一种基于微动特性的钢轨伤损识别装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于微动特性的钢轨伤损识别装置及方法，该装置包括：行走模块：架设在钢轨上并在钢轨上行走；步进模块：沿行走模块行走方向布置在其侧边处；锤击模块：用于锤击钢轨，锤击模块安装在步进模块上，所述的步进模块驱动锤击模块沿钢轨方向步进移动；测试模块：定位锤击模块当前位置并采集锤击力信号以及产生的振动信号；控制模块：分别连接行走模块、步进模块、锤击模块和测试模块；锤击钢轨，采集锤击力信号以及产生的振动信号，分析数据获取测试区段的模态曲率分布，将现役钢轨和服役n天前钢轨的模态曲率作差得到模态曲率差分布，根据模态曲率差分布中峰值位置、大小判定伤损位置及伤损级别。与现有技术相比，本发明专利技术识别精度高。识别精度高。识别精度高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于微动特性的钢轨伤损识别装置及方法


[0001]本专利技术涉及钢轨伤损识别
，尤其是涉及一种基于微动特性的钢轨伤损识别装置及方法。

技术介绍

[0002]钢轨是轨道交通的承载导向部件，要求具有绝对可靠性。随着我国轨道交通向高速、重载、高密度方向发展，钢轨伤损形式呈现复杂多样化趋势。小半径曲线钢轨受力环境复杂，钢轨受垂、横向动弯拉应力和局部变形拉应力，易产生疲劳裂纹，伤损率高，形式多样，其中早期轨颚裂纹和轨底裂纹隐蔽性强，发展初期不易被检出，扩展速度快，严重危及行车安全，是引发断轨事故的巨大隐患。钢轨伤损的有效识别，是当前国家和行业关注的焦点。
[0003]常见的现役钢轨探伤法和断轨监测法有许多。公开号为CN113447572A的专利技术专利中，提出了一种超声波探伤的钢轨探伤方法，超声波探伤多依赖主观因素，易受轨面平整度影响，漏检误判事件频发；公开号为CN214011477U的技术专利中，提出了一种基于电路原理的断轨监测系统，并不具备事故预判能力；公开号为CN214576884U的技术专利中，提出了一种光纤实时检测方法，将该方法应用于钢轨伤损识别邻域，复接技术难度大；另外还有应力断轨检测方法，灵敏度有待提高。此外，根据相关规定，凡钢轨表面检出裂纹，一律判为重伤，这是由于服役钢轨的现有探伤方法只能保证贯通裂纹或毫米级重伤裂纹的较高检出率，而对早期裂纹和潜在的伤损隐患不具备有效识别能力，且钢轨轨头下颚裂纹和轨底裂纹具有极强的隐蔽性，处于传统探伤方法的盲区中，这在一定程度上了降低了断轨事故的可控性。这在客观上要求，钢轨伤损识别领域亟需开展新的技术方法研究。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于微动特性的钢轨伤损识别装置。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]一种基于微动特性的钢轨伤损识别装置，该装置包括：
[0007]行走模块：用于架设在钢轨上并在钢轨上行走；
[0008]步进模块：沿行走模块行走方向布置在其侧边处；
[0009]锤击模块：用于锤击钢轨，所述的锤击模块安装在步进模块上，所述的步进模块驱动锤击模块沿钢轨方向步进移动；
[0010]测试模块：定位锤击模块当前位置并采集锤击力信号以及产生的振动信号；
[0011]控制模块：分别连接行走模块、步进模块、锤击模块和测试模块；
[0012]行走模块在钢轨上行走，步进模块控制锤击模块的锤击点位置，锤击模块锤击钢轨，采集锤击力信号以及产生的振动信号，控制模块对采集的数据进行分析获取测试区段的模态曲率分布，将现役钢轨和服役n天前钢轨的模态曲率作差得到模态曲率差分布，根据
