确定铁路轨道的结构参数的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于确定包括传感器阵列的轨道的结构参数的方法。该方法包括用沿着轨道的传感器阵列至少测量所述轨道的垂直和/或侧向不规则，从而提供对应于与车轮负载不同距离处的几何不规则的信号。提供了一种描述轨道的偏转形状的模型，其中偏转形状取决于轨道的结构参数和轨道上的负载，所述模型存储在处理器中。在处理器中，所述几何不规则在不同的负载影响下进行比较以产生测量的偏转形状。通过改变模型中的结构参数和负载，使用模型产生至少一个理论轨道偏转形状。将所述理论偏转形状中的至少一个与轨道的每个点的所述测量的偏转形状进行比较，并且确定与所测量的偏转形状最佳匹配的理论偏转形状的结构参数。还提供了一种被配置为执行该方法的装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及铁路轨道的监测。通过检查负载轴下的隐式测量的偏转形状，并且与来自模型的偏转形状进行比较，可以确定轨道的结构参数。
技术介绍
铁路轨道具有需要被监视以确保安全行驶的若干特性，其中一些是几何特性，一些是结构特性。当然，结构和几何参数之间是有联系的。轨道几何质量是描述轨道的当前几何形状的一组参数，例如竖直和横向不规则/对准(竖直对准在美国通常被称为“表面”，而在欧洲被称为“纵向水平”)、轨距、交叉水平和曲率。在本文的其余部分中，术语“几何参数”用于垂直和横向不规则/对准。轨道几何质量是通过轨道记录车辆或者通过安装在普通车辆上的无人值守系统来测量的。根据安全规定和维护管理策略，测量频率的范围可以是例如每年1-20次。结构参数的例子是轨道刚度/模量(竖直和横向)；紧固件在轨枕和轨道之间的夹紧力；轨道的无应力温度和土壤的剪切波速度。所有这些参数影响轨道在给定负载下的偏转形状。工业相关性和现有技术的无应力温度(SFT)和侧向刚度/抗性轨道屈曲是由铁路轨道上的大的横向不对准形成的，这在有些情况下导致列车出轨。屈曲通常由三个主要因素的组合引起：高压缩力、弱化轨道条件和车辆载荷(列车动力学)。压缩力产生于受限轨道中由高于其“无应力”状态的温度引起的应力，并且产生于诸如列车制动和加速的机械来源。在无应力状态下的钢轨温度称为无应力温度(SFT)(即经受零纵向力的钢轨的温度)。最初，钢轨的安装温度或锚固温度是钢轨的SFT。因此，在轨道温度高于中性时，压缩力产生，并且在温度低于中性时，张力产生。轨道维护作业通过将轨道锚固在10–40℃(中性)温度(取决于年平均温度)而解决高热负荷问题。SFT可能由于例如轨道维持、几何轨道劣化和曲线的横向轨道移位而随时间改变。影响轨道屈曲可能性的弱化轨道条件包括：轨道抗性降低、横向对准缺陷和降低的轨道SFT。轨道抗性是道碴、轨枕和紧固件提供横向和纵向强度以保持轨道稳定性的能力。如果在轨枕之下或之间或者从道碴肩部缺失道碴，则抗性降低。整个道碴区段是重要的，特别是在曲线中。道碴受到扰动时轨道抗性降低。夯实(找平)、轨枕更新和底切操作将在很大程度上削弱道碴抗性。通过足够的道碴锚固为轨道/轨枕结构提供纵向抗性对于防止轨道运动和因此的轨道中性温度降低是重要的。为了防止轨道屈曲，必须监测SFT和轨道抗性。目前存在几种监控SFT的方法，例如●切割方法(轨道被切割，而间隙是SFT的估计)。这是一种破坏性的方法，需要新的焊接。●一种紧固件被释放并且轨道被提升的方法。提升力与SFT成比例。大多数现有技术方法的共同点是一次在一个位置进行测量。这使得该方法是耗时的，因此测量之间的间隔可能被延长(既在时间上又在沿轨道的位置上)。SE534724C2描述了一种根据轨道几何形状和轨道温度的测量来估计SFT和轨道电阻的连续方法。为了具有温度差，在不同的场合使用两组测量。