CN202400107U - 铁路轨道动态检测钢轨侧面磨耗检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种铁路轨道动态检测钢轨侧面磨耗的检测装置。该装置包括信号检测采集部分、电源和信号处理部分，信号检测采集部分包括传感器，信号处理部分包括数据处理设备，其中，电源为整个装置供电，信号检测采集部分位于机车底部，电源和信号处理设备位于机车车内，信号检测采集部分的输入输出端分别与电源的正、负极连接，信号检测采集部分的输出端还直接与数据处理设备相连，传感器对有效参数进行检测、采集、转换成数据信号，直接输出到数据处理设备，数据处理设备对数据信号进行分析、计算，从而实时得出钢轨侧面磨耗的状态。本实用新型结构简单、提高了钢轨侧面磨耗检测的效率和精度。

Description

铁路轨道动态检测钢轨侧面磨耗检测装置

技术领域

本实用新型涉及铁路轨道动态检测领域，尤其涉及一种铁路轨道动态检测钢轨侧面磨耗检测装置。 

背景技术

铁路的状况与安全性密切相关，特别是对于高速铁路显得更加重要。轨道的定期检测对于铁路运输的合理计划和低成本维护是非常重要的：一方面，在轨道磨损和变形早期阶段，进行轨道检测有助于制定合理的铁路维护时间表，避免危险状况的出现；另一方面，有效的轨道检测将为轨道从周期性检测向状态检修转变奠定基础，使有限的人力和仪器设备资源得到很好的利用，有效节约轨道维护成本。 

近年来，随着铁路提速和重载运输的不断发展，加上客货运量和行车密度的不断增加，钢轨磨耗问题也日益严重。这样不仅加剧了轨道结构部件的损坏和轨道状况的恶化，导致较高的铁路运输成本，还直接影响到铁路运输安全。钢轨使用寿命和周期是衡量线路运行条件及运行状况的重要依据,而起决定作用的因素之一就是钢轨磨耗。钢轨磨耗是由于轮轨接触摩擦、导向及冲击做功等引起的钢轨断面损失。钢轨磨耗主要有侧面磨耗、垂直磨耗、鞍型磨耗和波浪型磨耗。钢轨磨耗主要是指钢轨的侧面磨耗和波浪形磨耗。至于垂直磨耗一般情况下是正常的，随着轴重和通过总重的增加而增大。如果轨道几何形位设置不当，会使垂直磨耗速率加快，这是要防止的，可通过调整轨道几何尺寸解决。 

目前，对钢轨磨耗的测量很多时候都是依靠手工测量，用专用卡尺人工抽 样检测其断面损耗。这种方式需人工记录和收集检测数据，并通过数据整理后才能得到钢轨磨耗的数据，效率低，耗费大量人力物力，而且具有高度的危险性。此外，由于在测量中不可避免的引入了测量者的人为因素，直接影响了测量的精度和可靠性。 

现有技术中，申请号为200710176249.6，发明名称为“一种钢轨磨耗综合参数车载动态测量装置及方法”的中国专利申请中，公开了一种基于光栅结构的激光视觉传感器测量钢轨磨耗的装置及方法。请参考图1，该装置包括视觉传感器、计算机、里程计，计算机内装有高速图像采集卡和测量模块，视觉传感器包括钢轨断面成像***和光栅投射器。该装置在钢轨磨耗测量过程中，要求激光视觉传感器所投射的水平光面垂直于钢轨纵轴轴线，由于激光视觉传感器安装在列车底部，随着列车运行时的振动会造成激光视觉传感器投射出的光平面与钢轨纵轴轴线不垂直，造成钢轨磨耗测量精度低。 

本实用新型提供一种智能化、易安装、通用性强、结构简单的轨道侧面磨耗检测装置，可实现在线实时地对轨道侧面磨耗进行检测，计算方便、精度高且耗时短，可根据钢轨侧面磨耗状况与行车里程数对应，定期对铁路进行维护评估，节约铁路维护成本，满足高速电气化电路发展的需要。 

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷或不足，提供一种智能化、易安装、通用性强、结构简单的轨道侧面磨耗检测装置，该装置运行稳定、抗干扰能力强，精度高且耗时短，可实现在线实时地对轨道侧面磨耗状况进行检测，根据钢轨侧面磨耗状况与行车里程数对应关系，定期对铁路进行维护评估，节约铁路维护成本。 

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供一种铁路轨道动态 检测钢轨侧面磨耗的检测装置，该装置包括信号检测采集部分、电源和信号处理部分，其特征在于，信号检测采集部分包括传感器，信号处理部分包括数据处理设备，其中，电源为整个装置供电，传感器对有效参数进行检测、采集、转换成数据信号，直接输出到数据处理设备，数据处理设备对数据信号进行分析、计算，从而实时得出钢轨侧面磨耗的状态。 