模态曲率差分布中峰值位置、大小判定伤损位置及伤损级别。
[0013]优选地，所述的行走模块包括方形底盘、行走轮、行走步进电机，所述的行走轮设置在方形底盘四角处，所述的行走轮用于在钢轨上行走，所述的行走步进电机通过传动轴控制行走轮行走。
[0014]优选地，所述的步进模块包括丝杆步进电机、丝杆模组、导轨滑块模组，所述的丝杆模组和导轨滑块模组沿行走模块行走方向布置在行走模块侧边处，所述的丝杆模组和导轨滑块模组的滑块固定连接且同步移动，所述的锤击模块安装在丝杆模组和导轨滑块模组同步移动的滑块上，所述的丝杆步进电机连接丝杆模组。
[0015]优选地，所述的锤击模块包括联结座、锤头组件以及用于驱动锤头组件锤击动作的锤击驱动组件，所述的联结座与步进模块固定连接，所述的锤头组件可上下活动式安装在联结座上，所述的锤击动作组件安装在联结座上。
[0016]优选地，锤头组件包括套筒、锤头和回弹件，所述的套筒固定在联结座上，且联结座上开设有与所述的套筒适配的孔，所述的锤头穿过所述的套筒和联结座活动安装，所述的套筒约束锤头进行上下直线运动，所述的锤头顶部连接所述的回弹件，所述的锤头包括由上至下依次布置的锤击板、质量块、力传感器和端头，进行锤击动作时，所述的锤击驱动组件作用于所述的锤击板，所述的端头作用于钢轨，所述的锤击驱动组件包括锤击步进电机、锤击转轴和摆臂，所述的锤击转轴连接锤击步进电机输出端，所述的摆臂安装在锤击转轴上，所述的摆臂用于向锤头组件施加锤击驱动力。
[0017]优选地，所述的测试模块包括定位模块、振动采集模块和数据采集仪，所述的定位模块和振动采集模块均连接至数据采集仪。
[0018]优选地，所述的定位模块包括激光测距仪和第一转臂，所述的激光测距仪通过所述的第一转臂安装在锤击模块侧面。
[0019]优选地，所述的振动采集模块包括加速度传感器、固定臂、第二转臂，所述的固定臂安装在行走模块侧边，所述的第二转臂与所述的固定臂相连且初始状态下与所述的固定臂合并，所述的加速度传感器安装在转臂末端，所述的加速度传感器用于采集锤击钢轨产生的振动信号。
[0020]一种基于微动特性的钢轨伤损识别方法，该方法包括：
[0021]以n天作为一个检测周期，对相同测试区段钢轨进行锤击测试并获取对应的模态曲率分布；
[0022]对现役钢轨和服役n天前钢轨的模态曲率作差得到模态曲率差分布；
[0023]根据模态曲率差分布中峰值位置、大小判定伤损位置及伤损级别；
[0024]其中，锤击测试并获取模态曲率分布的方式为：
[0025]将测试区段相邻两个扣件之间的区域确定为一个测试单元，确定各个测试单元的锤击点位置；
[0026]依次对各个测试单元进行锤击测试，对于每一个测试单元，依次对各个锤击点施加锤击力，采集锤击力大小以及锤击点附近产生的振动信号；
[0027]对每一个测试单元采集的锤击力和振动信号分别进行分析，计算获得测试单元内p个锤击点的离散模态信息，并通过中心差分法得到各锤击点的模态曲率。
[0028]优选地，采用神经网络模型建立钢轨模态曲率差与伤损级别的量化关系，进而通
过神经网络模型对钢轨损伤级别进行识别。
[0029]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：
[0030](1)本专利技术针对目前小半径曲线钢轨伤损呈现复杂多样化的趋势，建立了基于微动特性的钢轨伤损识别装置，相比于现有的钢轨伤损识别方法很难识别出具有极强的隐蔽性的轨头下颚裂纹和轨底裂纹，本装置通过锤击并基于锤击力和锤击采集的振动信号来识别出包括但不局限于轨头下颚裂纹和轨底裂纹的钢轨伤损精确位置及伤损量级。
