CN111964854A - 浮置板道床钢弹簧服役状态监测与评价的***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例涉及城市轨道交通技术领域,提供了一种浮置板道床钢弹簧服役状态监测与评价的***和方法。本发明实施例提供的浮置板道床钢弹簧服役状态监测与评价的***包括:压力传感器,压力传感器用于对设置在其上方的钢弹簧进行压力检测;位移传感器,位移传感器的顶端与钢弹簧的顶端平齐且用于对钢弹簧的位移进行检测;监测装置,监测装置分别与压力传感器和位移传感器电连接,以对接收到的压力数据信号和位移数据信号进行处理、计算和分析,由此对钢弹簧的服役状态进行评价。本发明实施例提供的浮置板道床钢弹簧服役状态监测与评价的***借助列车运行通过测量断面产生的振动信号,来判断钢弹簧服役状态是否良好。无需人工值守,自动化程度高。
Description
技术领域
本发明涉及城市轨道交通技术领域,尤其涉及一种浮置板道床钢弹簧服役状态监测与评价的***及方法。
背景技术
近年来,随着城市的建设,轨道交通发展迅猛发展。为减少城市轨道交通振动对轨道沿线居民与周边建筑的影响,钢弹簧浮置板减振措施被广泛应用于城市轨道交通线路中。因其减振效果良好,更是被用于重要的减振环境下,而钢弹簧作为一种减振耗材,需要定期检测与更换。
根据相关地方技术标准的规定,对钢弹簧部件主要进行定期检查,检查形式为抽查,方法为取出钢弹簧进行人工判断。而定期人工巡检主要靠技术人员的主观判断来确认减振措施是否良好,无法起到定量分析和事前预警的作用,同时抽检也会存在一定的概率失效问题,给列车运行带来安全隐患。如何有效、准确地评价钢弹簧浮置板道床内的钢弹簧服役状况具有重大的现实意义。
发明内容
为了有效、准确地监测、评价钢弹簧的服役状况,本发明实施例提供了一种浮置板道床钢弹簧服役状态监测与评价的***及方法。
根据本发明的一个方面,本发明实施例提供的浮置板道床钢弹簧服役状态监测与评价的***,包括:压力传感器,所述压力传感器用于对设置在其上方的钢弹簧进行压力检测;位移传感器,所述位移传感器的顶端与所述钢弹簧的顶端平齐且用于对所述钢弹簧的位移进行检测;监测装置,所述监测装置分别与所述压力传感器和所述位移传感器电连接,以对接收到的压力数据信号和位移数据信号进行处理、计算和分析,由此对所述钢弹簧的服役状态进行评价。
根据本发明的一个实施例,所述监测装置包括:数据采集板卡,所述数据采集板卡与所述压力传感器和所述位移传感器电连接,用于将接收到的所述压力数据信号和所述位移数据信号转换成相应的电信号;数据分析模块,所述数据分析模块用于将所述电信号转换成压力数据和位移数据,并计算钢弹簧的实时刚度值。
根据本发明的一个实施例,所述钢弹簧的实时刚度值通过以下公式计算:
其中,Kt为t时刻的钢弹簧刚度值,pt+1与xt+1分别为t+1时刻的压力数据与位移数据,pt与xt分别为t时刻的压力数据与位移数据。
根据本发明的一个实施例,所述数据分析模块还用于将所述钢弹簧的实时刚度值与所述钢弹簧出厂时的刚度值进行对比以计算刚度退化系数,并进行分析以对所述钢弹簧的服役状态进行评价,
其中,所述刚度退化系数通过以下公式计算:
其中,Dt为钢弹簧的刚度退化系数,K0为所述钢弹簧出厂时的刚度值。
根据本发明的一个实施例,所述数据分析模块还用于响应于所述钢弹簧的实时刚度值超过设定阈值而进行预警。
根据本发明的一个实施例,所述数据分析模块还用于对所述压力传感器和所述位移传感器的采集时段进行设定,以使所述压力传感器和所述位移传感器在设定的采集时段采集多组所述压力数据信号和所述位移数据信号。
根据本发明的一个实施例,所述监测装置还包括:显示屏,所述显示屏用于实时显示所述压力数据信号、所述位移数据信号、所述钢弹簧的实时刚度值以及所述设定阈值。
根据本发明的一个实施例,还包括:垫板,所述压力传感器安装在所述垫板的底部,所述位移传感器安装在所述垫板的顶部。
根据本发明的另一个方面,本发明实施例提供了一种浮置板道床钢弹簧服役状态监测与评价的方法,包括:
安装监测与评价***;
设置所述压力传感器和所述位移传感器的监测时段;
提取所述监测时段内的所述压力数据信号和所述位移数据信号;
处理所述压力数据信号和所述位移数据信号,并计算钢弹簧的实时刚度值和刚度退化系数;
对所述刚度退化系数进行对比分析和评价。
根据本发明的一个实施例,还包括:响应于所述钢弹簧的实时刚度值超过设定阈值进行预警。
