一种轨道状态车载检测系统可靠性评估试验台

本发明属于轨道交通技术领域，具体涉及一种轨道状态车载检测系统可靠性评估试验台。

背景技术：

随着现代铁路列车的客运高速化和货运重载化，铁路轮轨系统动力学问题变得更加突出，这对线路状态的质量要求也越来越高。在线路的施工和长期服役过程中，轨道产生的缺陷和病害会随着高速列车运行速度的不断提高和重载列车轴重的持续增大而变得更加严重，进而恶化轮轨关系，影响列车的运行性能。轨道缺陷和病害，轻则会限制列车的行驶速度，重则会导致列车脱轨、倾覆等重大事故的发生，因此及时地发现并解决的轨道存在的缺陷和病害，关乎着行车的质量和安全，具有重大的意义。近年来，随着计算机技术和机器视觉技术的进步和发展，越来越多的新型轨道状态车载检测系统应运而生，包括视觉图像处理技术，光纤传感技术，轨道智能巡检机器人等，特别是轨检车的研发和应用，大大减轻了传统的人工巡检的工作量，提高巡检效率，还可以检测出一些人工不易发现的问题。为了更充分地发挥轨道状态车载检测系统的种种优势和性能，需要一个丰富的平台来检验其准确性，评估轨道状态车载检测系统可靠性变得尤为重要。

目前为止，评估轨道状态车载检测系统可靠性所采用的试验方法主要有：

一、轨道状态车载检测系统安装在实际车辆上，在实际线路上检测轨道的缺陷和病害。虽然该试验方法可进行真车实线的轨道状态检测，但由于实际线路上轨道的缺陷和病害往往不集中，周期长，成本贵，代价高，难以开展大量的针对性的试验。

二、比例模型试验：采用比例模型试验的限制是轨道状态车载检测系统在试验转向架上不能够精确地布置，很可能会影响检测的准确性。而且，对于一些轨道缺陷的模拟，实施难度大，检测结果尚待验证。

考虑以上试验方法的种种限制和弊端，发明了一种轨道状态车载检测系统可靠性评估试验台，采用与实际1：1尺寸的试验轨道和试验转向架，可以最大限度地模拟现实线路上常见的轨道缺陷和病害，轨道状态车载检测系统的轴箱加速度传感器安装座、构架加速度传感器安装座，数据采集系统安装座，信息处理系统安装座等模块可以精确地安装在试验转向架的相应位置，轨道状态模拟单元相互独立并可通过钢轨整体移动装置自由组合，可以模拟不同工况的轨道状态，周期短，成本低，易于开展大量的针对性的试验。驱动装置带动试验转向架双向运动，使检测结果更加准确。对于评估轨道状态车载检测系统的可靠性，线路的检测和维护以及列车的安全运营具有十分重要意义。

技术实现要素：

为克服上述存在之不足，提出了一种轨道状态车载检测系统可靠性评估试验台，其采用与实际1：1尺寸的试验轨道和试验转向架，可以最大限度地模拟现实线路上常见的轨道缺陷和病害，轨道状态车载检测系统的轴箱加速度传感器安装座、构架加速度传感器安装座，数据采集系统安装座，信息处理系统安装座等模块可以精确地安装在试验转向架的相应位置，轨道状态模拟单元相互独立并可通过钢轨整体移动装置自由组合，可以模拟不同工况的轨道状态，周期短，成本低，易于开展大量的针对性的试验。驱动装置带动试验转向架双向运动，使检测结果更加准确。对于评估轨道状态车载检测系统的可靠性，线路的检测和维护以及列车的安全运营具有十分重要意义。

为实现上述目的本发明所采用的技术方案是：提供一种轨道状态车载检测系统可靠性评估试验台，其包括用以模拟现实线路上常见的缺陷与病害的试验用铁路轨道，所述试验用的铁路轨道一端设置驱动装置1，另一端设置回收轮27，钢丝绳2连接驱动装置1以及回收轮27形成闭环系统，在所述试验用的铁路轨道上放置试验转向架6，试验转向架6固定连接在钢丝绳2上；