[0031](2)本装置的原理是识别钢轨伤损位置产生的模态曲率差突变信息，不会受到轨面杂质等不平整度的影响，识别可靠性显著提高；且基于模态曲率差相关理论，能获取车辆运行条件下钢轨的微纳米级动态响应信息，具备早期微观裂纹的有效识别能力和伤损隐患的预判能力。
[0032](3)本装置采用三个步进电机，分别精准控制行走定位、精准敲击点位置、精准敲击力度，能够实现全自动化钢轨伤损敲击识别。
[0033](4)本专利技术通过锤击法测量钢轨的模态信息，不会对原有钢轨的材料机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于微动特性的钢轨伤损识别装置，其特征在于，该装置包括：行走模块(1)：用于架设在钢轨上并在钢轨上行走；步进模块(2)：沿行走模块(1)行走方向布置在其侧边处；锤击模块(3)：用于锤击钢轨，所述的锤击模块(3)安装在步进模块(2)上，所述的步进模块(2)驱动锤击模块(3)沿钢轨方向步进移动；测试模块(4)：定位锤击模块(3)当前位置并采集锤击力信号以及产生的振动信号；控制模块(5)：分别连接行走模块(1)、步进模块(2)、锤击模块(3)和测试模块(4)；行走模块(1)在钢轨上行走，步进模块(2)控制锤击模块(3)的锤击点位置，锤击模块(3)锤击钢轨，采集锤击力信号以及产生的振动信号，控制模块(5)对采集的数据进行分析获取测试区段的模态曲率分布，将现役钢轨和服役n天前钢轨的模态曲率作差得到模态曲率差分布，根据模态曲率差分布中峰值位置、大小判定伤损位置及伤损级别。2.根据权利要求1所述的一种基于微动特性的钢轨伤损识别装置，其特征在于，所述的行走模块(1)包括方形底盘(1
‑
5)、行走轮(1
‑
1)、行走步进电机(1
‑
4)，所述的行走轮(1
‑
1)设置在方形底盘(1
‑
5)四角处，所述的行走轮(1
‑
1)用于在钢轨上行走，所述的行走步进电机(1
‑
4)通过传动轴控制行走轮(1
‑
1)行走。3.根据权利要求1所述的一种基于微动特性的钢轨伤损识别装置，其特征在于，所述的步进模块(2)包括丝杆步进电机(2
‑
3)、丝杆模组(2
‑
4)、导轨滑块模组(2
‑
5)，所述的丝杆模组(2
‑
4)和导轨滑块模组(2
‑
5)沿行走模块(1)行走方向布置在行走模块(1)侧边处，所述的丝杆模组(2
‑
4)和导轨滑块模组(2
‑
5)的滑块固定连接且同步移动，所述的锤击模块(3)安装在丝杆模组(2
‑
4)和导轨滑块模组(2
‑
5)同步移动的滑块上，所述的丝杆步进电机(2
‑
3)连接丝杆模组(2
‑
4)。4.根据权利要求1所述的一种基于微动特性的钢轨伤损识别装置，其特征在于，所述的锤击模块(3)包括联结座(3
‑
3)、锤头(3
‑
11)组件以及用于驱动锤头(3
‑
11)组件锤击动作的锤击驱动组件，所述的联结座(3
‑
3)与步进模块(2)固定连接，所述的锤头(3
‑
11)组件可上下活动式安装在联结座(3
‑
3)上，所述的锤击动作组件安装在联结座(3
‑
3)上。5.根据权利要求4所述的一种基于微动特性的钢轨伤损识别装置，其特征在于，锤头(3
‑
11)组件包括套筒(3
‑
7)、锤头(3
‑
11)和回弹件，所述的套筒(3
‑
7)固定在联结座(3
‑
3)上，且联结座(3
‑
3)上开设有与所述的套筒(3
‑
7)适配的孔，所述的锤头(3
‑
11)穿过所述的套筒(3
‑
7)和联结座(3
‑
3)活动安装，所述的套筒(3
‑
7)约束锤头(3
‑
11)进行上下直线运动，所述的锤头(3
‑
11)顶部连接所述的回弹件，所述的锤头(3
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘艳，袁贤浦，李秋彤，李义新，熊亚军，刘欢，姜秀杰，
申请(专利权)人：上海材料研究所，
类型：发明
国别省市：