一種檢測火車輪子踏面損傷的檢測系統及其安裝方法與流程

本發明涉及檢測裝置的技術領域，尤其涉及一種檢測火車輪子踏面損傷的檢測系統，具體地，是一種檢測火車輪子踏面損傷的檢測系統及其安裝方法。

背景技術：

國內外車輪踏面損傷的檢測通常有兩種方法，分別是靜態法和動態法。靜態法是指列車靜止時，對輪緣踏面的幾何曲線和標準的曲線進行比較來檢測。動態法檢測是采用車載式和地面式檢測系統。車載式檢測是通過檢車車軸振動的加速度來間接獲得踏面外形參數，這需要在每根軸傷安裝傳感器，成本高同時沒有必要，所以一般不采用。地面式檢測是在軌道線路上安裝相應的車輪外形檢測裝置。通常的動態法如下：

1、軌道電路中斷時間法

這種方法的臨界速度越為40km/h,踏面損傷的車輪在損傷處產生跳動，使得軌道電路短時中斷，中斷時間作為判斷踏面損傷程度的依據。

2、渦流法

先獲得踏面磨耗量與檢測信號振幅之間的關系，然后通過測量檢測器輸出電壓值來得到踏面磨耗量。

3、接觸測量法

這種方法利用輪緣頂部一般不磨耗，其相對鋼軌的徑向變化量反應了踏面的磨耗量。

在20世紀90年代中、后期，國內做了一些相關的研究，如下兩種方法：

（1）用平板型位移傳感器檢測輪緣頂部相對鋼軌的徑向位移。在一個輪周長度內防止3個相同的位移傳感器以防止相鄰輪的影響，具體參見圖1。

（2）用應變片測量輪緣頂部相對鋼軌的高度變化，具體參見圖2。

4、超聲遙測法

在20世紀90年代中期，俄羅斯研制出輪對參數自動化檢測裝置，在車速不大于5km/h時，通過遙測傳感器組，可測出距車輪各特征表面的距離，經過分析處理后得到踏面磨耗量。

5、沖擊載荷法

通過檢測因踏面損傷引起的沖擊負荷來獲得踏面損傷量。國內采用“剪力法”獲得載荷，即車輛通過時，鋼軌所受的輪軌力與剪應力之間存在一定關系，測得剪應力從而得到載荷.通過測量踏面擦傷車輪引起的沖擊載荷的大小來判定踏面擦傷量，具體參見圖3。

圖3中，p=q+∑r,其中p為輪重，q為剪力，r為壓力l1=l3+h,l1剪力傳感器的間距，l3為測試區的長度，h為鋼軌高度。

6、光電測量法

利用光照踏面，成像系統攝取反射或慢發射圖像，處理后得到踏面的參數，從而得到踏面擦傷的磨耗量。

上述方法中，方法（1）至（4）和（6），存在精度誤差比較大，成本高，實現方式困難。方法（5）中，需要搭建一個整體式軌道測量平臺，整體式軌道測量平臺一般采用6根特殊軌枕，用于安裝8個剪力傳感器和24個壓力傳感器。安裝時動用起道機將鋼軌吊起，在軌枕和鋼軌底部之間安裝壓力傳感器，安裝的傳感器在標定的時候，需要動用標準的軌道機車進行標定，耗資耗時巨大。在線路需要清篩維護的時候，整體軌道測量平臺無法移動，影響工務清篩作業。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種檢測火車輪子踏面損傷的檢測系統及其安裝方法，通過對檢測裝置在合理位置的有效設置，旨在顯著提高檢測精準度和安裝便捷性。

為了實現上述目的，本發明的技術方案是：一種檢測火車輪子踏面損傷的檢測系統，所述的檢測系統安裝于火車軌道上，其特征在于：所述的檢測系統包括傳感系統和與傳感系統相連的數據采集分析系統；

所述的傳感系統包括至少兩組檢測裝置和與檢測系統對應設置的車輛感應器，每組檢測裝置分別設有若干個壓力軌溫復合傳感器，所述的若干個壓力軌溫復合傳感器分成兩組，對應地設置于兩根火車軌道的內側；兩組壓力軌溫復合傳感器的信號線在過渡集線箱匯總后與數據采集分析系統相連。

