基于多中點(diǎn)弦同步測量的軌道波浪形磨耗快速檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種基于多弦測量的軌道波浪形磨耗快速檢測方法，其直接應(yīng)用于鐵 路軌道日常維護(hù)中波浪形磨耗的檢測。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋼軌波浪形磨耗（簡稱"波磨"）廣泛存在于各種鐵路軌道線路中，是機(jī)車運(yùn)行時(shí) 產(chǎn)生震動(dòng)和噪聲的激擾源，影響機(jī)車的使用壽命及乘坐的舒適性，嚴(yán)重時(shí)還可能導(dǎo)致列車 出軌，造成生命財(cái)產(chǎn)的巨大損失。通過對(duì)各種軌道的波磨進(jìn)行觀察和測量表明軌道波磨存 在著普遍規(guī)律：同一處軌道的波磨頻率基本一致，且維持一定里程，形態(tài)W正弦或準(zhǔn)正弦為 主，波長范圍在50mm-300mm之間，波磨形成的初期就必須加W修復(fù)，否則將會(huì)隨時(shí)間逐漸 加速惡化。因此，如何對(duì)波磨進(jìn)行檢測成為軌道波磨病害防治的關(guān)鍵問題。
[0003] 國內(nèi)外對(duì)鋼軌波磨的檢測方法之一是慣性法，利用加速度計(jì)的慣性基準(zhǔn)， 通過對(duì)得到的大型軌檢列車軸箱加速度信號(hào)進(jìn)行二次積分獲取不平順值，如：英國 Railmeasurement公司研制的RCA波磨分析車、我國鋼軌波浪磨耗動(dòng)態(tài)檢測系統(tǒng)RCIU-I等。 該方法的檢測精度最高能達(dá)到微米級(jí)，但其設(shè)備成本非常高，在軌道日常人工巡檢中不太 適用。另一種更為常見的檢測方法是平直尺，如HYGP-3鋼軌平直度測量儀等。其測量原理 簡單，但操作者勞動(dòng)強(qiáng)度大且測量效率低下。
[0004]目前，基于中點(diǎn)弦的軌道檢查小車在各個(gè)鐵路工務(wù)段被廣泛使用，能夠?qū)崿F(xiàn)軌道 幾何狀態(tài)的連續(xù)快速測量，其基本原理見下式： 陽0化]
[0006] 其中A為測量值，L表示小車前后走行輪構(gòu)成的測量弦長，F(xiàn)OO表示軌道不平順 函數(shù)。中點(diǎn)弦測方法有個(gè)固有的缺陷，即當(dāng)L為FOO波長的偶數(shù)倍時(shí)，A測量值為0,不能 完成期待的測試任務(wù)，因此該類小車主要用于測量FOO波長較長的軌道幾何狀態(tài)，也就是 說，基于中點(diǎn)弦的軌道檢查小車由于原理所限不能準(zhǔn)確測量FOO波長較短的軌道波磨。鑒 于軌道波磨病害的重要性，探索研究一種快速，低成本，準(zhǔn)確的鐵路軌道波磨檢測方法既是 鐵路幾何狀態(tài)檢測理論上的創(chuàng)新，亦是工程需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出基于多中點(diǎn)弦同步測量的軌道波浪形 磨耗快速檢測方法。
[0008] 本發(fā)明是通過W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0009] (1)在現(xiàn)有的軌道檢查小車測量弦中點(diǎn)測頭兩側(cè)對(duì)稱添加n對(duì)同步測頭，各個(gè)測 頭能夠同時(shí)接觸軌道表面。軌道檢查小車"前后走行輪+中點(diǎn)測頭"組成主弦，"每一對(duì)同 步測頭+中點(diǎn)測頭"組成一組同步弦。
[0010] 所述中點(diǎn)測頭及添加的n對(duì)同步測頭采用同一信號(hào)觸發(fā)采樣，實(shí)現(xiàn)各測頭的同步 測量。
[0011] (2)確定測頭對(duì)數(shù)量n及相互之間的距離Li:
[0012] 根據(jù)多中點(diǎn)弦幅頻響應(yīng)函數(shù)（如下式） 巧
[001 引迸i/似)=:(1 -怎辦(死./ 乂)) + 么 1 -c.o:s(巧為./ 義'(過 /二I.