所述试验用的铁路轨道由以下四种独立的轨道状态模拟单元中的任意1-4种任意顺序组合而成：

轨面、轨间局部缺陷轨道状态模拟单元，用以模拟轨面、轨间局部缺陷的轨道状态；

轨下失效、缺陷轨道状态模拟单元，用以模拟轨下失效、缺陷的轨道状态；

钢轨磨耗轨道状态模拟单元，用以模拟钢轨磨耗的轨道状态；

线路几何不平顺轨道状态模拟单元，用以模拟线路几何不平顺的轨道状态。

根据本发明所述的一种轨道状态车载检测系统可靠性评估试验台，其进一步的优选技术方案是：轨道状态模拟单元配套有钢轨整体移动装置34，通过钢轨整体移动装置34对轨道状态模拟单元进行搬运然后自由组合，以模拟不同的真实轨道状态。

根据本发明所述的一种轨道状态车载检测系统可靠性评估试验台，其进一步的优选技术方案是：驱动装置1通过钢丝绳2牵引试验转向架6沿着试验用铁路轨道双向运动。

根据本发明所述的一种轨道状态车载检测系统可靠性评估试验台，其进一步的优选技术方案是：所述的轨面、轨间局部缺陷轨道状态模拟单元设置的缺陷/病害包括：轨面凹坑7、钢轨纵向断裂8、钢轨横向断裂9、轨面剥离10、钢轨低接头11。

根据本发明所述的一种轨道状态车载检测系统可靠性评估试验台，其进一步的优选技术方案是：所述的轨下失效、缺陷轨道状态模拟单元设置的缺陷/病害包括：扣件缺失12、轨枕纵向断裂13、扣件弹条断裂14、轨枕横向断裂15、轨枕空吊16、轨形区异物17。

根据本发明所述的一种轨道状态车载检测系统可靠性评估试验台，其进一步的优选技术方案是：所述的钢轨磨耗轨道状态模拟单元设置的缺陷/病害包括：钢轨偏磨18、钢轨波磨19。

根据本发明所述的一种轨道状态车载检测系统可靠性评估试验台，其进一步的优选技术方案是：所述的线路几何不平顺轨道状态模拟单元设置的缺陷/病害包括:钢轨错牙接头20、轨道三角坑21，轨道方向不平顺22、轨道水平不平顺23、轨距不平顺24、轨道高低不平顺25。

根据本发明所述的一种轨道状态车载检测系统可靠性评估试验台，其进一步的优选技术方案是：设置两个对称矩形钢块29来模拟钢轨错牙接头20，设置两个非对称谐波形钢块30来模拟轨道三角坑21，设置单个谐波形钢块31来模拟轨道水平不平顺23，设置两个对称谐波形钢块32来模拟轨道高低不平顺25，矩形钢块和谐波形钢块通过扎带33固定在钢轨轨面上。

根据本发明所述的一种轨道状态车载检测系统可靠性评估试验台，其进一步的优选技术方案是：在试验转向架6上设置有安装座，安装座包括轴箱加速度传感器安装座5a、构架加速度传感器安装座5b、数据采集系统安装座5c、信息处理系统安装座5d，在不同安装座上对应安装轨道状态车载检测系统的不同部分。

根据本发明所述的一种轨道状态车载检测系统可靠性评估试验台，其进一步的优选技术方案是：四个轨道状态模拟单元中同一个轨道状态模拟单元的缺陷/病害的顺序采用自由组合的方式设置。

相比现有技术，本发明的技术方案具有如下优点/有益效果：

1、试验用的转向架速度可控，通过设置驱动装置不同的转速，可评估不同速度下车载检测系统的可靠性，通过设置驱动装置不同的转向，实现双向检测；

2、试验用的转向架和轨道与真实的转向架和轨道完全相同，为轨道状态车载检测系统的安装布线提供方便，提高轨道状态车载检测系统的准确性；

3、较之真车试验，本发明不影响列车的正常运行，试验方便、周期短、成本低，效率高，便于实施；

4、四个轨道状态模拟单元相互独立并可通过钢轨整体移动装置自由组合，以模拟不同的轨道状态；

5、上述的驱动装置通过驱动轮环绕钢丝绳与试验转向架相连，钢丝绳绕过回收轮再绕在驱动装置的驱动轮上，形成闭环系统。钢丝绳长度恒定，便于调试与维护；

6、在试验转向架上设置轨道状态车载检测系统传感器安装座，数据采集系统安装座，信息处理系统安装座，方便轨道状态车载检测系统的各个模块的安装与固定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例的俯视结构示意图。