優選的，傳感系統包括兩組檢測裝置，每組檢測裝置分別設有10-36個壓力軌溫復合傳感器，壓力軌溫復合傳感器設置于火車軌道內側的中和軸上。

更進一步，火車軌道設有上橫梁和下橫梁，下橫梁的兩側端分別設有第一卡鉤和第二卡鉤，第一卡鉤和第二卡鉤之間通過第一螺栓固定，所述的第一螺栓設置于下橫梁的底部，每個壓力軌溫復合傳感器的一側均套設有一保護線盒，所述的保護線盒通過第二螺栓固定于第二卡鉤上。

一種檢測火車輪子踏面損傷的檢測系統的安裝方法，其特征在于：所述的安裝方法包括如下步驟：a、選定需要安裝檢測系統的火車軌道段，在火車軌道的鋼軌軌腰上依次鉆設至少兩組安裝孔；b、在每一個安裝孔內設置一個壓力軌溫復合傳感器，每一個壓力軌溫復合傳感器與鋼軌軌腰之間通過連接構件進行連接，繼而形成至少兩組獨立設置的檢測裝置，相鄰的檢測裝置之間設有間距；c、每組檢測裝置的壓力軌溫復合傳感器之間通過信號線相連，信號線集中后連接到過渡線分線箱匯總，最終通過電纜連接到數據采集分析系統。

優選的，a步驟中，設置兩組安裝孔，所述的安裝孔設置于鋼軌軌腰的零應力中和軸上，鋼軌共有兩根，兩根鋼軌之間依次鋪設有軌枕，兩組安裝孔之間間隔3-6根軌枕，兩組安裝孔的數量相同，每一組安裝孔的數量分別為10-36個，每一組安裝孔一份為二，對稱地排列于鋼軌軌腰的零應力中和軸上，每一個安裝孔均設置于兩根軌枕之間的位置。

優選的，b步驟中，所述的連接構件包括第一、第二卡鉤和保護線盒，火車軌道設有上橫梁和下橫梁，下橫梁的兩側端分別設有第一卡鉤和第二卡鉤，第一卡鉤和第二卡鉤之間通過第一螺栓固定，所述的第一螺栓設置于下橫梁的底部，每個壓力軌溫復合傳感器的一側均套設有一保護線盒，所述的保護線盒通過第二螺栓固定于第二卡鉤上。

相對于現有技術，本發明的技術方案除了整體技術方案的改進，還包括很多細節方面的改進，具體而言，具有以下有益效果：

1.安裝簡單實用

無須構建龐大的整體式軌道測量平臺，只需要將24個傳感器安裝在鋼軌軌腰上即可。安裝整體式軌道測量平臺，需要動用幾十至百人人力和大型機械設備，時間需要幾個月乃至更長，時間成本和經濟成本相當高。本發明的安裝5至8個人兩周就可完成整個安裝。節約了大量的人力物力和寶貴的時間。

2.自動標定

本產品的標定無需用標準重量的機車來進行標定。傳感器具有自動標定功能，而且只需標定一次。標定工作在24小時內自動完成。方便用戶使用

3.檢測準確

超過《運規》限度tpds報警踏面損傷與該等級tpds踏面損傷報警總數的比例：

一級報警兌現率：≥80%；

二級報警兌現率：≥60%；

三級報警兌現率：≥50%；

4.成本低，技術效果好

由于安裝簡單，無須構建整體式測量道床平臺，也無需動用機車來標定，因此成本非常低。考慮到每個鐵路局的每個車輛段都可以使用，市場相當巨大，本產品在結構設計上時站在使用者角度上，傳感器的設計壽命等同于鋼軌壽命，終身免維護，在需要清篩作業時只需將采集設備動用幾個人就可以拆下搬走，只留下傳感器在鋼軌上。既大大降低了成本，同時也解決了不影響清篩作業的技術難題。

附圖說明

圖1是現有技術的檢測布局示意圖。

圖2是現有技術的又一檢測布局示意圖。

圖3是現有技術的檢測計算方法示意圖。

圖4是本發明的安裝布局示意圖。

圖5是圖4中的a-a向剖視圖。

圖6是本發明所述壓力軌溫復合傳感器與過渡集線盒、保護線盒的連接剖面的示意圖。

圖7是本發明所述的壓力軌溫復合傳感器設置于軌道中和軸上的結構示意圖。

附圖標記：

1第一卡鉤、2第二卡鉤、3壓力軌溫復合傳感器、4第一螺栓、5第二螺栓、6保護線盒、7過渡集線盒、8數據采集分析系統、9枕木、10鋼軌、11中和軸、12車輛感應器；

