一种钢轨探伤车仿真操作系统技术方案

本发明专利技术公开了一种钢轨探伤车仿真操作系统，包括通过交换机实现数据互联的以下计算机仿真系统：行车仿真系统，用于仿真钢轨探伤车在钢轨线路上的运行；电控仿真系统，用于仿真电控系统控制探轮动作；对中仿真系统，用于仿真控制探轮与钢轨线路对中；监视仿真系统，用于仿真探轮运行状态监视画面；检测仿真系统，用于仿真检测系统超声波钢轨探伤检测；分析系统，用于接收检测仿真系统检测数据，分析识别伤损，形成B型图文件。本发明专利技术通过计算机网络通信仿真钢轨探伤车各子系统的工作特性及通信协议，为钢轨探伤车研发调试提供验证，能解决现有系统钢轨探伤车工作性能难以全面现场验证，操作培训困难，受时间、地点及成本等试验条件制约的技术问题。件制约的技术问题。件制约的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种钢轨探伤车仿真操作系统


[0001]本专利技术涉及超声波探伤检测
，尤其涉及一种钢轨探伤车仿真操作系统。

技术介绍

[0002]在铁路工程和维护车辆领域，超声波钢轨探伤车广泛应用于钢轨的探伤和维护。 如附图1所示，一个超声波钢轨探伤系统主要包括：钢轨探伤检测系统1及钢轨探伤 分析系统2。钢轨探伤检测系统1通过装在探轮架3上的探轮4发出超声波激励脉冲 信号，检测钢轨5伤损回波，检测结果传输至钢轨探伤分析系统2，钢轨探伤分析系 统2形成检测B型图，进行伤损回放分析。为了提供钢轨探伤检测系统1正常检测条 件，钢轨探伤车提供了行车系统、电控系统、对中系统及监视系统。行车系统控制探 伤车行车；电控系统检测控制气路及水路，起落探轮架，向钢轨5表面喷洒耦合水， 利于超声波传播；对中系统控制探轮4与钢轨5对中；监视系统采用网络视频监视探 轮4工作状态。钢轨探伤检测系统1通常由多达30余路超声波通道对钢轨进行多角度 高速探伤，检测条件要求高，钢轨探伤车监视参数多，造价贵，在钢轨探伤检测作业 时，一般需3～5名经专业培训的操作人员协同工作。对于设计部门，钢轨探伤车各系 统的工作性能需经多项试验验证。
[0003]在现有技术中，与本专利技术较为相关的技术方案主要有：
[0004]本申请人于2014年05月22日申请，并于2014年08月06日公开，公开号为 CN103969343A的中国专利技术申请。该专利技术公开了一种钢轨探伤仿真试验装置及其系统， 装置包括：仿真计算机，与信号发生/数据采集器相连，采用故障特征点设置钢轨伤损 图，模拟故障钢轨；当进行仿真试验时，设置机车速度信号，根据机车运行位置对应 的钢轨伤损图依次生成超声波回波参数数据，并传输至信号发生/数据采集器；信号发 生/数据采集器，与外部的钢轨探伤检测系统相连，向其输出机车速度信号；接收钢轨 探伤检测系统发送的超声波激励信号，根据仿真计算机传输的超声波回波参数数据向 钢轨探伤检测系统返回超声波回波模拟信号。本专利技术克服了现有技术对钢轨探伤检测 系统缺乏试验室验证手段、试验成本高和易受环境制约的技术问题，可以随时随地对 检测系统工作性能进行验证。
[0005]上述专利技术申请采用仿真电信号为检测系统电子柜性能试验提供了条件，然而，对 于钢轨探伤检测系统的通信及其它系统性能没有验证，缺乏钢轨探伤车系统整体验证。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种钢轨探伤车仿真操作系统，以解决现有系 统钢轨探伤车工作性能难以全面现场验证，操作培训困难，受时间、地点及成本等试 验条件制约的技术问题。
[0007]为了实现上述专利技术目的，本专利技术具体提供了一种钢轨探伤车仿真操作系统的技术 实现方案，钢轨探伤车仿真操作系统，包括：通过交换机实现数据互联的行车仿真系统、 电控仿真系统、对中仿真系统、监视仿真系统、检测仿真系统及分析系统。
[0008]所述行车仿真系统，用于仿真钢轨探伤车在钢轨线路上的运行。
对中控制单元放大系数K、电缸一阶惯性延时时间T、手动调节给定值P
M
、线路偏差 给定值P
L
及仿真输出对中偏差值E
S
。在路况设置文件中对应里程脉冲坐标X位置， 对中传感器不能正常工作，自动对中方式下对中偏差值E
S
按照开环控制模式计算。
[0018]进一步的，所述对中仿真模块在自动对中模式下，采用闭环PID控制，给定为线 路偏差给定值P
