基于多中点弦同步测量的轨道波浪形磨耗快速检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种基于多弦测量的轨道波浪形磨耗快速检测方法，其直接应用于铁 路轨道日常维护中波浪形磨耗的检测。
【背景技术】
[0002] 钢轨波浪形磨耗（简称"波磨"）广泛存在于各种铁路轨道线路中，是机车运行时 产生震动和噪声的激扰源，影响机车的使用寿命及乘坐的舒适性，严重时还可能导致列车 出轨，造成生命财产的巨大损失。通过对各种轨道的波磨进行观察和测量表明轨道波磨存 在着普遍规律：同一处轨道的波磨频率基本一致，且维持一定里程，形态W正弦或准正弦为 主，波长范围在50mm-300mm之间，波磨形成的初期就必须加W修复，否则将会随时间逐渐 加速恶化。因此，如何对波磨进行检测成为轨道波磨病害防治的关键问题。
[0003] 国内外对钢轨波磨的检测方法之一是惯性法，利用加速度计的惯性基准， 通过对得到的大型轨检列车轴箱加速度信号进行二次积分获取不平顺值，如：英国 Railmeasurement公司研制的RCA波磨分析车、我国钢轨波浪磨耗动态检测系统RCIU-I等。 该方法的检测精度最高能达到微米级，但其设备成本非常高，在轨道日常人工巡检中不太 适用。另一种更为常见的检测方法是平直尺，如HYGP-3钢轨平直度测量仪等。其测量原理 简单，但操作者劳动强度大且测量效率低下。
[0004]目前，基于中点弦的轨道检查小车在各个铁路工务段被广泛使用，能够实现轨道 几何状态的连续快速测量，其基本原理见下式： 阳0化]
[0006] 其中A为测量值，L表示小车前后走行轮构成的测量弦长，FOO表示轨道不平顺 函数。中点弦测方法有个固有的缺陷，即当L为FOO波长的偶数倍时，A测量值为0,不能 完成期待的测试任务，因此该类小车主要用于测量FOO波长较长的轨道几何状态，也就是 说，基于中点弦的轨道检查小车由于原理所限不能准确测量FOO波长较短的轨道波磨。鉴 于轨道波磨病害的重要性，探索研究一种快速，低成本，准确的铁路轨道波磨检测方法既是 铁路几何状态检测理论上的创新，亦是工程需要。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是克服现有技术的不足，提出基于多中点弦同步测量的轨道波浪形 磨耗快速检测方法。
[0008] 本发明是通过W下技术方案实现的。
[0009] (1)在现有的轨道检查小车测量弦中点测头两侧对称添加n对同步测头，各个测 头能够同时接触轨道表面。轨道检查小车"前后走行轮+中点测头"组成主弦，"每一对同 步测头+中点测头"组成一组同步弦。
[0010] 所述中点测头及添加的n对同步测头采用同一信号触发采样，实现各测头的同步 测量。
[0011] (2)确定测头对数量n及相互之间的距离Li:
[0012] 根据多中点弦幅频响应函数（如下式） 巧
[001 引迸i/似)=:(1 -怎辦(死./ 乂)) + 么 1 -c.o:s(巧為./ 义'(过 /二I.
[0014] 计算入在50mm-300mm之间变化，选择不同的n值及L准时得到的H。（W)序列Xj 的方差S2,计算公式如下式： 到
舶：
[OOW式（a)中n表示添加同步头对的数量，入表示轨道波磨的波长，Li表示第1对 同步测头之间的长度，L。表示前后走行轮之间的长度。式化）中S2表示H"(?)序列的方差 值，X,表示H。（W)序列中第j点的计算值，X表示H。（W)序列中所有点的均值，k表示所得 Hn(CO)序列的总长度。
[0017] 对得到的不同n值及Li值时的S2进行分析，取S2最小时的n值、L。值及L1值作 为添加测头的数量、前后走行轮之间的长度及第i对同步测头之间的长度。 阳〇1引 （3)轨道波磨幅值计算
[0019] 把主弦及各同步弦在同一轨道测量点的测量值相加，得到多中点弦测值之和序列 X狂)。根据中点弦测模型基本原理，当轨道波磨具有波长A时，多中点弦测值之和序列 5：狂）同样具有波长A，对5：狂）运用数学变换可找出波长A。所述数学变换包括小波变 换，傅立叶变换，奇异值分解，经验模态分解W及上述方法的加速算法。