30車輪、31彈簧、32應變測量板、33車輪探測器、34剪力傳感器、35壓力傳感器。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

本發明提供了一種檢測火車輪子踏面損傷的檢測系統，參考圖4中，所述的檢測系統安裝于火車軌道上，其特征在于：所述的檢測系統包括傳感系統和與傳感系統相連的數據采集分析系統；所述的傳感系統包括至少兩組檢測裝置和與檢測系統對應設置的車輛感應器，每組檢測裝置分別設有若干個壓力軌溫復合傳感器，所述的若干個壓力軌溫復合傳感器分成兩組，對應地設置于兩根火車軌道的內側；兩組壓力軌溫復合傳感器的信號線在過渡集線箱匯總后與數據采集分析系統相連。

本發明的檢測系統不要整體測量軌道平臺，只需要將溫度應力復合傳感器安裝在鋼軌軌腰，將數據信號電纜連接至相應的處理器即可。自動標定指不需要借用標準重量的機車來進行標定，本發明的傳感器具有自動進行標定功能。

不影響工清篩作業指當線路需要維護進行清篩作業時，只需要將連接傳感器的電纜和采集設備取走，等清篩完了重新裝上，自動標定立即可以投入使用中。

檢測準確是指業內普遍采用兌現率來衡量，兌現率達到業內的要求。

進一步而言，每個壓力軌溫復合傳感器安裝在軌枕與軌枕之間的中心位置，因為在中心位置受力最大，傳感器采集到的電信號最強，典型的壓力軌溫復合傳感器之間的距離是600mm。

在一個實施例中，傳感系統包括兩組檢測裝置，每組檢測裝置分別設有12個壓力軌溫復合傳感器，壓力軌溫復合傳感器設置于火車軌道內側的中和軸上。數據采集分析系統主要由24路高速數據采集設備和分析軟件組成。車輛感應器檢測到通過車輛后，每個軌條的12個傳感器分別檢測每個通過輪對的整個圓周通過壓力，由數據采集分析系統分析踏面的剝離掉塊、擦傷當量尺寸；同時分析每個輪對的承載重量，并計算出每條軸兩個輪對的承載量之和以及承載量只差，分析超偏載情況。另外，無須借助標準重量機車，傳感器可以自動標定鋼軌壓力。

每個檢測系統由12個應力溫度復合傳感器組成，傳感器電纜布設在卡裝在軌腰的玻璃鋼管內，集中后連接到過渡線分線箱；傳感器信號線在過渡集線箱匯總后，通過2根帶有護套的電纜連接到軌旁的數據處理中心。

傳感器安裝在軌枕之間的軌腰上，12個傳感器按照圖4的方式布置，可以完整的測量火車車輪的一周每個點的壓力。圖4的布置方式已經考慮了火車車輪壓在軌枕上時，傳感器沒信號的盲區。

通過在軌腰上鉆一有精度要求的孔，將傳感器安裝在軌腰上。傳感器和該孔通過過盈配合安裝。

傳感器通過自動標定以后，當車輪一過圖4布置的傳感器，就可以得到踏面的沖擊載荷和靜態載荷，通過求得沖擊載荷和靜態載荷的比值，從而判斷踏面的擦傷量。

在另一個實施例中，參見圖5，火車軌道設有上橫梁和下橫梁，從側面看呈工字型，下橫梁的兩側端分別設有第一卡鉤和第二卡鉤，第一卡鉤和第二卡鉤之間通過第一螺栓固定，所述的第一螺栓設置于下橫梁的底部，每個壓力軌溫復合傳感器的一側均套設有一保護線盒，所述的保護線盒通過第二螺栓固定于第二卡鉤上。