L
及手动调节给定值P
M
，即P
L
+P
M
，反馈为探轮调节位置U
L
。所述对 中仿真模块根据司控信息S，得到对应线路名M的曲线弯道半径R，线路偏差给定值 P
L
根据以下公式计算：P
L
＝L≈W2/8R，其中R为线路曲线半径，W为弦长、L为正矢 值。在手动对中方式下，所述对中仿真计算模块采用开环控制，探轮调节位置U
L
跟随 手动调节给定值P
M
：U
L
＝P
M
，对中偏差值E
S
＝P
L
‑
P
M
。
[0019]进一步的，所述监视仿真系统包括监视仿真系统主机及监视显示器。所述监视仿 真系统主机装有监视仿真软件模块，包括以太网通信模块、监视画面更新模块、操作 记录评价模块及监视画面输出模块。所述监视仿真系统通过以太网通信模块读取司控 信息S、电控指令K及对中偏差值E
S
，根据对中偏差值E
S
得到探轮与钢轨中心水平 偏差值，根据来自电控仿真系统的电控信息K，得到探轮提升K1、探轮下降K2、耦 合水开关K3及探轮下压量H。所述监视画面更新模块生成探轮相对钢轨位移动画，通 过监视画面模块输出至监视显示器。所述操作记录评价模块以里程脉冲坐标X记录司控信 息S、电控信息K及对中偏差值E
S
。
[0020]进一步的，所述监视仿真系统在探伤任务结束后，根据司控信息S、电控信息K 及对中偏差值E
S
记录，对操作人员操作流程及调节量偏差进行自动评估。
[0021]进一步的，所述检测仿真系统包括检测仿真系统主机、A型显示器及轨伤显示器。 所述检测仿真系统主机装有检测仿真软件模块，包括检测系统仿真模块、以大网通信 模块、钢轨伤损设置图及超声回波采样数据模块。所述检测系统仿真模块通过以太网 通信模块接收司控信息S、电控指令K及对中偏差值E
S
，根据来自对中仿真主机对中 偏差E
S
，所述检测系统仿真模块读取对应线路名M及里程脉冲坐标X的钢轨伤损设 置图，输出显示至轨伤显示器。所述检测仿真系统根据空间转换参数生成对应超声波 压电晶片角度及延时时间的超声波回波仿真数据，根据对中偏差值E
S
及耦合水开关 K3状态进行调整，作为伤损检测数据D，通过交换机通信模块发送至分析系统，选取 伤损检测数据D中各探轮的0度晶片超声回波仿真数据，通过超声回波采样数据模块 模拟回波波形，输出至A型显示器，监视钢轨底波。
[0022]进一步的，所述检测系统仿真模块根据探轮下压量H计算超声波在探轮中的传播 时间，钢轨探伤车运行前，通过A型显示器观测0度晶片超声波发射始脉冲与钢轨表 面回波的延时值T
D
，调整探轮下压量H到规定值，打开耦合水开关K3，当耦合水开 关K3未打开时，所述A型显示器无钢轨底波显示。
[0023]进一步的，所述检测系统仿真模块通过空间转换参数、伤损在钢轨中位置及超声 波传播路径计算得到伤损检测数据D。所述空间转换参数X
NJ
由下式求得：根据机车 的里程脉冲坐标X，探轮N对机车的相对坐标X
N
，超声波压电晶片J对探轮N的相 对坐标X
J
，得到超声波压电晶片J的位置X
NJ
＝X+X<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钢轨探伤车仿真操作系统，其特征在于，包括：通过交换机(700)实现数据互联的行车仿真系统(100)、电控仿真系统(200)、对中仿真系统(300)、监视仿真系统(400)、检测仿真系统(500)及分析系统(600)；所述行车仿真系统(100)，用于仿真钢轨探伤车在钢轨线路上的运行；所述电控仿真系统(200)，用于仿真电控系统控制探轮(4)动作；所述对中仿真系统(300)，用于仿真控制探轮(4)与钢轨(5)线路对中；所述监视仿真系统(400)，用于仿真探轮(4)运行状态监视画面；所述检测仿真系统(500)，用于仿真检测系统超声波钢轨探伤检测；所述分析系统(600)，用于接收检测仿真系统(500)检测数据，分析识别伤损，形成B型图文件。2.