一种检测火车轮子踏面损伤的检测系统及其安装方法与流程

本发明涉及检测装置的技术领域，尤其涉及一种检测火车轮子踏面损伤的检测系统，具体地，是一种检测火车轮子踏面损伤的检测系统及其安装方法。

背景技术：

国内外车轮踏面损伤的检测通常有两种方法，分别是静态法和动态法。静态法是指列车静止时，对轮缘踏面的几何曲线和标准的曲线进行比较来检测。动态法检测是采用车载式和地面式检测系统。车载式检测是通过检车车轴振动的加速度来间接获得踏面外形参数，这需要在每根轴伤安装传感器，成本高同时没有必要，所以一般不采用。地面式检测是在轨道线路上安装相应的车轮外形检测装置。通常的动态法如下：

1、轨道电路中断时间法

这种方法的临界速度越为40km/h,踏面损伤的车轮在损伤处产生跳动，使得轨道电路短时中断，中断时间作为判断踏面损伤程度的依据。

2、涡流法

先获得踏面磨耗量与检测信号振幅之间的关系，然后通过测量检测器输出电压值来得到踏面磨耗量。

3、接触测量法

这种方法利用轮缘顶部一般不磨耗，其相对钢轨的径向变化量反应了踏面的磨耗量。

在20世纪90年代中、后期，国内做了一些相关的研究，如下两种方法：

（1）用平板型位移传感器检测轮缘顶部相对钢轨的径向位移。在一个轮周长度内防止3个相同的位移传感器以防止相邻轮的影响，具体参见图1。

（2）用应变片测量轮缘顶部相对钢轨的高度变化，具体参见图2。

4、超声遥测法

在20世纪90年代中期，俄罗斯研制出轮对参数自动化检测装置，在车速不大于5km/h时，通过遥测传感器组，可测出距车轮各特征表面的距离，经过分析处理后得到踏面磨耗量。

5、冲击载荷法

通过检测因踏面损伤引起的冲击负荷来获得踏面损伤量。国内采用“剪力法”获得载荷，即车辆通过时，钢轨所受的轮轨力与剪应力之间存在一定关系，测得剪应力从而得到载荷.通过测量踏面擦伤车轮引起的冲击载荷的大小来判定踏面擦伤量，具体参见图3。

图3中，p=q+∑r,其中p为轮重，q为剪力，r为压力l1=l3+h,l1剪力传感器的间距，l3为测试区的长度，h为钢轨高度。

6、光电测量法

利用光照踏面，成像系统摄取反射或慢发射图像，处理后得到踏面的参数，从而得到踏面擦伤的磨耗量。

上述方法中，方法（1）至（4）和（6），存在精度误差比较大，成本高，实现方式困难。方法（5）中，需要搭建一个整体式轨道测量平台，整体式轨道测量平台一般采用6根特殊轨枕，用于安装8个剪力传感器和24个压力传感器。安装时动用起道机将钢轨吊起，在轨枕和钢轨底部之间安装压力传感器，安装的传感器在标定的时候，需要动用标准的轨道机车进行标定，耗资耗时巨大。在线路需要清筛维护的时候，整体轨道测量平台无法移动，影响工务清筛作业。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种检测火车轮子踏面损伤的检测系统及其安装方法，通过对检测装置在合理位置的有效设置，旨在显著提高检测精准度和安装便捷性。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种检测火车轮子踏面损伤的检测系统，所述的检测系统安装于火车轨道上，其特征在于：所述的检测系统包括传感系统和与传感系统相连的数据采集分析系统；

所述的传感系统包括至少两组检测装置和与检测系统对应设置的车辆感应器，每组检测装置分别设有若干个压力轨温复合传感器，所述的若干个压力轨温复合传感器分成两组，对应地设置于两根火车轨道的内侧；两组压力轨温复合传感器的信号线在过渡集线箱汇总后与数据采集分析系统相连。

优选的，传感系统包括两组检测装置，每组检测装置分别设有10-36个压力轨温复合传感器，压力轨温复合传感器设置于火车轨道内侧的中和轴上。

更进一步，火车轨道设有上横梁和下横梁，下横梁的两侧端分别设有第一卡钩和第二卡钩，第一卡钩和第二卡钩之间通过第一螺栓固定，所述的第一螺栓设置于下横梁的底部，每个压力轨温复合传感器的一侧均套设有一保护线盒，所述的保护线盒通过第二螺栓固定于第二卡钩上。

一种检测火车轮子踏面损伤的检测系统的安装方法，其特征在于：所述的安装方法包括如下步骤：a、选定需要安装检测系统的火车轨道段，在火车轨道的钢轨轨腰上依次钻设至少两组安装孔；b、在每一个安装孔内设置一个压力轨温复合传感器，每一个压力轨温复合传感器与钢轨轨腰之间通过连接构件进行连接，继而形成至少两组独立设置的检测装置，相邻的检测装置之间设有间距；c、每组检测装置的压力轨温复合传感器之间通过信号线相连，信号线集中后连接到过渡线分线箱汇总，最终通过电缆连接到数据采集分析系统。

优选的，a步骤中，设置两组安装孔，所述的安装孔设置于钢轨轨腰的零应力中和轴上，钢轨共有两根，两根钢轨之间依次铺设有轨枕，两组安装孔之间间隔3-6根轨枕，两组安装孔的数量相同，每一组安装孔的数量分别为10-36个，每一组安装孔一份为二，对称地排列于钢轨轨腰的零应力中和轴上，每一个安装孔均设置于两根轨枕之间的位置。

优选的，b步骤中，所述的连接构件包括第一、第二卡钩和保护线盒，火车轨道设有上横梁和下横梁，下横梁的两侧端分别设有第一卡钩和第二卡钩，第一卡钩和第二卡钩之间通过第一螺栓固定，所述的第一螺栓设置于下横梁的底部，每个压力轨温复合传感器的一侧均套设有一保护线盒，所述的保护线盒通过第二螺栓固定于第二卡钩上。

相对于现有技术，本发明的技术方案除了整体技术方案的改进，还包括很多细节方面的改进，具体而言，具有以下有益效果：

1.安装简单实用

无须构建庞大的整体式轨道测量平台，只需要将24个传感器安装在钢轨轨腰上即可。安装整体式轨道测量平台，需要动用几十至百人人力和大型机械设备，时间需要几个月乃至更长，时间成本和经济成本相当高。本发明的安装5至8个人两周就可完成整个安装。节约了大量的人力物力和宝贵的时间。

2.自动标定

本产品的标定无需用标准重量的机车来进行标定。传感器具有自动标定功能，而且只需标定一次。标定工作在24小时内自动完成。方便用户使用

3.检测准确

超过《运规》限度tpds报警踏面损伤与该等级tpds踏面损伤报警总数的比例：

一级报警兑现率：≥80%；

二级报警兑现率：≥60%；

三级报警兑现率：≥50%；

4.成本低，技术效果好

由于安装简单，无须构建整体式测量道床平台，也无需动用机车来标定，因此成本非常低。考虑到每个铁路局的每个车辆段都可以使用，市场相当巨大，本产品在结构设计上时站在使用者角度上，传感器的设计寿命等同于钢轨寿命，终身免维护，在需要清筛作业时只需将采集设备动用几个人就可以拆下搬走，只留下传感器在钢轨上。既大大降低了成本，同时也解决了不影响清筛作业的技术难题。

附图说明

图1是现有技术的检测布局示意图。

图2是现有技术的又一检测布局示意图。

图3是现有技术的检测计算方法示意图。

图4是本发明的安装布局示意图。

图5是图4中的a-a向剖视图。

图6是本发明所述压力轨温复合传感器与过渡集线盒、保护线盒的连接剖面的示意图。

图7是本发明所述的压力轨温复合传感器设置于轨道中和轴上的结构示意图。

附图标记：

1第一卡钩、2第二卡钩、3压力轨温复合传感器、4第一螺栓、5第二螺栓、6保护线盒、7过渡集线盒、8数据采集分析系统、9枕木、10钢轨、11中和轴、12车辆感应器；

30车轮、31弹簧、32应变测量板、33车轮探测器、34剪力传感器、35压力传感器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供了一种检测火车轮子踏面损伤的检测系统，参考图4中，所述的检测系统安装于火车轨道上，其特征在于：所述的检测系统包括传感系统和与传感系统相连的数据采集分析系统；所述的传感系统包括至少两组检测装置和与检测系统对应设置的车辆感应器，每组检测装置分别设有若干个压力轨温复合传感器，所述的若干个压力轨温复合传感器分成两组，对应地设置于两根火车轨道的内侧；两组压力轨温复合传感器的信号线在过渡集线箱汇总后与数据采集分析系统相连。

本发明的检测系统不要整体测量轨道平台，只需要将温度应力复合传感器安装在钢轨轨腰，将数据信号电缆连接至相应的处理器即可。自动标定指不需要借用标准重量的机车来进行标定，本发明的传感器具有自动进行标定功能。

不影响工清筛作业指当线路需要维护进行清筛作业时，只需要将连接传感器的电缆和采集设备取走，等清筛完了重新装上，自动标定立即可以投入使用中。

检测准确是指业内普遍采用兑现率来衡量，兑现率达到业内的要求。

进一步而言，每个压力轨温复合传感器安装在轨枕与轨枕之间的中心位置，因为在中心位置受力最大，传感器采集到的电信号最强，典型的压力轨温复合传感器之间的距离是600mm。

在一个实施例中，传感系统包括两组检测装置，每组检测装置分别设有12个压力轨温复合传感器，压力轨温复合传感器设置于火车轨道内侧的中和轴上。数据采集分析系统主要由24路高速数据采集设备和分析软件组成。车辆感应器检测到通过车辆后，每个轨条的12个传感器分别检测每个通过轮对的整个圆周通过压力，由数据采集分析系统分析踏面的剥离掉块、擦伤当量尺寸；同时分析每个轮对的承载重量，并计算出每条轴两个轮对的承载量之和以及承载量只差，分析超偏载情况。另外，无须借助标准重量机车，传感器可以自动标定钢轨压力。

