钢轨轮廓全断面检测中的快速高鲁棒性匹配方法研究

采用激光摄像技术对钢轨全断面廓形进行检测,为保证检测数据的准确性和实时性,其关键在于钢轨廓形的快速高鲁棒性匹配算法。在分析国内外钢轨轮廓检测、匹配现状的基础上,对钢轨廓形匹配方法进行了系统研究。根据标准钢轨不同半径滚动圆空间几何分布特性,提出利用钢轨廓形的斜率切线值来对钢轨原始廓形轨腰曲线部分进行自动分段,结合最小二乘拟合算法,处理分段后的钢轨廓形,快速完成钢轨廓形初匹配。通过改进ICP算法,完成钢轨廓形二维点云的精确匹配,缩减了匹配时间,提高了匹配鲁棒性。最后,将该方法应用于轨道检测设备的数据采集中,验证了该方法的有效性。     

智能化钢轨廓形打磨方案设计研究及应用

根据钢轨打磨磨削理论和钢轨实测廓形数据，建立单遍和多遍最优打磨方案设计模型，提出一种基于个性化模式库的钢轨廓形打磨方案设计方法，开发了智能化钢轨廓形打磨方案设计系统，并开展现场钢轨打磨作业应用。结果表明：将钢轨等效偏差指数作为最优打磨方案设计的优化目标函数，能够较好实现打磨后钢轨廓形逐步向目标廓形贴合；开发的智能化钢轨廓形打磨方案设计系统，能够根据现场实测钢轨廓形进行批量打磨方案设计，并能预测打磨后的钢轨廓形，可显著提升打磨方案设计效率；采用该打磨方案设计方法开展现场打磨作业，打磨后钢轨实测廓形与模拟廓形基本吻合，主要轮轨接触区域钢轨廓形与目标廓形较打磨前贴合程度明显提升，打磨后钢轨廓形GQI指标均达到优良等级且钢轨表面状态良好，能够较好地满足打磨作业要求。研究的相关成果可显著提升钢轨廓形打磨方案的准确性和设计效率，为铁路钢轨打磨作业提供直接、有效的指导。     

钢轨闪光焊接轨头焊缝缺陷分析

通过对钢轨闪光焊接头样品的超声波探伤检查和钢轨接头轨头受拉静弯试验,分析断口微观形貌和疲劳源区能谱、剖面显微组织和剖面形貌及能谱,提出钢轨接头焊缝未焊合缺陷构成疲劳裂纹源、疲劳裂纹扩展产生钢轨接头大面积核伤和钢轨闪光焊接头轨顶面下10～15mm附近容易出现焊缝未焊合缺陷等结论;提出铺设前对新焊接钢轨接头焊缝进行全断面超声波探伤检查、研究开发现场焊接接头热处理中频感应加热方式、优化焊接工艺参数和调整检验规则等建议。     

钢轨轮廓全断面检测中的匹配方法研究

采用激光视觉测量技术对钢轨全断面廓形进行检测,在动态测量过程中由于车辆的随机振动,会影响钢轨轮廓数据的检测精度。因此,在高速动态条件下实现检测钢轨轮廓与标准廓形高精度自动匹配,是当前轨道廓形检测中面临的关键问题。在分析国内外钢轨廓形检测、廓形匹配现状的基础上,通过对目前采用最多的迭代最近点ICP(Iterative Close Point)算法进行简化,同时优化匹配过程中的对应点搜索策略,在保证匹配精度的前提下,解决了钢轨廓形检测中的匹配问题,达到实时性检测的需求。将该算法运用在地铁轨道检测设备中,验证了该方法的有效性。     

136RE钢轨气压焊焊接及焊后轨头硬化处理工艺的研究

阐述与TTCI(美国交通运输技术中心)合作,利用移动式钢轨气压焊设备对美国铁道工程工务协会(AREMA)136RE钢轨进行气压焊焊接及焊后轨头硬化处理(欠速淬火)试验,而后通过对试验焊头进行一系列的测试检验,取得检验数据,与相关标准进行比照,从而研制出一套适用于该轨型的焊接和热处理工艺。     