进一步的，所述信号检测采集部分位于机车底部，电源和信号处理部分位于机车车内，信号检测采集部分的输出端直接与数据处理设备相连。 

进一步的，所述信号检测采集部分的输出信号包括含有横截面图形信息的数据信号。 

进一步的，所述传感器包括视觉传感器。 

进一步的，所述视觉传感器包括轮廓传感器，安装在机车底部的转向架位置。 

进一步的，所述轮廓传感器包括左激光2D轮廓传感器和右激光2D轮廓传感器，其中，左激光2D轮廓传感器和右激光2D轮廓传感器分别安装在同一转向架的左右两端。 

进一步的，所述左激光2D轮廓传感器和右激光2D轮廓传感器的安装位置与转向架下的左轨、右轨形成一定角度。 

进一步的，所述左激光2D轮廓传感器和右激光2D轮廓传感器的安装位置包括：分别以水平地面和左轨、右轨纵轴轴线为基准，左激光2D轮廓传感器位于左轨的右上方，与水平方向形成的角度范围为0～90度；右激光2D轮廓传感器位于右轨的左上方，与水平方向形成的角度范围为270～360度，左激光2D轮廓传感器和右激光2D轮廓传感器用于扫描钢轨的顶面图形。 

本实用新型的有益效果是，在不改变原有车辆底部环境的情况下，安装本 检测装置，在车辆运行过程中，传感器对有效参数进行检测、采集、转换成数据信号，直接输出到处理设备，处理设备通过软件对数据信号进行分析、计算，从而实时得出钢轨侧面磨耗的状态。该装置智能化程度高、易安装、通用性强、结构简单、抗干扰能力强、精度高且耗时短，可实现在线实时地对钢轨侧面磨耗进行检测，根据钢轨侧面磨耗状况与行车里程数对应关系，定期对铁路进行维护评估，节约铁路维护成本，能满足高速电气化电路发展的需要。 

附图说明

下面根据附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。 

图1为现有技术中钢轨磨耗检测装置原理图； 

图2为本实用新型的检测装置原理框图； 

图3为本实用新型的检测装置安装示意图； 

图4为激光2D轮廓传感器工作原理图。 

具体实施方式

图1为现有技术中公开的钢轨磨耗检测装置原理图。该装置包括视觉传感器、计算机、里程计，计算机内装有高速图像采集卡和测量模块，视觉传感器包括钢轨断面成像***1和光栅投射器2。钢轨断面成像***1包括高速工业电荷耦合器件摄像机101、滤光装置102和遮光装置103，光栅投射器包括半导体激光器201和光学***202组成。 

图2为本实用新型铁路轨道动态检测钢轨侧面磨耗检测装置的原理框图。如图2所示，该装置包括信号检测采集部分、电源和信号处理部分，其特征在于，信号检测采集部分包括传感器，信号处理部分包括数据处理设备，其中，电源为整个装置供电，传感器对有效参数进行检测、采集、转换成数据信号，直接输出到数据处理设备，数据处理设备通过软件对数据信号进行分析、计算， 从而实时得出钢轨侧面磨耗的状态。 

其中，信号检测采集部分位于机车底部，电源和信号处理部分位于机车车内，信号检测采集部分的输入输出端分别与电源的正、负极连接，信号检测采集部分的输出端还直接与处理设备相连。所述信号检测采集部分包括视觉传感器，其输出是将视觉传感器检测到的被测物横截面图形信息转换成数据信号。所述视觉传感器包括轮廓传感器。 

所述数据处理设备包括电脑及安装在电脑上的软件程序，用于对传感器输出的数据信号进行分析。 

图3为本实用新型铁路轨道动态检测钢轨侧面磨耗检测装置的安装示意图。图3示出的主要是位于机车底部的传感器安装示意图。传感器包括左激光2D轮廓传感器301和右激光2D轮廓传感器302，传感器由位于车体内的电源进行供电，左激光2D轮廓传感器301和右激光2D轮廓传感器302的输入输出端分别与电源的正、负极相连接，输出端还与位于车内的处理设备直接相连。 

其中，左激光2D轮廓传感器301和右激光2D轮廓传感器302安装在车底转向架位置，进一步的，左激光2D轮廓传感器301和右激光2D轮廓传感器302分别安装在同一转向架的左右两端；进一步的，所述左激光2D轮廓传感器301和右激光2D轮廓传感器302的安装位置与转向架下的左轨303、右轨304存在一定角度；进一步的，所述左激光2D轮廓传感器301和右激光2D轮廓传感器302的安装位置包括：分别以水平地面和左轨303、右轨304纵轴轴线为基准，左激光2D轮廓传感器301位于左轨303的右上方，与水平方向形成的角度范围为0～90度；右激光2D轮廓传感器302位于右轨304的左上方，与水平方向形成的角度范围为270～360度，左激光2D轮廓传感器301和右激光2D轮廓传感器302用于扫描钢轨的顶面图形。 