本发明实施例提供的浮置板道床钢弹簧服役状态监测与评价的***及方法,能够在不影响列车和减震器正常工作的情况下,借助列车运行通过测量断面时产生的振动信号,来判断钢弹簧服役状态是否良好。压力传感器和位移传感器可在一个振动周期内监测到多个数据,保证了实时计算数值的可靠性。同时,本发明实施例提供的浮置板道床钢弹簧服役状态监测与评价的***及方法对钢弹簧服役状态的监测速度快,实时就能给出监测点的钢弹簧服役状态,并给予评价,同时无需人工值守,各时段自行监测,自动化程度高,当钢弹簧实时刚度值超过设定的阈值后会自动预警,使工作人员及时发现并排查。另外,本发明实施例提供的浮置板道床钢弹簧服役状态监测与评价的***及方法可为既有线路轨道维修提供指导,也可为新线的铺设提供参考,具有重大的现实意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,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的附图。
图1为本发明实施例提供的浮置板道床钢弹簧服役状态监测与评价的方法流程图;
图2为本发明实施例提供的浮置板道床内压力传感器和位移传感器的布置结构的示意图。
附图标记说明:
1-浮置板道床;2-外套筒;3-内套筒;4-钢弹簧;5-位移传感器;6-垫板;7-压力传感器;8-压力传感器底板;9-基座;S01、S02、S03、S04、S05-各步骤。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中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作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;可以是机械连接,也可以是电连接;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。
此外,在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上,“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。
现参照图1和图2,对本发明提供的实施例进行描述。应当理解的是,以下所述仅是本发明的示意性实施方式,并不对本发明构成任何特别限定。
如图1所示,在本发明的一个实施例中,监测与评价钢弹簧服役状态的***,包括:压力传感器7,压力传感器7用于对设置在其上方的钢弹簧4进行压力检测;位移传感器5,位移传感器5的顶端与钢弹簧4的顶端平齐且用于对钢弹簧4的位移进行检测;监测装置,监测装置分别与压力传感器7和位移传感器5电连接,以对接收到的压力数据信号和位移数据信号进行处理、计算和分析,由此对钢弹簧4的服役状态进行评价。
具体地,在本发明的一个实施例中,压力传感器7的上部设置有垫板6,垫板6的具体尺寸可根据在其上面放置的钢弹簧4的尺寸决定,以将钢弹簧4所受到的压力通过垫板6均匀地传递给压力传感器7。垫板6的底面形成有卡槽,压力传感器7安装在卡槽内;同时,垫板6的顶面形成有插槽,位移传感器5安装在插槽内。钢弹簧4设置在垫板6上。
在本发明的一个实施例中,位移传感器5安装在垫板6的顶面,并位于钢弹簧4的中间位置。位移传感器5的顶端与钢弹簧4的顶端平齐,底端也与钢弹簧4的底端平齐。进一步地,内套筒3套设在钢弹簧4上,且内套筒3的内顶端与钢弹簧4的顶端、位移传感器5的顶端相接触。
位移传感器5与监测装置电连接,当车辆经过轨道时产生振动,钢弹簧4产生弹性形变,位移传感器5可实时采集钢弹簧4的位移数据信号,并发送至监测装置。同理,压力传感器7也将实时采集到的压力数据信号发送至监测装置。监测装置对位移数据信号和压力数据信号进行调理、放大,转换成电信号进行采集,并将采集的电信号转换成位移数据和压力数据,进而计算出钢弹簧4的实时刚度值以及刚度退化系数,获得钢弹簧4的服役状态,并对此服役状态进行评价。
本发明实施例提供的浮置板道床钢弹簧服役状态监测与评价的***,能够在不影响列车和减震器正常工作的情况下,借助列车运行通过测量断面时产生的振动信号,来判断钢弹簧服役状态是否良好。压力传感器和位移传感器可在一个振动周期内监测到多个数据,保证了实时计算数值的可靠性。同时,本发明实施例提供的浮置板道床钢弹簧服役状态监测与评价的***对钢弹簧服役状态的监测速度快,实时就能给出监测点的钢弹簧服役状态,并给予评价,同时无需人工值守,各时段自行监测,自动化程度高,当钢弹簧实时刚度值超过设定的阈值后会自动预警,使工作人员及时发现并排查。另外,本发明实施例提供的浮置板道床钢弹簧服役状态监测与评价的***可为既有线路轨道维修提供指导,也可为新线的铺设提供参考,具有重大的现实意义。