图2为图1中a段局部放大图。

图3为图1中b段局部放大图。

图4为图1中c段局部放大图。

图5为图1中d段局部放大图。

图6为本发明实施例的钢轨低接头结构示意图。

图7为本发明实施例的轨枕空吊结构示意图。

图8为本发明实施例的线路几何不平顺轨道状态模拟单元的矩形钢块及谐波形钢块安装位置示意图。

图9为本发明实施例的转向架上对应的安装座的侧视图。

图10为本发明实施例的转向架上对应的安装座的正视图。

图中标记分别为：1、驱动装置；2、钢丝绳；3、钢轨；4、轨枕；5a、轴箱加速度传感器安装座;5b、构架加速度传感器安装座;5c、数据采集系统安装座;5d、信息处理系统安装座；6、试验转向架；7、轨面凹坑；8、钢轨纵向断裂；9、钢轨横向断裂；10、轨面剥离；11、钢轨低接头；12、扣件缺失；13、轨枕纵向断裂；14、扣件弹条断裂；15、轨枕横向断裂；16、轨枕空吊；17、轨形区异物；18、钢轨偏磨；19、钢轨波磨；20、钢轨错牙接头；21、轨道三角坑；22、轨道方向不平顺；23、轨道水平不平顺；24、轨距不平顺；25、轨道高低不平顺；26、扣件；27、回收轮；28、道砟；29、两个对称矩形钢块；30、两个非对称谐波形钢块；31、单个谐波形钢块；32、两个对称谐波形钢块；33、扎带；34、钢轨整体移动装置。

具体实施方式

为使本发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中可以不对其进行进一步定义和解释。

图1-5示出,本发明的一种轨道状态车载检测系统可靠性评估试验台，包括试验用的铁路轨道，所述的铁路轨道上模拟了现实线路上常见的缺陷与病害，包含轨面、轨间局部缺陷轨道状态模拟单元（图2所示），轨下失效、缺陷轨道状态模拟单元（图3所示），钢轨磨耗轨道状态模拟单元（图4所示），线路几何不平顺轨道状态模拟单元（图5所示）。这四个模拟单元相互独立并可通过钢轨整体移动装置34自由组合，以模拟不同的轨道状态，组合时在四个轨道状态模拟单元中任意选取1-4种数量的轨道状态模拟单元进行任意顺序的组合，实现不同轨道状态的模拟。所述试验用的铁路轨道一端设置驱动装置1，另一端设置回收轮27，钢丝绳2连接驱动装置1以及回收轮27形成闭环系统，在所述试验用的铁路轨道上放置试验转向架6，试验转向架6固定连接在钢丝绳2上。驱动装置1通过钢丝绳2牵引试验转向架6沿着试验用铁路轨道双向运动，即驱动装置1、钢丝绳2、回收轮27之间形成的是一个闭环结构，可以双向进行运动。图中箭头指示试验转向架6初始运动方向。

轨道状态模拟单元配套有钢轨整体移动装置34，通过钢轨整体移动装置34对四个轨道状态模拟单元进行搬运然后自由组合，以模拟不同的真实轨道状态，同时钢轨整体移动装置34还起到调节安装距离、安装松紧的作用。钢轨整体移动装置34是属于配套的设备，可以简单理解为设置有对应的承接安装结构的滑轮小车或其他类似结构，承接安装结构满足快速安装固定拆卸等条件即可。