图4为激光2D轮廓传感器工作原理图。如图4所示该传感器工作是基于光学三角测量原理。半导体激光发生器401发出的光，经透镜402形成X平面光幕，并在物体407上形成一条轮廓线403，镜片404收集被物体反射回来的光并将其投影到一个二维CMOS阵列405,这样形成的目标物体剖面图形被信号处理器406分析处理，轮廓线的长度用X轴计量，轮廓线的高低用Z轴计量。采取三角测量法的激光位移传感器最高线性度可达1um，分辨率更是可达到0.1um的水平，加上激光测量的速度快，时间短，可实时进行数据检测，可以得出被测物体轮廓表面的变化情况。 

为了对铁轨磨耗状况分析并且对必要的维修工作进行估价，机车在转向架位置安装多个激光轮廓传感器，以标准速度运行，每隔一段距离记录测量数据，与电脑储存的标准数据对比，得出钢轨磨耗情况，根据测得的铁轨磨耗状况与里程标对应，可得出钢轨磨耗与里程的关系，制定合理的铁路维护时间，从而保证铁路的安全运行，节约了铁路维护成本。 

激光2D轮廓传感器可以快速测量整个剖面，而不是几个有限的测量点，能更全面、精确的反映轨道表面轮廓情况，尤其适合精度及速度要求都很高的在线测量***。采用激光2D轮廓传感器主要优点如下： 

-快速、全面、高精度测量 

-轨道轮廓条件的评估和即时诊断 

-便于安装，测量简单 

-轨道轮廓情况进行记录和质量评价，而非仅对一些测量点进行控制 

-重量轻，便携，操作简单 

-无可移动部件，寿命更长，维护成本更低 

本实施例中处理设备包括电脑及安装在电脑上的软件程序。激光2D传感器 对有效参数进行检测、采集、转换成数据信号，直接输出到处理设备，处理设备通过软件对数据信号进行分析，从而实时得出钢轨侧面磨耗的状态。 

本实用新型在不改变原有车辆底部环境的情况下，安装本检测装置，在车辆运行过程中，传感器对有效参数进行检测、采集、转换成数据信号，直接输出到处理设备，处理设备通过软件对数据信号进行分析、计算，从而实时得出钢轨侧面磨耗的状态。该装置智能化程度高、易安装、通用性强、抗干扰能力强、精度高且耗时短，可实现在线实时地对钢轨侧面磨耗进行检测，根据钢轨侧面磨耗状况与行车里程数对应关系，定期对铁路进行维护评估，节约铁路维护成本，满足高速电气化电路发展的需要。 

上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。 

Claims (8)

1.一种铁路轨道动态检测钢轨侧面磨耗的检测装置，该装置包括信号检测采集部分、电源和信号处理部分，其特征在于，信号检测采集部分包括传感器，信号处理部分包括数据处理设备，其中，电源为整个装置供电，传感器对有效参数进行检测、采集、转换成数据信号，直接输出到数据处理设备，数据处理设备对数据信号进行分析、计算，从而实时得出钢轨侧面磨耗的状态。

2.根据权利要求1所述的检测装置,其特征在于，所述信号检测采集部分位于机车底部，电源和信号处理部分位于机车车内，信号检测采集部分的输出端直接与数据处理设备相连。

3.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述信号检测采集部分的输出信号包括含有横截面图形信息的数据信号。

4.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述传感器包括视觉传感器。

5.根据权利要求4所述的检测装置，其特征在于，所述视觉传感器包括轮廓传感器，安装在机车底部的转向架位置。

6.根据权利要求5所述的检测装置，其特征在于，所述轮廓传感器包括左激光2D轮廓传感器和右激光2D轮廓传感器，其中，左激光2D轮廓传感器和右激光2D轮廓传感器分别安装在同一转向架的左右两端。

7.根据权利要求6所述的检测装置，其特征在于，所述左激光2D轮廓传感器和右激光2D轮廓传感器的安装位置与转向架下的左轨、右轨形成一定角度。

8.根据权利要求7所述的检测装置，其特征在于，所述左激光2D轮廓传感器和右激光2D轮廓传感器的安装位置包括：分别以水平地面和左轨、右轨纵轴轴线为基准，左激光2D轮廓传感器位于左轨的右上方，与水平方向形成的角度范围为0～90度，右激光2D轮廓传感器位于右轨的左上方，与水平方向形成 的角度范围为270～360度，左激光2D轮廓传感器和右激光2D轮廓传感器用于扫描钢轨的顶面图形。 

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