在本发明的一个实施例中,监测装置包括:数据采集板卡,数据采集板卡与压力传感器7和位移传感器5电连接,用于将接收到的压力数据信号和位移数据信号转换成相应的电信号;数据分析模块,数据分析模块用于将电信号转换成压力数据和位移数据,并计算钢弹簧4的实时刚度值;显示屏,显示屏用于实时显示压力数据、位移数据、钢弹簧的实时刚度值以及设定阈值。
具体地,数据采集板卡将接收到的压力数据信号和位移数据信号进行调理、放大,转换成相应的电信号进行采集,并将采集的电信号发送至数据分析模块。数据分析模块将数据采集板卡发送的电信号转换成压力数据和位移数据,并计算钢弹簧4的实时刚度值。钢弹簧4的实时刚度值通过以下公式计算:
其中,Kt为t时刻的钢弹簧刚度值,Pt+1与xt+1分别为t+1时刻的压力数据与位移数据,pt与xt分别为t时刻的压力数据与位移数据。
进一步地,数据分析模块还将钢弹簧4的实时刚度值与钢弹簧4出厂时的刚度值进行对比以计算刚度退化系数,刚度退化系数通过以下公式计算:
其中,Dt为钢弹簧的刚度退化系数,K0为钢弹簧出厂时的刚度值。
将钢弹簧4的刚度退化系数与表1进行对比,获得钢弹簧4的服役状态,当达到需要更换的状态时,可及时进行更换。
表1钢弹簧服役状态评价表
刚度退化系数 | 服役状态评价 | 建议操作 |
1.0 | 优秀 | 无需操作 |
0.98 | 良好 | 无 |
0.95 | 一般 | 需关注 |
0.92 | 较差 | 需要重点关注或更换 |
0.90 | 差 | 必须更换 |
在本发明的一个实施例中,数据分析模块还用于对压力传感器7和位移传感器5的采集时段进行设定,以使压力传感器7和位移传感器5在设定的采集时段采集多组压力数据信号和位移数据信号。
具体地,例如:设定每天固定的时间段进行数据采集,如选取早高峰时段(如7:30至8:00),中午平峰时段(如13:30至14:00),晚高峰时段(如18:30至19:00),每个监测时间段需保证至少5辆车通过监测点的时间长度,采样频率设置为500Hz,压力传感器7和位移传感器5需在同一个监测终端进行,以保证同频率采集。
在本发明的一个实施例中,数据分析模块还用于响应于钢弹簧4的实时刚度值超过设定阈值而进行预警。
具体地,显示屏可实时显示压力数据信号、位移数据信号、钢弹簧4的实时刚度值以及设定的实时刚度值的阈值,当钢弹簧4的实时刚度值超过设定的阈值时,显示屏上显示预警,利于工作人员及时发现并排查。
本发明实施例提供的浮置板道床钢弹簧服役状态监测与评价的***,选取的压力传感器7和位移传感器5具有较高的监测频率,可满足一般列车60Hz左右的自振频率,确保在一个振动周期内,可以监测到5个以上的数据,确保实时计算数值的可靠性。同时将每次监测的数据进行记录保存,形成一系列数据,可通过大数据分析,获得地铁全线不同位置钢弹簧4的刚度退化发展趋势,为既有线路轨道维修提供指导,也为新线的铺设提供参考。
参照图1,在本发明的一个实施例中,压力传感器7的下部设置有压力传感器底板8和基座9。具体地,在安装压力传感器7之前,先在基座9和压力传感器底板8上打孔,并将压力传感器7与压力传感器底板8和基座9通过膨胀螺栓固定。外套筒2套设在内套筒3的外部。
本发明实施例还提供了一种浮置板道床钢弹簧服役状态监测与评价的方法,包括以下步骤:
S01:安装监测与评价***;
S02:设置压力传感器和位移传感器的监测时段;
S03:提取监测时段内的压力数据信号和位移数据信号;
S04:处理压力数据信号和位移数据信号,并计算钢弹簧的实时刚度值和刚度退化系数;
S05:对刚度退化系数进行对比分析和评价。
在本发明的一个实施例中,浮置板道床钢弹簧服役状态监测与评价的方法还包括:响应于钢弹簧的实时刚度值超过设定阈值进行预警。
具体地,选择已经运营的地铁线路进行钢弹簧服役状态监测与评价,可选择重点关注区域、人员难以到达的区域与易损区域的浮置板道床内的钢弹簧进行监测,以达到经济性。具体按照以下步骤进行安装与测试。
安装阶段,选择地铁线路中振动较大的区域安装检测装置。在浮置板道床1中打开浮置板,取出外套筒2和内套筒3,按照图1所示安装压力传感器7和位移传感器5,放入内套筒3和外套筒2,关闭浮置板,并调整浮置板的高度至合适位置。同时将压力传感器7和位移传感器5与监测装置连接。