地铁曲线段钢轨非对称性廓形研究

提出多弧段钢轨廓形拟合方法:以圆弧半径以及圆弧相切点横坐标为设计变量,以轮轨接触点横向分布密度函数、轮轴横向力最小为目标函数,采用统计方法设定参数边界条件,建立非对称性钢轨廓形设计模型,并运用遗传算法对该模型进行求解,得到地铁曲线段外轨非对称性钢轨廓形.建立车辆系统动力学及轮轨接触力学模型,对设计的非对称钢轨廓形进行动力学性能评价以及磨耗分析.结果 表明,与采用TB60型面钢轨廓形相比,非对称性钢轨廓形基本不影响车辆动力学性能;同时,非对称性钢轨廓形改善了轮轨接触关系;钢轨顶面横坐标为0-25 mm区间内的轮轨接触斑分布密度为86.18％,非对称性廓形钢轨较TB60型面增加了35.21％;在通过车次分别为5.0×105次和1.0×106次的条件下,非对称性廓形钢轨的磨耗深度最大位置较TB60型面向轨顶中心移动5 mm,降低了钢轨的非正常磨耗.     

无缝钢轨焊接接头全断面铣削系统的研制与验证

无缝钢轨焊接接头的平顺性直接影响高速列车运行安全性与舒适性。现有的500 m长钢轨焊接生产过程中,对焊接接头残余焊筋的初次处理主要由人工手持简易机具对接头进行打磨处理,加工质量不稳定且费时费力。为解决人工打磨质量不可控以及消除干扰探伤的焊筋波等问题,研制了一种智能化的钢轨焊缝全断面铣削加工系统和相应的加工工艺流程,针对钢轨轨颚、轨腰、轨底上表面等处的钢轨焊接接头复杂曲面,通过3D非接触精密测量头对焊缝两侧的钢轨进行测量,采用多段小直线拟合方式来实现对钢轨的仿形加工。生产实践表明,该方法使焊接接头铣削后各部位尺寸满足长钢轨焊接工艺要求。     

我国与英国的钢轨焊接接头技术条件的比较与分析

对我国《钢轨焊接接头技术条件》(TB／T1632—1991)与英国标准——RAILTRACK铁路规范：闪光焊焊接钢轨(RT／CE／S／001)中关于钢轨焊接接头力学性能指标和检测方法进行比较，结合我国钢轨闪光焊的实际，分析英国标准中值得借鉴之处，对我国修订钢轨焊接标准提出初步建议。     

高速铁路实测钢轨廓形数据分析与平滑处理方法

实测钢轨廓形的局部畸变点对轮轨接触参数计算结果有较大影响。针对该问题,首先将实测钢轨廓形与标准钢轨廓形对齐。其次,求解实测钢轨廓形与标准钢轨廓形的法向距离曲线,并结合FFT(快速傅里叶变换)和逆FFT、边界延拓等方法将该曲线的局部畸变点消除。最后,将平滑处理后的法向距离曲线与标准钢轨廓形叠加,得到平滑处理后的实测钢轨廓形。通过对比廓形处理前后计算得到的轮轨接触点、左右滚动圆半径差以及等效锥度,验证了处理后的钢轨廓形数据更有利于轮轨接触参数计算。     

钢轨焊接数据库的开发与应用

介绍焊轨基地钢轨焊接数据库的开发与应用.采用SQL数据库,存储了长钢轨焊接过程中几个主要工位的生产数据,包括焊接时电压、电流、位移、压力曲线,精调工位的接头平直度检测曲线,出厂前平直度检测曲线,正火温度随时间变化曲线,以及各主要工位操作数据,对每一个接头自动生成一个标识号,通过打标机把标识号打印在钢轨轨腰,实现了焊接质量的追溯管理.     