具体而言，轨面、轨间局部缺陷轨道状态模拟单元，用以模拟轨面、轨间局部缺陷的轨道状态；轨下失效、缺陷轨道状态模拟单元，用以模拟轨下失效、缺陷的轨道状态；钢轨磨耗轨道状态模拟单元，用以模拟钢轨磨耗的轨道状态；线路几何不平顺轨道状态模拟单元，用以模拟线路几何不平顺的轨道状态。

图6示出，钢轨低接头11、钢轨3、轨枕4、扣件26、回收轮27和道砟28，用以模拟列车通过钢轨低接头11时的情形。

图7示出，轨枕空吊的结构示意图。如图9和图10所示，试验转向架6上设置有安装座，所述安装座包括轨道状态车载检测系统的轴箱加速度传感器安装座5a、构架加速度传感器安装座5b、数据采集系统安装座5c和信息处理系统安装座5d，方便轨道状态车载检测系统的各个模块的安装与固定。在不同安装座上对应安装轨道状态车载检测系统的不同部分。

轨道包含有两根铁轨，部分缺陷需要在两根铁轨上均设置相应的缺陷特征，是否需要在两根铁轨上设置相应的缺陷特征可以根据该缺陷常见的表现形式进行确定。所述的轨面、轨间局部缺陷轨道状态模拟单元包含轨面凹坑7；钢轨纵向断裂8；钢轨横向断裂9；轨面剥离10；钢轨低接头11检测内容。所述的轨下失效、缺陷轨道状态模拟单元包含扣件缺失12；轨枕纵向断裂13；扣件弹条断裂14；轨枕横向断裂15；轨枕空吊16；轨形区异物17检测内容。所述的钢轨磨耗轨道状态模拟单元包含钢轨偏磨18；钢轨波磨19检测内容。所述的线路几何不平顺轨道状态模拟单元包含钢轨错牙接头20；轨道三角坑21；轨道方向不平顺22；轨道水平不平顺23；轨距不平顺24；轨道高低不平顺25等检测内容。

图8示出，线路几何不平顺轨道状态模拟单元的矩形钢块及谐波形钢块安装位置示意图，设置两个对称矩形钢块29来模拟钢轨错牙接头20，设置两个非对称谐波形钢块30来模拟轨道三角坑21，设置单个谐波形钢块31来模拟轨道水平不平顺23，设置两个对称谐波形钢块32来模拟轨道高低不平顺25。所有的矩形钢块和谐波形钢块通过扎带33固定在钢轨3的轨面上。

需要说明的是，同一个轨道状态模拟单元设置的缺陷/病害的顺序采用自由组合的方式设置，如轨面、轨间局部缺陷轨道状态模拟单元的轨面凹坑7、钢轨纵向断裂8、钢轨横向断裂9、轨面剥离10、钢轨低接头11检测内容在同一个轨道上可以按照任意的顺序进行组合。轨道状态模拟单元设置的缺陷/病害的顺序自由组合以及四个轨道状态模拟单元自身任意组合，可以形成较多的实验轨道状态，满足多次实验需求，确保实验的准确性、随机性等。

相比现有技术，本发明的技术方案具有如下优点/有益效果：

1、试验用的转向架速度可控，通过设置驱动装置不同的转速，可评估不同速度下车载检测系统的可靠性，通过设置驱动装置不同的转向，实现双向检测；

2、试验用的转向架和轨道与真实的转向架和轨道完全相同，为轨道状态车载检测系统的安装布线提供方便，提高轨道状态车载检测系统的准确性；

3、较之真车试验，本发明不影响列车的正常运行，试验方便、周期短、成本低，效率高，便于实施；

4、四个轨道状态模拟单元相互独立并可通过钢轨整体移动装置自由组合，以模拟不同的轨道状态；

5、上述的驱动装置通过驱动轮环绕钢丝绳与试验转向架相连，钢丝绳绕过回收轮再绕在驱动装置的驱动轮上，形成闭环系统。钢丝绳长度恒定，便于调试与维护；

6、在试验转向架上设置轨道状态车载检测系统的传感器安装座，数据采集系统安装座，信息处理系统安装座，方便轨道状态车载检测系统的各个模块的安装与固定。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。