具體來說，第一卡鉤下部設有安裝部，上部設有卡扣部，卡扣部設有彎鉤狀的卡扣，可以用來固定火車軌道的下橫梁一端；第二卡鉤下部設有與第一卡鉤相對應的安裝部，第一、第二安裝部均設有安裝孔，通過設置于下橫梁下方的第一螺栓將兩者固定連接，第二卡鉤的上部設有一支撐立柱，支撐立柱的頂部設有安裝平臺，所述的保護線盒安裝于安裝平臺上。

在一個實施例中，檢測裝置與車輛感應器通過信號線相連，兩根火車軌道底部鋪設有枕木，所述的車輛感應器設置于相鄰的兩根枕木之間。其中，最佳位置是設置在兩根枕木中間的位置，火車軌道零應力中和軸上設有若干個安裝孔，安裝孔的數量與壓力軌溫復合傳感器的數量一一對應，壓力軌溫復合傳感器通過過盈配合的方式安裝于中和軸上，參見圖7中，傳感器可以探測出垂直和水平兩個方向的力，同時可以探測出軌溫。通過換算，可以求得垂直力的大小，車輪經過圖4方式的布局，可以測出車輪一周每個點對鋼軌的沖擊力，并將數據傳輸至數據處理中心。安裝時，包括如下步驟：a、選定需要安裝檢測系統的火車軌道段，在火車軌道的鋼軌軌腰上依次鉆設至少兩組安裝孔；b、在每一個安裝孔內設置一個壓力軌溫復合傳感器，每一個壓力軌溫復合傳感器與鋼軌軌腰之間通過連接構件進行連接，繼而形成至少兩組獨立設置的檢測裝置，相鄰的檢測裝置之間設有間距；c、每組檢測裝置的壓力軌溫復合傳感器之間通過信號線相連，信號線集中后連接到過渡線分線箱匯總，最終通過電纜連接到數據采集分析系統。

在一個安裝實施例中，設置兩組安裝孔，所述的安裝孔設置于鋼軌軌腰的零應力中和軸上，鋼軌共有兩根，兩根鋼軌之間依次鋪設有軌枕，兩組安裝孔之間間隔4根軌枕，兩組安裝孔的數量相同，每一組安裝孔的數量分別為12個，每一組安裝孔一份為二，對稱地排列于鋼軌軌腰的零應力中和軸上，每一個安裝孔均設置于兩根軌枕之間的位置。

具體來說，在鋼軌的軌腰中和軸位置，鉆24個?8mm負公差的孔，傳感器采用?8mm正公差，將24個傳感器安裝于孔內，獲得溫度應力數據。傳感器的數據通過屏蔽信號電纜和高速采集設備連接。24個傳感器分為左右兩組，兩組之間間隔4根軌枕，每組的傳感器分別安裝在軌枕與軌枕之間的中間位置。這樣的布置方法是最經濟的，而且是可行的。傳感器安裝完畢后，首先經過溫度力自動標定垂直方向的力后，當車輪滾過一周，傳感器可以檢測到輪子踏面對鋼軌產生的力。獲得沖擊載荷和靜載荷后，可以判斷出輪子踏面的擦傷大小，同時后臺設備可以設置報警等級，將報警信息通過短信發送至工作人員手機上。

在一個具體的實施例中，在鋼軌的軌腰中和軸位置，鉆48個?10mm負公差的孔，傳感器采用?10mm正公差，將48個傳感器安裝于孔內，獲得溫度應力數據。傳感器的數據通過屏蔽信號電纜和高速采集設備連接。48個傳感器連續安裝在軌枕與軌枕之間的中間位置。這樣的布置方法提高判斷擦傷的兌現率，但是成本是高的，在要求及其嚴格的時候采用此布置方法。傳感器安裝完畢后，首先經過溫度力自動標定垂直方向的力后，當車輪滾過一周，傳感器可以檢測道輪子踏面對鋼軌產生的力。獲得沖擊載荷和靜載荷后，可以判斷出輪子踏面的擦傷大小，同時后臺設備可以設置報警等級，將報警信息通過短信發送至工作人員手機上。

以上對本發明的具體實施例進行了詳細描述，但其只是作為范例，本發明并不限制于以上描述的具體實施例。對于本領域技術人員而言，任何對本發明進行的等同修改和替代也都在本發明的范疇之中。因此，在不脫離本發明的精神和范圍下所作的均等變換和修改，都應涵蓋在本發明的范圍內。