本专利技术的不同之处在于在一个轨道温度下仅需要一次测量。US5386727描述了一种基于超声波的方法，用于基于通过所述轨道传输的超声波信号的改变来确定轨道段中的纵向应力。与紧固件夹紧力相关的工业相关性和现有技术为了将连续焊接的轨道保持在正确的轨距上，轨道用紧固件系统夹紧到轨枕上。许多紧固件系统使用以一定的力保持轨道的弹性夹紧。有时夹紧力可能减小，并且夹子甚至可能断裂。如果缺失连续的夹子，则在最坏情况下可能有火车脱轨的安全问题。紧固件的一个重要性质是其增加了轨道弯曲刚度。缺失的夹子传统上通过手动目视检查来监视。到目前为止，存在几种基于相机和图像处理以找到缺失的夹子的自动化系统。轮轨接触力测量的工业相关性和现有技术轮轨接触力测量用于各种应用中。这样的测量可用于发现轨道中的不连续性，例如在焊缝处或者在道岔的交叉鼻处的尖锐边缘。它也经常用于新铁路车辆的认证过程中，以证明行驶的安全性和舒适性，并将列车-轨道的相互作用力限制在一定限度内。可以使用安装在车轮上的应变计测量轮轨接触力。在不同的配置中，还可以使用安装在轮副或转向架中的测力计和/或加速度计。轨道刚度和道床模量测量的工业相关性和现有技术轨道刚度和道床模量描述了在给定负载下轨道偏转的大小。轨道偏转需要处于一定限度内。轨道刚度沿轨道的迅速变化通常可以解释维护问题。SE535848C2描述了一种使用从轨道记录车辆测量的轨道几何质量参数来确定轨道刚度/偏转的连续方法。使用了两种不同的用于轨道几何质量的测量系统，并且通过比较它们可以找到偏转。US-6,119,353描述了一种使用激光多普勒技术确定轨道偏转的连续方法。US2006144129公开了一种用于测量铁路轨道的垂直刚度的非接触测量系统。该系统包括第一和第二光学发射器，其安装到测量车辆并且被配置成发射可在下面的表面上检测的光束。相机安装到车辆上，用于记录当车辆沿着表面行进时光束之间的距离。作为表面刚度的函数的光束之间的距离然后使用图像识别技术进行测量。临界速度确定的工业相关性和现有技术在软土和列车(或飞机在跑道上起飞或着陆)的高行驶速度的一定条件下，可能发生高速现象。当速度接近或超过轨道-地面复合结构的临界波速度时，轨道响应极大地改变特性。传播阻塞波由移动的负载产生。这引起地面的广泛振动和大偏转。短期解决方案是限制受影响地区的更高速度。为了解决这个问题，可以使用不同的方法来加强土壤。检测和量化高速振动现象的当前方法包括例如，确定高速列车通过时的土体剪切波速度和刚度/模量的地质动力学试验以及振动的测量。然而，所有的当前方法需要在轨道和/或土壤的特定位置处设置仪器，因而不能在运行的列车上使用以监测更大的距离。
技术实现思路
如
技术介绍
部分所示，存在多种用于确定铁路轨道的一些结构参数的现有技术方法。然而，这些方法是复杂的(例如，需要多于一种测量)、破坏性的(例如需要轨道的切割以确定轨道应力状态)、耗时的(仅测量沿着轨道的一个位置的非连续方法)或仅聚焦于一个参数。所有的现有技术的方法中的每个方法仅确定一个结构参数，或者需要多于一种测量。考虑到与确定铁路轨道的结构参数相关的现有技术方法的缺点，专利技术人设计了一种改进的方法，通过该方法同时确定一组结构参数。因此，本专利技术涉及利用测量车辆在铁路轨道上的仅一次通过同时确定铁路轨道的一组结构参数。本专利技术基于在不同负载的影响下观察并比较轨道在轨道偏转形状方面的反应。负载在所有情况下都是来自测量车轮的列车-轨道相互作用负载，并且(如果考虑了结构参数：轨道应力状态)，也包括轨道钢材料中的温度引起的力或载荷)。与由结构参数限定的模型的理论偏转形状进行了比较。通过将模型的参数改变为最佳的可能拟合，轨道的结构参数被确定。本专利技术由权利要求1限定。与现有技术方法相比的主要优点是本方法仅执行一次，即不必在不同时间和/或温度下进行测量。