基于二维激光位移传感器和遗传算法的钢轨磨耗动态检测系统

介绍钢轨磨耗动态检测原理,提出基于二维激光位移传感器的钢轨磨耗动态检测方法。钢轨磨耗动态检测系统采用车载形式安装在检测车构架上,车辆走行过程中实时检测钢轨磨耗参数;在数据后处理中,利用遗传算法对轨腰和轨底之间的特征圆进行拟合,减小了由于车辆振动引入的拟合误差。钢轨磨耗动态检测系统已在国内地铁检测车中得到应用,检测精度满足用户要求。     

一种新的轨距动态检测方法研究

提出一种基于激光摄像检测的轨距计算新算法,该算法将按照轨距定义寻找轨顶踏面下16 mm内2股钢轨工作边之间的最小距离作为轨距测量值。考虑摄像机镜头畸变影响,建立2个激光摄像式传感器之间空间姿态关系的非线性标定模型,并给出一种标定方案。为了能快速定位轮廓特征点,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,利用特征曲线能快速寻找轮廓特征点。与传统检测方法相比,新算法只用了2个激光摄像式传感器,不需要其他辅助传感器来对车体振动进行修正。最后通过实际地铁线路设置障碍试验,验证了该检测方法具有一定的抗干扰能力、稳定性高、结构简单、在线计算实时性强和检测精度高等特点。     

城市轨道交通线路钢轨剥落掉块分析与防治措施

对苏州轨道交通2号线钢轨剥落掉块地段进行调查研究,了解了钢轨剥落掉块的具体情况与原因。通过现场轨底坡调整实验与有限元计算可知,在小半径曲线地段将上、下股轨底坡均由1∶40调至1∶20后,曲线上股钢轨光带由内侧转移至钢轨顶部中间区域;轨底坡调整后,钢轨受力情况由偏荷载变成正荷载,其应力与变形量均减小;轨底坡调整前钢轨应力集中在钢轨内侧轨头弧度位置,与现场剥落掉块处相吻合,轨底坡调整后钢轨应力基本均匀分布于整个轨头,避开了现场剥落掉块处。因此建议在城市轨道交通钢轨剥落掉块预防整治时可以考虑在小半径(半径小于400m)曲线地段将轨底坡设置为1∶20,该措施可减少轮轨非正常接触,延缓剥落掉块的发展。     

钢轨轮廓全断面检测中轨廓动态匹配方法研究

钢轨轮廓匹配是钢轨廓形检测的关键步骤,决定轨道几何参数检测精度。在高速动态条件下实现检测钢轨轮廓与标准钢轨轮廓高精度自动匹配,是轨道几何参数高精度动态测量面临的重要问题。本文对钢轨轮廓高精度自动匹配方法进行了研究。首先,根据标准钢轨轮廓曲线曲率固有特征信息,对检测获取的轨腰和轨底廓形中不同圆弧、线段之间切点进行自动识别,实现不同圆弧、线段自动分割;然后,对获取的不同圆弧添加半径约束进行非线性拟合,准确提取各圆弧圆心坐标;最后,针对道岔处钢轨廓形复杂特点,提出采用Kalman滤波器对检测获取的标准轨腰和轨底特征点进行连续在线跟踪和预测,并根据结果构建道岔钢轨虚拟标准轨腰和轨底,以解决道岔处钢轨轮廓匹配问题。将该方法已在轨道检测车中进行实际应用,证明其是切实可行的。     

城市轨道交通工程钢轨轨底坡取值的探讨

钢轨的轨底坡是城市轨道交通工程轨道系统的重要参数之一,通过对国内外众多铁路及城轨交通系统钢轨轨底坡取值情况的调研以及不同轨顶动态磨耗“光带”的分析,并结合国铁有关部门的研究和试验,提出对我国城轨交通工程轨底坡取值的建议。     

钢轨轨底坡对下部授流接触轨安装的影响

接触轨是第三轨授电的地铁牵引供电系统的重要组成部分,接触轨的正确安装是车辆安全受电的前提。针对安装于加长短轨枕上的下部授流接触轨安装形式,建立几何模型推导出接触轨安装位置与钢轨轨底坡之间的数学关系式,给出接触轨正确安装时允许钢轨轨底坡安装误差范围的计算方法,以及两种常见安装参数下接触轨正确安装可接受的钢轨轨底坡范围值。最后,针对钢轨轨底坡超出接触轨安装允许范围而无法安装的情况,给出了补救建议。     

轨底坡和轨头廓面对钢轨接触疲劳伤损的影响研究

LM型货车车轮分别与我国60 kg/m钢轨和美国136RE牌号钢轨匹配条件下,60 kg/m钢轨1:40轨底坡时,轮轨接触斑面积比1:20轨底坡的面积小;美国136RE牌号钢轨在1:40轨底坡条件下的轮轨接触斑面积与60 kg/m钢轨在1:20轨底坡时接触斑面积相当.铺轨试验结果表明,60 kg/m钢轨在1:20轨底坡时,接触疲劳伤损明显比1:40轨底坡轻;SS钢轨在同样的1:40轨底坡条件下其伤损明显比U75V钢轨轻,实际使用寿命明显延长.     

基于激光摄像技术的钢轨磨耗截面积测量方法研究

磨损后的钢轨轨头轮廓极不规整,传统钢轨磨耗计算方法无法准确表征磨损后的钢轨轮廓全貌。最新轨道检测车采用激光摄像技术,实现了钢轨轮廓连续在线检测。本文提出在现有的轨道检测车中添加钢轨磨耗截面积检测功能,以克服传统钢轨磨耗测量存在的不足。建立用于钢轨磨耗检测的激光摄像式传感器标定计算模型。对钢轨磨耗截面积测量中标准钢轨轮廓曲线解析式求解、动态钢轨轮廓基准点对齐、钢轨磨耗截面积数值计算等关键问题进行了详细的阐述。选取深圳地铁龙岗线GJ-2型轨道检测车,在六约至丹竹头区间进行试验。分别采用传统钢轨磨耗计算方法和钢轨磨耗截面积计算方法,同时对左右股钢轨磨耗进行检测,并给出采用上述不同方法在该区间2000m距离检测的数据。     

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。     

钢轨轨底坡对重载铁路轮轨关系影响的研究

为研究我国重载铁路钢轨轨底坡对轮轨关系的影响,计算分析不同轨底坡条件下,重型钢轨75kg/m(CHN75)与LM车轮踏面匹配时的静态轮轨接触参数.采用多体动力学软件SIMPACK建立我国重载货车模型,采用数值积分方法仿真计算两种轨底坡工况下车辆的曲线通过性能.分析结果表明,对于75 kg/m(CHN75)-LM接触副,与1/40轨底坡相比,采用1/20轨底坡时接触点的分布更为均匀、合理.当轨底坡由1/40增为1/20后,相同轮对横移量下的轮径差和接触角差均有所增大,改善了轮对重力刚度,提高了车辆的曲线通过能力;并使轮轨接触斑面积增大,降低了滚动接触疲劳发生的几率.为我国重载铁路轨底坡的取值提供参考.     

直线电机轨道交通车线耦合模型的动力响应研究

首先介绍轨道交通的特点，并以广州城市轨道交通4号线所采用的车辆、转向架和直线电机形式为原型建立了车线耦合动力学模型，并在同样的计算条件下，通过与ADAMS中的铁路分析模块ADAMS／Rail进行比较，验证了该模型的正确性。文中以线路设计参数中的缓和曲线和超高为例，分别仿真了横向位移、横向力、脱轨系数、轮重减载率等振动特征量在不同线路设计参数情况下的动力响应。通过分析计算结果，尤其针对幅值及趋势变化，并对照传统计算方法得出的线路设计参数取值，给出了针对广州市直线电机轨道交通4号线的线路设计参数建议值。可以得到按照传统方法计算得出的线路设计参数偏于安全的结论，与采用直线电机轨道交通方式可以更好通过小半径曲线和较大坡度线路相吻合，为我国今后直线电机轨道交通建设在确定合理线路设计参数方面提供理论依据。     

地铁用嵌入式轨道调轨组件优化设计研究

嵌入式轨道作为一种新型减振轨道结构,改变了传统轨道结构离散支撑特性。调轨组件是嵌入式轨道精调施工、状态保持和槽内维护的关键部件,其参数的优化设计对改善承轨槽系统受力,提高地铁轨道质量和保证轨道平顺性具有重要意义。根据地铁荷载特性,建立嵌入式轨道承轨槽系统空间有限元精细化模型,对调轨组件的弹性模量、关键尺寸和布置间距关键参数进行优化分析。结果表明:为保证结构强度、足够的支撑能力和轨道的高平顺性,调轨组件弹性模量取值范围宜为0.4~0.8 GPa,宽度宜取60~80 mm,间距宜取为600~1 000 mm;每块长约5 m的轨道板中调轨组件组数不宜少于5组。     

钢轨动力吸振器对地铁车轨振动的影响分析

基于车轨耦合动力学理论,建立地铁车辆与地铁常用整体道床轨道的耦合动力学模型。对比地铁车辆在加装动力吸振器和未加装钢轨动力吸振器的轨道运行时的车体加速度、轮轨相互作用力、钢轨加速度以及轨道板(道床板)振动加速度等指标,综合分析其对车辆和轨道的影响,对钢轨动力吸振器的应用具有理论指导意义。对比从时域和频域分别进行,结果表明,地铁整体道床轨道在加装钢轨动力吸振器以后,车体垂向加速度受到的影响很微小;轮轨动作用力有减小趋势;钢轨加速度和道床板表面加速度在钢轨pinned-pinned共振频率附近有明显的降低。安装钢轨动力吸振器有利于轨道减振降噪,对轮轨动作用力的降低也有益处。     

机器视觉在钢轨磨耗检测中的应用研究

随着铁路运输的快速发展,钢轨磨耗测量对保障铁路运输安全越来越重要,机器视觉技术作为一种非接触式的测量手段,可以对钢轨状态进行快速、精确、连续测量,大大提高了钢轨磨耗检测的效率。介绍机器视觉的概念、主要组成部分、工作原理以及工作特点,对其在钢轨磨耗测量中的国内外应用状况进行分析和总结,并对其检测方式做出了分类和比较,得出机器视觉技术相对于传统钢轨磨耗测量方式的优越性。机器视觉以其快速获取大量信息、易于自动处理、检测结果可靠等一系列优点,越来越受到国内铁路科研单位的重视。可以预见,随着机器视觉技术的日益成熟和发展,其在包括钢轨磨耗测量在内的轨道状态检测领域的应用将越来越广泛。     

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。     

采用新型钢轨焊缝保护装置后钢轨焊缝处的轮轨动力学特性

根据轮轨相互作用机理,建立安装新型钢轨焊缝保护装置后钢轨焊缝处的车辆—轨道耦合动力学模型,对此处的轮轨垂向力、脱轨系数、轮重减载率等轮轨动力学指标进行仿真计算,并分别与采用鼓包鱼尾板和没有焊缝保护装置时进行对比,研究采用新型钢轨焊缝保护装置时焊缝处的轮轨动力学特性。对比分析结果表明:采用新型钢轨焊缝保护装置后,轮轨垂向力降幅分别为1.28%和4.63%,脱轨系数降幅分别为1.49%和2.94%,轮重减载率降幅分别为3.41%和7.68%;新型钢轨焊缝保护装置在各速度条件下均能够有效地减小焊缝振动和动态受力。由此可见,采用新型钢轨焊缝保护装置,可消除打螺栓孔带来的安全隐患,有效减小焊缝处的动力响应,加强焊缝处的轨道结构整体性。现场动态测试结果进一步验证了新型钢轨焊缝保护装置结构的合理性。     

重载道岔轨底坡设置研究

轨底坡作为道岔的主要参数,直接影响钢轨使用寿命,结合30 t轴重重载道岔研究需要,对轨底坡进行系统研究。针对重载线路道岔鱼鳞纹、掉块、肥边等病害,运用车辆轨道耦合动力学理论,对25 t轴重货车通过不同轨底坡道岔时的动力响应进行分析。结果表明:轨底坡增加,横向轮轨力、接触应力和安全指标,导曲线上股钢轨磨耗功都有不同程度的降低,长期观测结果显示,采用1∶20轨道坡的试验道岔,导曲线钢轨光带居中,未见伤损。     

空间状态轮轮(轨)接触点计算方法

轮轨接触几何关系是轮轨交通中最基本的问题。结合机车车辆在滚动(振动)台上进行台架试验的工况,以试验台的“轮轮”接触为研究对象,应用“迹线法”,提出在空间状态下轮轮接触点的计算方法。给出滚轮在正常位置时的轮轮接触关系计算公式,然后以此为基础,考虑包括滚轮的横向移动、垂向移动、轨底坡变化、摇头运动(模拟钢轨横向弯曲)、纵向位移误差等各种可能出现的滚轮空间状态,进而推导出滚轮在任意空间位置的轮轮接触点的计算公式,并可直接推广到轮轨接触计算中。     

钢轨踏面斜裂纹伤损原因及对策的研究

广深准高速铁路全长139km。对准高速区段和非准高速区段曲线上钢轨进行探伤检查,发现在44个曲线,37km长的范围内存在踏面斜裂纹,斜裂纹主要发生在上下行上股钢轨,斜裂纹呈成段、非连续、跳跃式分布。踏面斜裂纹及断口的宏观形貌和理化检验与分析表明,踏面斜裂纹伤损属于滚动接触疲劳裂纹伤损类型。研究认为:钢轨性能、线路状况、车辆性能及运行速度、车轮踏面形状等是产生斜裂纹的主要原因。提高钢轨的接触疲劳强度,在曲线上使用微合金淬火钢轨,研究和改善轮轨接触方式,加强轨道的养护维修,合理地进行预防性打磨和校正性打磨是解决钢轨踏面斜裂纹伤损的主要措施。