每个检测系统由12个应力温度复合传感器组成，传感器电缆布设在卡装在轨腰的玻璃钢管内，集中后连接到过渡线分线箱；传感器信号线在过渡集线箱汇总后，通过2根带有护套的电缆连接到轨旁的数据处理中心。

传感器安装在轨枕之间的轨腰上，12个传感器按照图4的方式布置，可以完整的测量火车车轮的一周每个点的压力。图4的布置方式已经考虑了火车车轮压在轨枕上时，传感器没信号的盲区。

通过在轨腰上钻一有精度要求的孔，将传感器安装在轨腰上。传感器和该孔通过过盈配合安装。

传感器通过自动标定以后，当车轮一过图4布置的传感器，就可以得到踏面的冲击载荷和静态载荷，通过求得冲击载荷和静态载荷的比值，从而判断踏面的擦伤量。

在另一个实施例中，参见图5，火车轨道设有上横梁和下横梁，从侧面看呈工字型，下横梁的两侧端分别设有第一卡钩和第二卡钩，第一卡钩和第二卡钩之间通过第一螺栓固定，所述的第一螺栓设置于下横梁的底部，每个压力轨温复合传感器的一侧均套设有一保护线盒，所述的保护线盒通过第二螺栓固定于第二卡钩上。

具体来说，第一卡钩下部设有安装部，上部设有卡扣部，卡扣部设有弯钩状的卡扣，可以用来固定火车轨道的下横梁一端；第二卡钩下部设有与第一卡钩相对应的安装部，第一、第二安装部均设有安装孔，通过设置于下横梁下方的第一螺栓将两者固定连接，第二卡钩的上部设有一支撑立柱，支撑立柱的顶部设有安装平台，所述的保护线盒安装于安装平台上。

在一个实施例中，检测装置与车辆感应器通过信号线相连，两根火车轨道底部铺设有枕木，所述的车辆感应器设置于相邻的两根枕木之间。其中，最佳位置是设置在两根枕木中间的位置，火车轨道零应力中和轴上设有若干个安装孔，安装孔的数量与压力轨温复合传感器的数量一一对应，压力轨温复合传感器通过过盈配合的方式安装于中和轴上，参见图7中，传感器可以探测出垂直和水平两个方向的力，同时可以探测出轨温。通过换算，可以求得垂直力的大小，车轮经过图4方式的布局，可以测出车轮一周每个点对钢轨的冲击力，并将数据传输至数据处理中心。安装时，包括如下步骤：a、选定需要安装检测系统的火车轨道段，在火车轨道的钢轨轨腰上依次钻设至少两组安装孔；b、在每一个安装孔内设置一个压力轨温复合传感器，每一个压力轨温复合传感器与钢轨轨腰之间通过连接构件进行连接，继而形成至少两组独立设置的检测装置，相邻的检测装置之间设有间距；c、每组检测装置的压力轨温复合传感器之间通过信号线相连，信号线集中后连接到过渡线分线箱汇总，最终通过电缆连接到数据采集分析系统。

在一个安装实施例中，设置两组安装孔，所述的安装孔设置于钢轨轨腰的零应力中和轴上，钢轨共有两根，两根钢轨之间依次铺设有轨枕，两组安装孔之间间隔4根轨枕，两组安装孔的数量相同，每一组安装孔的数量分别为12个，每一组安装孔一份为二，对称地排列于钢轨轨腰的零应力中和轴上，每一个安装孔均设置于两根轨枕之间的位置。

具体来说，在钢轨的轨腰中和轴位置，钻24个ø8mm负公差的孔，传感器采用ø8mm正公差，将24个传感器安装于孔内，获得温度应力数据。传感器的数据通过屏蔽信号电缆和高速采集设备连接。24个传感器分为左右两组，两组之间间隔4根轨枕，每组的传感器分别安装在轨枕与轨枕之间的中间位置。这样的布置方法是最经济的，而且是可行的。传感器安装完毕后，首先经过温度力自动标定垂直方向的力后，当车轮滚过一周，传感器可以检测到轮子踏面对钢轨产生的力。获得冲击载荷和静载荷后，可以判断出轮子踏面的擦伤大小，同时后台设备可以设置报警等级，将报警信息通过短信发送至工作人员手机上。

在一个具体的实施例中，在钢轨的轨腰中和轴位置，钻48个ø10mm负公差的孔，传感器采用ø10mm正公差，将48个传感器安装于孔内，获得温度应力数据。传感器的数据通过屏蔽信号电缆和高速采集设备连接。48个传感器连续安装在轨枕与轨枕之间的中间位置。这样的布置方法提高判断擦伤的兑现率，但是成本是高的，在要求及其严格的时候采用此布置方法。传感器安装完毕后，首先经过温度力自动标定垂直方向的力后，当车轮滚过一周，传感器可以检测道轮子踏面对钢轨产生的力。获得冲击载荷和静载荷后，可以判断出轮子踏面的擦伤大小，同时后台设备可以设置报警等级，将报警信息通过短信发送至工作人员手机上。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。