基于几何特征的钢轨磨耗检测系统的研究

为解决高速动态条件下车体振动对钢轨磨耗检测带来的问题,在大量调研国内外利用激光技术进行钢轨磨耗检测的基础上,提出一种基于标准钢轨轨廓固有曲线曲率的钢轨磨耗检测方法,首先利用基于激光三角测距原理的传感器得到组成钢轨全断面轮廓一系列点的空间坐标;其次利用L-M优化算法进行数据处理,采用Hough变换方法检测钢轨轮廓固有几何特性;最后进行钢轨轮廓匹配后实现钢轨磨耗高精度检测。该方法已经运用在轨道检测小车上,试验数据表明:钢轨磨耗检测系统的重复性精度能到达0.005 mm,其高精度性和快速性能满足铁路部门对钢轨磨耗检测的要求。     

基于2D的钢轨轮廓特征点提取方法研究

钢轨轮廓数据特征点快速、准确提取是保证钢轨轮廓精确匹配、轨道几何不平顺精确检测的前提。对基于二维激光位移传感器(2D)的钢轨轮廓测量数据特征点提取方法进行研究,通过对采集的钢轨半断面轮廓数据采用基于中值误差与连续度自适应调整权值的平滑滤波方法对实测轮廓数据进行平滑处理,解决存在分段的轮廓数据达到分段平滑的效果。提出钢轨轮廓特征曲线的概念,并给出特征曲线的一种定义方式,利用特征曲线上的特征点去快速定位实测轮廓特征点。最后,采用GJ-2型轨道检测车进行试验,通过对实际轨道进行轮廓测量,采用本文所提出的特征点提取方法对实测轮廓数据进行特征点提取,试验证明,该方法能快速、准确地定位轮廓特征点。     

高速铁路钢轨廓形打磨质量评估方法及应用

在借鉴国外钢轨廓形打磨质量指数(GQI)的基础上,结合《高速铁路钢轨打磨管理办法》中的廓形验收标准,提出基于钢轨廓形打磨质量指数和廓形偏差曲线的评估方法。首先根据砂轮打磨角度对钢轨廓形打磨区域进行划分,通过德尔菲法确定各个区域的廓形权重系数,然后根据钢轨廓形与目标廓形的偏差,提出GQI值计算公式,最后辅以廓形偏差曲线,评估钢轨廓形打磨质量;并进行现场应用分析。结果表明:采用的评估方法不仅可对钢轨打磨质量进行评估,而且可对钢轨廓形状态是否会导致动车组异常振动进行预测,进而给出合理的钢轨打磨建议;提出的GQI计算公式既能评判钢轨打磨廓形是否达到要求,又能量化打磨廓形与目标廓形吻合程度;GQI值大于70且变化范围较小,可有效减轻或消除动车组构架报警、晃车等异常振动。     

隧道内支承块空吊对钢轨竖向位移影响

为研究隧道内列车荷载下弹性支承块空吊对钢轨竖向位移的影响,基于银洞坡和定水坝隧道现场实测数据,建立考虑支承块空吊的力学模型,分析连续1~3块支承块空吊情况下钢轨竖向位移的超限情况。实测和研究结果表明:隧道内实测的空吊位置和量值具有不确定性特征,空吊现象引起的钢轨竖向位移有超过安全指标的情况;单块支承块空吊值在10 mm以下,钢轨竖向位移不出现超限情况,当连续2块或连续3块支承块空吊量大于3 mm时,钢轨竖向位移出现超限情况,对于隧道内复杂的支承块空吊病害,建议控制空吊量在3 mm以内,同时应尽量避免连续空吊情况。     