附图说明图1示出了包括安装在铁路车体下的激光器/摄像机的传感器阵列的系统的示例；图2是几何不规则(竖直对准)(点划线)、由于轮负荷Q(实线)的偏转和两者的组合(虚线)的图示；图3是来自与负载轮不同距离处的四个不同传感器的测量的几何不规则(竖直对准)的图示；图4是在一个位置处的理论偏转形状和测量的偏转形状的图示；图5示出了在竖直方向上由几何不规则产生的纵向力s(x)(点划线)、由在比SFT高30℃本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于使用测量系统确定轨道的结构参数的方法，所述测量系统包括传感器阵列，所述传感器阵列被配置为在沿着轨道的多个点处以及在与负载/轮的不同距离处至少测量轨道在不同负载影响下的竖直和/或侧向不规则，并且提供对应于所述轨道不规则的信号，所述传感器阵列放置在铁路车辆中与车轮和轨道之间的接触点相邻；以及处理器，被配置为处理来自所述传感器阵列的信号；该方法包括：用沿着轨道的该传感器阵列至少测量所述轨道的垂直和/或横向不规则，从而提供对应于距车轮‑负载不同距离处的几何不规则的信号，即在不同的负载影响下的几何不规则的信号；提供一种描述轨道的偏转形状的模型，其中偏转形状取决于轨道的结构参数和轨道上的负载，所述模型存储在处理器中；并且在处理器中，在不同的负载影响下比较所述几何不规则，以便将由于一个或多个轮负载引起的偏转与非负载的几何不规则分离，从而产生测量的偏转形状；通过改变模型中的结构参数和负载，使用模型产生至少一个理论轨道偏转形状；将所述理论偏转形状中的至少一个与对轨道每个点的所述测量的偏转形状进行比较；并且确定与所测量的偏转形状最佳匹配的理论偏转形状的结构参数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.15 SE 1450463-31.一种用于使用测量系统确定轨道的结构参数的方法，所述测量系统包括传感器阵列，所述传感器阵列被配置为在沿着轨道的多个点处以及在与负载/轮的不同距离处至少测量轨道在不同负载影响下的竖直和/或侧向不规则，并且提供对应于所述轨道不规则的信号，所述传感器阵列放置在铁路车辆中与车轮和轨道之间的接触点相邻；以及处理器，被配置为处理来自所述传感器阵列的信号；该方法包括：用沿着轨道的该传感器阵列至少测量所述轨道的垂直和/或横向不规则，从而提供对应于距车轮-负载不同距离处的几何不规则的信号，即在不同的负载影响下的几何不规则的信号；提供一种描述轨道的偏转形状的模型，其中偏转形状取决于轨道的结构参数和轨道上的负载，所述模型存储在处理器中；并且在处理器中，在不同的负载影响下比较所述几何不规则，以便将由于一个或多个轮负载引起的偏转与非负载的几何不规则分离，从而产生测量的偏转形状；通过改变模型中的结构参数和负载，使用模型产生至少一个理论轨道偏转形状；将所述理论偏转形状中的至少一个与对轨道每个点的所述测量的偏转形状进行比较；并且确定与所测量的偏转形状最佳匹配的理论偏转形状的结构参数。2.根据权利要求1所述的方法，其中，负载是轨道中的轮负载和温度引起的纵向负载。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，结构参数从轨道模量、轨道的无应力温度、轨道的弯矩、轨道阻尼、地面的临界速度中选择。4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，用于测量所述不规则的传感器阵列包...

【专利技术属性】
技术研发人员：E伯格伦，
申请(专利权)人：伊伯动力股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE