专利名称：用于检测铁轨缺陷,特别是铁轨顶部缺陷的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于通过测量铁轨车辆的轴箱加速度信号来检测在铁路轨道中的铁轨缺陷、特别是铁轨顶部缺陷的方法。
背景技术：
铁轨缺陷、特别是铁轨顶部缺陷，正如本文所涉及的，是局部的短的垂向几何偏差，其可能会造成铁路轨道的铁轨与铁轨车辆的滚动车轮之间的撞击。如凹痕、不同的磨损以及不同的塑性形变、非均质的铁轨材料以及不完善的铁轨制造工艺可能会造成该问题。 除非修复铁轨顶部的轻微缺陷，否则该凹陷将会变成中度缺陷，紧接着演变成严重缺陷。如果不采取补救措施，最终会发生铁轨断裂和紧固件、铁轨垫、枕木和道碴的损坏。从铁路运行、安全以及有效性的观点来看，铁轨缺陷，特别是铁轨顶部缺陷，应该在尽可能旱的时间内被检测并消除，以防止它们进一步演变成更为严重的铁轨缺陷。最常见的铁轨缺陷，特别是凹陷，是由人工检查或者用超声波技术来检测。采用人工检查的检查员沿着所述铁轨行走，找到所述铁轨缺陷，或者可选择地，检查铁轨的图像或者视频记录。任何一种情况都需要人类的肉眼来执行所述检测。为了允许超声波技术能够可靠地被用来检测裂隙，所述超声波检测技术仅适用于当所述裂隙的深度大于大约7mm的情况。已经提议使用涡流技术来检测铁轨顶部的缺陷，甚至也已经提议使用声学检测， 然而，该最近的技术仅用来检测严重的铁轨顶部缺陷，该缺陷发出可检测的撞击噪声。文献“a measurement system for quick rail inspection and effective track maintermnce strategy (用于快速铁轨检测的测量系统和有效的轨道保养策略)”，由 M. Boccilione 等发表于 Mechanical Systems and Signal Processing(机械系统与信号处理)21 (2007)，第1M2-12M页，推荐了用于测量铁轨车辆的横向和垂向轴箱加速度的设备，其可用于铁路轨道中缺陷的检测。正如从所述文献所知道的那样，测量的铁轨车辆的垂向轴箱加速度可用于检测严重的铁轨顶部缺陷。测量的铁轨顶部缺陷的轴箱加速度基本上是源于三个源的振动1、轨道的垂向振动，包括铁轨、铁轨垫、枕木和道碴等的那些垂向振动；2、垂向变形以及车轮与缺陷处铁轨的相对运动；以及3、轮副的振动，也包括轴承以及轴箱的那些振动。上面提及的第2号振动源，即垂向变形以及车轮与缺陷处铁轨的相对运动是所感兴趣的信号。对于严重的铁轨缺陷，特别是铁轨顶部缺陷，所述振动源1和2相对较强。然而，这些振动源能够根据他们不同的频率特性被区分。对于不太严重的铁轨缺陷，振动信号会变得不强，而相比其他振动源第3号振动源变得相对更主要。两方面都使信噪比恶化，使得难以检测轻度的或者中度的铁轨缺陷，特别是铁轨顶部的缺陷。EP-A-I 593 572公开了一种用于识别沿轨道的一些位置的方法，在这些位置处， 铁路车辆的车轮使车辆沿其运行的铁轨受纵向力，包括测量铁轨车辆的车轮的加速度信号，其中，纵向加速信号和垂向加速信号相结合并且同时地被使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于检测铁路轨道中铁轨缺陷、特别是铁轨顶部缺陷的方法，通过上述方法，所述铁轨缺陷的精确以及可靠的定位能够被实现。为达到本发明的目的，并获得此后会变得显而易见的进一步的优点，根据本发明的用于检测铁轨缺陷、特别是铁轨顶部缺陷的方法，由一个或多个所附的权利要求来表征。根据本发明的用于检测铁路轨道中的铁轨(顶部)缺陷的方法的特征在于，纵向轴箱加速度信号被用于从所述垂向轴箱加速度信号中除去涉及包括轴承以及轴箱的铁轨车辆的轮副的振动的信号部分。与相对垂向轴箱加速度信号相比较，纵向轴箱加速度信号是相对高强度的，此外， 该纵向信号是相对不受干扰的信号，具有较好的信噪比。所述纵向轴箱加速度信号和测量的垂向轴箱加速度信号相结合并且同时地被使用，从而从后者的信号中减去涉及所述轮副的振动、也包括所述轴承和所述轴箱的那些振动的信号部分。由于前面提到的不同频率特性，涉及所述变形以及缺陷处车轮与铁轨之间的相对运动的感兴趣的振动信号能够从所述轨道的垂向振动中被分离出来。根据本发明，因此建议所述纵向轴箱加速度信号被使用，以便从所述垂向轴箱加速度信号中除去涉及包括所述轴承和轴箱的所述铁轨车辆的轮副的振动的信号部分。进一步的，从上述内容可以明白，根据本发明，优选的是轴箱加速度信号被过滤， 用于除去由包括铁轨、铁轨垫、紧固件、枕木以及道碴的轨道的振动所贡献的信号部分。可以更清楚的是，为了能够执行本发明的方法，需要用于测量所述铁轨车辆的轴箱加速度的设备，包括本身是已知的并且配置在所述铁轨车辆上的至少一个加速计。该加速计被安装，用于至少检测沿纵向即铁路轨道方向的所述轴箱加速度。可以明白的是，所述加速计的实际的测量方向可能会相对精确的纵向方向偏离某些程度。适合用于此目的加速计的类型是Endevco model 7259B，Meggitt公司的轻型压力加速计。
使用根据本发明的设备的一些测量结果分别在图1以及图2中示出。在这些图中图1示出了根据现有技术的垂向轴箱加速度信号；图2示出了根据本发明的纵向轴箱加速度信号；以及图3提供了用于测量铁轨车辆的轴箱加速度的设备系统的示意图。
具体实施例方式在两个图中，轴箱加速度信号都被用来表示在巡查(revenue)轨道中测量的铁轨的不平整度。在两个图中，横坐标是沿着轨道的千米位置，纵坐标是测量的加速度信号。对比图1和图2表明，所述纵向轴箱加速度信号比垂向轴箱加速度信号更加敏感。 例如，在纵向轴箱加速度信号中具有两个清晰的峰值(如图幻，然而，在体现所述垂向轴箱加速度信号中，它的较小的峰值很难被辨别(图1)。
现在参见图3，其示出了被测量并且被定位的铁轨1的铁轨缺陷，特别是铁轨顶部缺陷的示意图。这种缺陷用附图标记13表示。该缺陷13的测量是通过使用具有为铁轨车轮2提供轴承的至少一个轴箱3的铁轨车辆来执行。所述轴箱3配备垂向加速计4以及纵向加速计5。该垂向加速计4提供垂向加速度信号，如图形6所示，其可与图1中示出的垂向加速度信号比较。该纵向加速计5提供纵向加速度信号，如图形7所示，其可与图2中示出的纵向加速度信号比较。所述加速度信号6，7在数据采集过程中通过数据记录器8获得。数据记录器8同时通过使用转速表9监测所述铁轨车辆的速度，其中，所述数据记录器8也记录由GPS系统 10获取的位置数据。利用可选用的发送器11，将信号传送到计算机系统12，在计算机系统12中，执行数据处理以及诊断，从而分析所述铁轨缺陷的性质以及它们沿着所述铁轨1的轨道所处的位置。
权利要求
1.一种用于通过测量铁轨车辆的轴箱加速度信号检测铁路轨道中铁轨缺陷，特别是铁轨顶部缺陷的方法，其中，纵向轴箱加速度信号和垂向轴箱加速度信号相结合并且同时地被使用，作为检测所述铁轨缺陷、特别是铁轨顶部缺陷的所在地的度量，其特征在于所述纵向轴箱加速度信号被用于从所述垂向轴箱加速度信号中除去涉及包括轴承和轴箱的铁轨车辆的轮副的振动的信号部分。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述轴箱加速度信号被过滤，用于除去由包括铁轨、铁轨垫、枕木和道碴的轨道的振动所贡献的信号部分。
全文摘要
用于检测铁轨缺陷，特别是铁轨顶部缺陷的方法和设备。一种用于通过测量铁轨车辆的轴箱加速度信号检测在铁路轨道中铁轨的铁轨缺陷，特别是铁轨顶部缺陷的方法和设备，其中纵向轴箱加速度信号被用作检测所述铁轨缺陷，特别是铁轨顶部缺陷的所在地的度量。所述方法还包括测量所述铁轨车辆的垂向轴箱加速度信号，其中，纵向轴箱加速度信号和垂向轴箱加速度信号相结合并且同时被使用，更优选的是，所述纵向轴箱加速度信号被使用，以便从所述垂向轴箱加速度信号中除去涉及包括轴承和轴箱(3)的铁轨车辆的轮副的振动的信号部分，并且所述轴箱加速度信号被过滤，用于除去由包括铁轨(1)、铁轨垫、紧固件、枕木和道碴的轨道的振动所贡献的信号部分。
文档编号B61L23/04GK102548828SQ201080043566
公开日2012年7月4日 申请日期2010年7月29日 优先权日2009年8月13日
发明者M·莫罗多瓦, Z·李 申请人:代尔夫特工业大学