将压力传感器7和位移传感器5调零。设定压力传感器7和位移传感器5的采集时段。如将每天固定的时间段设定为数据采集时段,如具体设定为:早高峰时段(如7:30至8:00),中午平峰时段(如13:30至14:00),晚高峰时段(如18:30至19:00)。
提取监测时段内的压力数据信号和位移数据信号,并将压力数据信号和位移数据信号调理、放大转化成相应的电信号,进而将电信号转化成压力数据和位移数据,并根据以下公式计算钢弹簧4的实时刚度值:
其中,Kt为t时刻的钢弹簧刚度值,pt+1与xt+1分别为t+1时刻的压力数据与位移数据,pt与xt分别为t时刻的压力数据与位移数据。
将钢弹簧4的实时刚度值与钢弹簧出厂时的刚度值进行对比以计算钢弹簧4的刚度退化系数,刚度退化系数通过以下公式计算:
其中,Dt为钢弹簧的刚度退化系数,K0为所述钢弹簧出厂时的刚度值。
将钢弹簧4的刚度退化系数与表1中的数据进行对比,进而获得钢弹簧4的服役状态,并对此服役状态进行评价,工作人员可根据评价结果对钢弹簧进行相应的关注或更换。
进一步地,还可对钢弹簧4的实时刚度值设定预警阈值。例如,将钢弹簧4较差时的服役状态设置为预警状态,根据服役状态为较差时所对应的刚度退化系数,利用刚度退化系数计算公式可计算出钢弹簧4的实时刚度值,将此实时刚度值设定为预警阈值,当钢弹簧4的实时刚度值超过此设定阈值时,显示屏显示预警,说明此时钢弹簧4需要重点关注或更换,此时,工作人员可进行相应的排查,找出问题钢弹簧4。
本发明实施例提供的浮置板道床钢弹簧服役状态监测与评价的方法,钢弹簧服役状态的监测速度快,实时就能给出监测点的钢弹簧服役状态,并给予评价,同时无需人工值守,各时段自行监测,自动化程度高,当钢弹簧的实时刚度值超过设定阈值时,则会自动预警,使工作人员及时发现并排查。本发明实施例提供的浮置板道床钢弹簧服役状态监测与评价的方法属于动态监测,其监测参数可随时调整,包括监测频率,监测时段等,完全满足样本数量,确保监测结果的准确性。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种浮置板道床钢弹簧服役状态监测与评价的***,其特征在于,包括:
压力传感器,所述压力传感器用于对设置在其上方的钢弹簧进行压力检测;
位移传感器,所述位移传感器的顶端与所述钢弹簧的顶端平齐且用于对所述钢弹簧的位移进行检测;
监测装置,所述监测装置分别与所述压力传感器和所述位移传感器电连接,以对接收到的压力数据信号和位移数据信号进行处理、计算和分析,由此对所述钢弹簧的服役状态进行评价。
2.根据权利要求1所述的浮置板道床钢弹簧服役状态监测与评价***,其特征在于,所述监测装置包括:
数据采集板卡,所述数据采集板卡与所述压力传感器和所述位移传感器电连接,用于将接收到的所述压力数据信号和所述位移数据信号转换成相应的电信号;
数据分析模块,所述数据分析模块用于将所述电信号转换成压力数据和位移数据,并计算钢弹簧的实时刚度值。
5.根据权利要求2所述的浮置板道床钢弹簧服役状态监测与评价的***,其特征在于,所述数据分析模块还用于响应于所述钢弹簧的实时刚度值超过设定阈值而进行预警。
6.根据权利要求2所述的浮置板道床钢弹簧服役状态监测与评价的***,其特征在于,所述数据分析模块还用于对所述压力传感器和所述位移传感器的采集时段进行设定,以使所述压力传感器和所述位移传感器在设定的采集时段采集多组所述压力数据信号和所述位移数据信号。
7.根据权利要求5所述的浮置板道床钢弹簧服役状态监测与评价的***,其特征在于,所述监测装置还包括:
显示屏,所述显示屏用于实时显示所述压力数据信号、所述位移数据信号、所述钢弹簧的实时刚度值以及所述设定阈值。
8.根据权利要求1所述的浮置板道床钢弹簧服役状态监测与评价的***,其特征在于,还包括:
垫板,所述压力传感器安装在所述垫板的底部,所述位移传感器安装在所述垫板的顶部。
9.一种利用权利要求1-8中任一项所述的浮置板道床钢弹簧服役状态监测与评价的***进行监测与评价的方法,其特征在于,包括:
安装监测与评价***;
设置所述压力传感器和所述位移传感器的监测时段;
提取所述监测时段内的所述压力数据信号和所述位移数据信号;
处理所述压力数据信号和所述位移数据信号,并计算钢弹簧的实时刚度值和刚度退化系数;
对所述刚度退化系数进行对比分析和评价。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,还包括:
响应于所述钢弹簧的实时刚度值超过设定阈值进行预警。
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