根据权利要求1所述的钢轨探伤车仿真操作系统，其特征在于：所述行车仿真系统(100)包括行车仿真系统主机(110)、司控指令(120)、地图显示器(130)及线路显示器(140)；所述行车仿真系统主机(110)装有行车仿真软件模块，包括线路地图模块(10)、外部指令实时采集模块(11)、以太网通信模块(12)、动画输出模块(13)及线路动画文件(14)；所述地图显示器(130)采用触控显示器，所述线路地图模块(10)设定行车计划路径，得到线路名M，司机操控台(1)操控手柄提供司控指令(120)，包括调速手柄设定机车速度、换向手柄设定运行方向；所述线路地图仿真模块(10)通过外部指令采集模块(11)读取司控指令(120)，得到机车速度V，并根据线路名M及机车速度V得到里程脉冲坐标X；在达到机车设定速度前，采用加速度A限制，加速时间里程脉冲坐标达到设定速度V后机车采用恒速运行；机车运行时，所述线路地图模块(10)通过地图显示器(130)显示运行路径，为动画输出模块(14)提供包括线路名M、机车速度V及里程脉冲坐标X在内的司控信息S；司控信息S通过以太网通信模块(12)与交换机(700)通信，发送至对中仿真系统(300)、监视仿真系统(400)及检测仿真系统(500)；所述动画输出模块(13)读取相应线路名M的线路动画文件(14)，按机车速度输出动画至线路显示器(140)。3.根据权利要求1所述的钢轨探伤车仿真操作系统，其特征在于：所述电控仿真系统(200)包括电控仿真系统主机(210)及触控显示器(220)；所述电控仿真系统主机(210)装有电控仿真软件模块，包括触控指令采集模块(20)、触控指令解析模块(21)、触控按钮显示模块(22)及以太网通信模块(23)；通过触控显示器(220)输入电控指令，经触控指令采集模块(20)、触控指令解析模块(21)后，所述触控按钮显示模块(22)输出显示按钮状态至触控显示器(220)，并通过以太网通信模块(23)，经交换机(700)发送电控指令至监视仿真系统(400)；所述电控仿真系统(200)模拟水路及气路控制，输出电控信息K，所述电控信息K包括探轮提升K1、探轮下降K2、耦合水开关K3及探轮下压量H；所述探轮下压量H采用恒气压力P控制，使探轮(4)与钢轨(5)表面成面接触状态，探轮下压量函数曲线H＝f(P)由现场试验获得，耦合水开关K3控制在探轮(4)与钢轨(5)表面结合处喷洒耦合水，以利于超声波在探轮(4)与钢轨(5)间的传播。4.根据权利要求1、2或3所述的钢轨探伤车仿真操作系统，其特征在于：所述对中仿真系统(300)包括对中仿真系统主机(310)、手动调节给定(320)及对中显示器(330)；所述对中仿真系统主机(310)装有对中仿真软件模块，包括对中仿真模块(30)、路况设置文件(37)
及以太网通信模块(38)；所述对中仿真模块(30)通过以太网通信模块(38)接收司控信息S，读取存贮在对中仿真系统主机(310)中对应线路名M的曲线数据，计算曲线正矢值L，得到线路偏差给定(36)值P
L
，同时检测手动调节给定(320)值P
M
；所述对中仿真模块(30)根据自动对中控制系统数学模型仿真计算，输出对中偏差值E
S
，通过以太网通信模块(38)，经交换机(700)发送至检测仿真系统(500)及监视仿真系统(400)；所述对中仿真模块(30)同时通过读取路况设置文件(37)，模拟大雪覆盖线路，对中传感器(35)不正常时的运行状态，所述对中仿真模块(30)通过读取对应线路名M及里程脉冲坐标X的路况设置文件(37)，输出检测钢轨(5)廓形至对中显示器(330)。5.根据权利要求4所述的钢轨探伤车仿真操作系统，其特征在于：所述对中仿真模块(30)的对象模型参数包括：PID控制单元(31)PID参数、对中控制单元(32)放大系数K、电缸(33)一阶惯性延时时间T、手动调节给定(320)值P
M
、线路偏差给定(36)值P
L
及仿真输出对中偏差值E
S
；在路况设置文件(37)中对应里程脉冲坐标X位置，对中传感器(35)不能正常工作，自动对中方式下对中偏差值E
S
按照开环控制模式计算。6.根据权利要求5所述的钢轨探伤车仿真操作系统，其特征在于：所述对中仿真模块(30)在自动对中方式下，采用闭环PID控制，给定为线路偏差给定(36)值P
L
及手动调节给定(320)值P
M
，即P
L
+P
M
，反馈为探轮调节位置U
L
；所述对中仿真模块(30)根据司控信息S，得到对...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨四清，谭勇，罗江平，李红梁，凌浩东，祝长春，彭耀旺，
申请(专利权)人：株洲时代电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：