[0014] 計(jì)算入在50mm-300mm之間變化，選擇不同的n值及L準(zhǔn)時(shí)得到的H。（W)序列Xj 的方差S2,計(jì)算公式如下式： 到
舶：
[OOW式（a)中n表示添加同步頭對(duì)的數(shù)量，入表示軌道波磨的波長，Li表示第1對(duì) 同步測頭之間的長度，L。表示前后走行輪之間的長度。式化）中S2表示H"(?)序列的方差 值，X,表示H。（W)序列中第j點(diǎn)的計(jì)算值，X表示H。（W)序列中所有點(diǎn)的均值，k表示所得 Hn(CO)序列的總長度。
[0017] 對(duì)得到的不同n值及Li值時(shí)的S2進(jìn)行分析，取S2最小時(shí)的n值、L。值及L1值作 為添加測頭的數(shù)量、前后走行輪之間的長度及第i對(duì)同步測頭之間的長度。 陽〇1引 （3)軌道波磨幅值計(jì)算
[0019] 把主弦及各同步弦在同一軌道測量點(diǎn)的測量值相加，得到多中點(diǎn)弦測值之和序列 X狂)。根據(jù)中點(diǎn)弦測模型基本原理，當(dāng)軌道波磨具有波長A時(shí)，多中點(diǎn)弦測值之和序列 5：狂）同樣具有波長A，對(duì)5：狂）運(yùn)用數(shù)學(xué)變換可找出波長A。所述數(shù)學(xué)變換包括小波變 換，傅立葉變換，奇異值分解，經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解W及上述方法的加速算法。
[0020] 把確定的前后走行輪之間的長度L。、添加同步測頭對(duì)的數(shù)量n，i對(duì)同步測頭之間 的長度Li、通過數(shù)學(xué)變換計(jì)算得到的軌道波磨波長A，帶入（a)式得到町（《)的唯一值6， 把多中點(diǎn)弦測值之和序列S狂）中的每個(gè)值除W6則可計(jì)算出當(dāng)前軌道波磨的幅值。
[0021] 本發(fā)明所述算法是自動(dòng)計(jì)算，或者是手動(dòng)計(jì)算。
[0022] 本發(fā)明在現(xiàn)有軌道檢查儀的技術(shù)方案基礎(chǔ)上添加了多對(duì)同步測頭W實(shí)現(xiàn)對(duì)軌道 波磨的快速測量，該方法克服了現(xiàn)有軌道檢查小車不能準(zhǔn)確檢測軌道波磨的缺陷，測量與 解算效率高，適合鐵路軌道波磨病害的發(fā)現(xiàn)與軌道不平順的日常養(yǎng)護(hù)。
【附圖說明】
[0023] 圖1為軌道檢查小車測頭安裝圖； 陽024] 圖中：1為1對(duì)同步測頭，2為前后走行輪，3為中點(diǎn)側(cè)頭，4為軌道檢查小車，5為 具有波浪形磨耗的軌道；
[0025]圖2為基于多中點(diǎn)弦同步測量的軌道波浪形磨耗快速檢測方法的算法流程?！揪唧w實(shí)施方式】
[00%] 本發(fā)明將通過W下實(shí)施例結(jié)合附圖1作進(jìn)一步說明。
[0027] 在軌道檢查小車4中點(diǎn)測頭3兩側(cè)添加一對(duì)同步測頭1，即n= 1，則根據(jù)式（a) 可得到添加一對(duì)同步測頭后形成的雙中點(diǎn)弦幅頻響應(yīng)函數(shù)（C)。
[002引 Hi(CO)二 2-COS(JTLq/A)-COS(JTLi/A) (C)
[0029] 根據(jù)公式（C)改變L。和L1的值計(jì)算得到H1 (O)在波長A為50mm-300mm之間變 化時(shí)的序列，對(duì)各組響應(yīng)函數(shù)序列運(yùn)用式化）計(jì)算它們的方差S2,取S2最小時(shí)的L1=667mm值作為添加的一對(duì)同步測頭1之間的長度；L。= 750mm值作為前后走行輪2所構(gòu)成的主弦 長度。使用添加了一對(duì)同步測頭的雙中點(diǎn)弦軌道檢查小車4在具有波浪形磨耗的軌道5上 推行測量，獲得實(shí)測軌道波磨的雙中點(diǎn)弦測值之和序列S狂)，對(duì)5：狂）進(jìn)行數(shù)學(xué)變換得到 其波長A。根據(jù)確定的n，U，Li，當(dāng)前軌道波磨波長A帶入（C)計(jì)算得到Hi(CO)的唯一值 6，把雙中點(diǎn)弦測值之和X狂）序列中的每個(gè)值除W6即可計(jì)算出當(dāng)前軌道波磨的幅值。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于多中點(diǎn)弦同步測量的軌道波浪形磨耗快速檢測方法，其特征是： (1) 在現(xiàn)有的軌道檢查小車測量弦中點(diǎn)測頭兩側(cè)對(duì)稱添加n對(duì)測頭，各個(gè)測頭能夠同 時(shí)接觸軌道表面；軌道檢查小車"前后走行輪+中點(diǎn)測頭"組成主弦，"每一對(duì)同步測頭+中 點(diǎn)測頭"組成一組同步弦； (2) 確定測頭對(duì)數(shù)量n及相互之間的距離L1: 根據(jù)多中點(diǎn)弦幅頻響應(yīng)函數(shù)（如下式）計(jì)算A在50mm-300mm之間變化，選擇不同的n值及Li值時(shí)得到的Hn(〇)序列Xj的 方差S2,計(jì)算公式如下式：式（a)中n表示添加同步測頭對(duì)的數(shù)量，A表示軌道波磨的波長，L1表示第i對(duì)同步 測頭之間的長度，L。表示前后走行輪之間的長度；式（b)中S2表示Hn(c〇)序列的方差值，Xj 表示Hn (?)序列中第j點(diǎn)的計(jì)算值，X表示Hn (?)序列中所有點(diǎn)的均值，k表示所得Hn (?) 序列的總長度； 對(duì)得到的不同n值及L1值時(shí)的S2進(jìn)行分析，取S2最小時(shí)的n值、L。值及L^直作為添 加測頭的數(shù)量、前后走行輪之間的長度及第i對(duì)同步測頭之間的長度。 (3) 軌道波磨幅值計(jì)算 把主弦及各同步弦在同一軌道測量點(diǎn)的測量值相加，得到多中點(diǎn)弦測值之和序列S(X)，根據(jù)中點(diǎn)弦測模型基本原理，當(dāng)軌道波磨具有波長A時(shí)，多中點(diǎn)弦測值之和序列 S(X)同樣具有波長A;對(duì)5： (X)運(yùn)用數(shù)學(xué)變換可找出波長入； 把確定的前后走行輪之間的長度L。、各同步弦的數(shù)目n，各對(duì)同步弦同步測頭之間的長 度1^、通過數(shù)學(xué)變換計(jì)算得到的軌道波磨波長A，帶入（a)式得到Hn(Co)的唯一值6,把 多中點(diǎn)弦測值之和序列S(X)中的每個(gè)值除以6則可計(jì)算出當(dāng)前軌道波磨的幅值。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多中點(diǎn)弦同步測量的軌道波浪形磨耗快速檢測方法，其 特征是：所述中點(diǎn)測頭及添加的n對(duì)同步測頭采用同一信號(hào)觸發(fā)采樣，實(shí)現(xiàn)各測頭的同步 測量。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多中點(diǎn)弦同步測量的軌道波浪形磨耗快速檢測方法，其 特征是：所述數(shù)學(xué)變換包括小波變換，傅立葉變換，奇異值分解，經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解以及上述方 法的加速算法。
【專利摘要】基于多中點(diǎn)弦同步測量的軌道波浪形磨耗快速檢測方法，包括：確定用于檢測軌道波磨的測頭數(shù)目及測量弦長的方法；多個(gè)測頭數(shù)據(jù)采集的方法；基于多中點(diǎn)弦的軌道波磨值復(fù)原方法。本發(fā)明基于現(xiàn)有的軌道檢查儀能夠快速的檢測軌道偏差的能力，改造現(xiàn)有軌道檢查儀的結(jié)構(gòu)和檢測算法，以獲取軌道波磨量值，該方法成本低，效果好，測量與解算效率高，適合軌道工務(wù)中對(duì)波浪型磨耗的快速檢測。
【IPC分類】B61K9/08
【公開號(hào)】CN105128888
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510531711
【發(fā)明人】陶捷, 朱洪濤, 殷華
【申請(qǐng)人】江西日月明測控科技股份有限公司
【公開日】2015年12月9日
【申請(qǐng)日】2015年8月27日