一步地，所述数据采集装置和传感器，为适合车辆、轨道结构和部件量程的加速度、位移传感器以及由此形成的组桥形式，以便获得相应的数据。

14、进一步地，所述车用加速度传感器一、车用加速度传感器二以及轨用加速度传感器一、轨用加速度传感器二型号为lc0159ta-500g、lc0156-10-10g以及lc0163a-25g，均用于加速度测量；

15、所述车用声学传感器以及轨用声学传感器型号均为inv9206，用于噪声测量；

16、所述位移传感器为一种一维激光位移传感器，用于位移测量；

17、所述应变片型号为kfgs，用于轮轨力测量；

18、所述数据信号采集仪型号为inv3018ct型24位高精度数据采集仪，用于加速度、声学和应变信号采集。

19、进一步地，所述车体内部传感器和数据采集装置包括在车体的车内转向架上方或车厢中部安装车用声学传感器、车厢转向架上方或车厢中部地板安装车用加速度传感器一、单节车厢任一车轮轴箱安装车用加速度传感器二和车轮设置测力车轮，车用数据信号采集仪安装在车内，通过无线或者有线方式与上述传感器联系；

20、所述轨道内传感器和数据采集装置包括在轨道的轨旁安装轨用声学传感器、钢轨的轨底上安装轨用加速度传感器一、道床上安装轨用加速度传感器二、钢轨的轨腰和轨底上安装轮轨力测量的应变组桥，以及在轨旁放置轨用数据采集仪，通过无线或者有线方式与上述传感器联系。

21、上述数据采集装置和传感器安装后，车辆在已知病害程度的轨道上运行，轨道病害程度包括钢轨轨面的光带异常、波磨、疲劳裂纹和掉块、焊接接头不良，以及道岔转辙和辙叉轨线不连续，病害程度和病害量值为上述病害的长度、宽度、所处在轨面的位置、波长和分布范围。

22、一种基于行驶振动的轨道病害检测方法，包括以下步骤：

23、s1:传感器采集车辆与轨道相互作用引起的振动噪声数据，包括车体地板振动加速度、车内噪声、轴箱加速度、轮轨动力、钢轨受力、钢轨位移、钢轨加速度、道床位移、道床加速度、道床应变、车外轮轨噪声，并被安装在车体的车用声学传感器、车厢地板车用加速度传感器一、车轮轴箱车用加速度传感器二和测力车轮所测量到，并存储在车用数据采集装置中,或被轨道的轨旁轨用声学传感器、钢轨上轨用加速度传感器一、道床上轨用加速度传感器二、钢轨上应变组桥，并存储在轨用数据采集仪中；

24、s2:对上述数据进行处理，得到振动以及噪声的时域波形峰值、频域峰值及峰值频率、振动级/噪声级水平及对应频率，以及上述波形特征随时间积累的变化趋势，并与线路台账、车辆运行速度数据根据里程进行关联；

25、s3：对这些振动-噪声数据及对应的轨道已知病害程度量值建立关联，形成关联数据集。即不同病害程度量值，引起不同的振动以及噪声时域波形峰值、频域峰值及峰值频率、振动级/噪声级水平及对应频率；

26、s4：上述装有传感器和数据采集装置的车辆在任意轨道上运行，或者在任意轨道上安装传感器和数据采集装置形成轨道，由车辆持续通过，记录长期运营下的车辆以及轨道的振动和噪声数据，进行统计计算后与有关联数据集对比，识别到同类振动和噪声信号时，判断轨道病害的类型和程度。

27、采用了上述技术方案后，本装置的有益效果是：通过在轨道交通车辆、轨道上安装数据采集装置和传感器，首先获得已知轨道病害程度情况下的车辆、轨道相互作用及振动、噪声响应数据，建立已知病害程度量值与对应的振动、噪声数据的关联数据集，再通过任意车辆或任意轨道上安装相同的数据采集装置和传感器，获取长期运营条件下车辆、轨道相互作用及振动、噪声响应数据，经过数据处理，与关联数据集进行对比，根据数据特征，从而判断轨道病害的类型和程度；

28、本基于行驶振动的轨道病害检测方法的有益效果是：形成典型轨道结构和部件病害与车辆与轨道振动和噪声数据的关联数据集，可以快速识别对应病害；

29、根据不同运营时期的识别的病害，以及对应的车辆、轨道的振动以及噪声数据情况，可以制订合理的维修计划。