基于2D激光位移传感器的轨底坡动态检测系统研究

设置合理的轨底坡可使钢轨轨头与车轮踏面合理接触,减轻钢轨轨头的不均匀磨耗,延长钢轨使用寿命。为提高轨底坡静态检测精度,线路日常养护和维修效率,提出一种基于2D激光位移传感器(简称2D)的钢轨廓形检测原理和ARM嵌入式技术的轨底坡动态检测方法。结合传感器工作原理与特点,搭建一套可在线连续检测的轨底坡动态检测系统。考虑到2D空间姿态变化,建立适用于轨底坡动态检测的双2D空间姿态关系模型和标定解算模型。因为车体振动会产生对轨底坡计算结果的影响,利用Kalman滤波算法建立多传感器的状态空间模型,对轨底坡计算结果进行补偿。最后选用GJ-4型轨道检测车进行地铁正线试验,试验结果与人工复核结果的对比,符合工务段要求精度。试验结果验证了该轨底坡动态检测系统切实可行,Kalman滤波算法能够很好地对轨底坡的计算结果进行补偿修正。     

U71Mn钢轨断裂分析

通过宏观和微观观察,分析某铁路线重型钢轨发生异常断裂的原因。结果表明,轨底边缘曾受到机械碰撞而产生加工硬化及微裂纹,在应力及应力集中共同作用下,裂纹不断扩展至整个截面而导致重轨断裂失效,提出减少钢轨伤损发生的措施。     

铁路线路点云数据可视化重构方法研究

针对地面激光扫描仪外业获取的海量线路点云数据,核心解决线路点云的专业化处理与利用问题。结合铁路线路技术特征,进行线路点云预处理研究,主要包括线路点云数据配准、采用基于几何特征的传统分割方法结合CCD影像信息进行线路点云数据分割,再经过除噪平滑处理后,对离散点云数据集进行封装处理,进而为后续正向CAD设计数据的提取提供基础操作模型。提出线路点云可视化对象重构方法,基于离散数据点曲率为主的几何特性估算,初步判定线路主点及变坡点信息,进而在不同主点范围内,通过特征截面的构造获取线数据和面数据。重构的线路点云数据符合正向设计习惯,基于此获得的连续钢轨走行面数据可用做线路几何形位判别指标的基础数据。     

基于小波包能量熵的钢轨波磨检测方法

针对目前轨道波浪型磨损检测效率慢、成功率低等问题,提出一种基于小波包能量熵的轨道波磨检测技术。首先建立轨道波磨简化模型及车辆集总化参数模型并搭建SIMPACK仿真动力学模型,其次创新性地将小波包和能量熵相结合应用在轨道波磨检测领域,再通过仿真模型得到不同波磨分组下的轴箱振动响应,然后对振动加速度信号进行4层小波包分解并计算各节点的小波包能量和小波包能量熵,最后通过对比分析仿真结果确定轨道波磨故障类型。     

城市轨道交通安全智能融合监控体系的构建

从轨道交通所具有的开放的复杂巨系统特性出发,探讨实现轨道交通安全智能监控目标的一条途径———智能融合理论和方法体系。采用系统工程全方位思维模式,将知识工程、信息智能处理等理论和方法,与传统的数学、信号处理方法相互渗透和融合,来完成轨道交通安全监控中的各项工作。将智能融合监控分为数据级融合、分析级融合、诊断级融合和评价级融合等4级体系结构,叙述了各级融合的基本原理和典型实现方法。该融合监控体系能够对轨道交通系统安全状况及安全级别做出综合分析和评价,从而实现全过程的轨道交通系统安全分析和评价。     

基于激光摄像技术的钢轨波磨检测方法研究

目前常用的钢轨波磨检测方法有弦测法和惯性基准法,弦测法传递函数不恒定,惯性基准法受车速影响大。针对钢轨波磨检测方法的缺点,提出了一种基于激光摄像技术的波磨检测方法,通过多传感器并行工作对钢轨轮廓进行高频率采样,通过FPGA(现场可编程门阵列)对传感器获得的光条图像进行ROI(Region Of Interest)提取,将图像的ROI传送至上位机提取轮廓数据,进而完成钢轨的波磨信息提取。论证了通过多传感器并行工作提高钢轨轮廓的采样频率的可行性,在Xilinx SP605开发板上实现了光条图像ROI的实时提取。试验表明,ROI提取能够有效减小通信的数据量。