[0020] 把确定的前后走行轮之间的长度L。、添加同步测头对的数量n，i对同步测头之间 的长度Li、通过数学变换计算得到的轨道波磨波长A，带入（a)式得到町（《)的唯一值6， 把多中点弦测值之和序列S狂）中的每个值除W6则可计算出当前轨道波磨的幅值。
[0021] 本发明所述算法是自动计算，或者是手动计算。
[0022] 本发明在现有轨道检查仪的技术方案基础上添加了多对同步测头W实现对轨道 波磨的快速测量，该方法克服了现有轨道检查小车不能准确检测轨道波磨的缺陷，测量与 解算效率高，适合铁路轨道波磨病害的发现与轨道不平顺的日常养护。
【附图说明】
[0023] 图1为轨道检查小车测头安装图； 阳024] 图中：1为1对同步测头，2为前后走行轮，3为中点侧头，4为轨道检查小车，5为 具有波浪形磨耗的轨道；
[0025]图2为基于多中点弦同步测量的轨道波浪形磨耗快速检测方法的算法流程。【具体实施方式】
[00%] 本发明将通过W下实施例结合附图1作进一步说明。
[0027] 在轨道检查小车4中点测头3两侧添加一对同步测头1，即n= 1，则根据式（a) 可得到添加一对同步测头后形成的双中点弦幅频响应函数（C)。
[002引 Hi(CO)二 2-COS(JTLq/A)-COS(JTLi/A) (C)
[0029] 根据公式（C)改变L。和L1的值计算得到H1 (O)在波长A为50mm-300mm之间变 化时的序列，对各组响应函数序列运用式化）计算它们的方差S2,取S2最小时的L1=667mm值作为添加的一对同步测头1之间的长度；L。= 750mm值作为前后走行轮2所构成的主弦 长度。使用添加了一对同步测头的双中点弦轨道检查小车4在具有波浪形磨耗的轨道5上 推行测量，获得实测轨道波磨的双中点弦测值之和序列S狂)，对5：狂）进行数学变换得到 其波长A。根据确定的n，U，Li，当前轨道波磨波长A带入（C)计算得到Hi(CO)的唯一值 6，把双中点弦测值之和X狂）序列中的每个值除W6即可计算出当前轨道波磨的幅值。
【主权项】
1. 一种基于多中点弦同步测量的轨道波浪形磨耗快速检测方法，其特征是： (1) 在现有的轨道检查小车测量弦中点测头两侧对称添加n对测头，各个测头能够同 时接触轨道表面；轨道检查小车"前后走行轮+中点测头"组成主弦，"每一对同步测头+中 点测头"组成一组同步弦； (2) 确定测头对数量n及相互之间的距离L1: 根据多中点弦幅频响应函数（如下式）计算A在50mm-300mm之间变化，选择不同的n值及Li值时得到的Hn(〇)序列Xj的 方差S2,计算公式如下式：式（a)中n表示添加同步测头对的数量，A表示轨道波磨的波长，L1表示第i对同步 测头之间的长度，L。表示前后走行轮之间的长度；式（b)中S2表示Hn(c〇)序列的方差值，Xj 表示Hn (?)序列中第j点的计算值，X表示Hn (?)序列中所有点的均值，k表示所得Hn (?) 序列的总长度； 对得到的不同n值及L1值时的S2进行分析，取S2最小时的n值、L。值及L^直作为添 加测头的数量、前后走行轮之间的长度及第i对同步测头之间的长度。 (3) 轨道波磨幅值计算 把主弦及各同步弦在同一轨道测量点的测量值相加，得到多中点弦测值之和序列S(X)，根据中点弦测模型基本原理，当轨道波磨具有波长A时，多中点弦测值之和序列 S(X)同样具有波长A;对5： (X)运用数学变换可找出波长入； 把确定的前后走行轮之间的长度L。、各同步弦的数目n，各对同步弦同步测头之间的长 度1^、通过数学变换计算得到的轨道波磨波长A，带入（a)式得到Hn(Co)的唯一值6,把 多中点弦测值之和序列S(X)中的每个值除以6则可计算出当前轨道波磨的幅值。2. 根据权利要求1所述的基于多中点弦同步测量的轨道波浪形磨耗快速检测方法，其 特征是：所述中点测头及添加的n对同步测头采用同一信号触发采样，实现各测头的同步 测量。3. 根据权利要求1所述的基于多中点弦同步测量的轨道波浪形磨耗快速检测方法，其 特征是：所述数学变换包括小波变换，傅立叶变换，奇异值分解，经验模态分解以及上述方 法的加速算法。
【专利摘要】基于多中点弦同步测量的轨道波浪形磨耗快速检测方法，包括：确定用于检测轨道波磨的测头数目及测量弦长的方法；多个测头数据采集的方法；基于多中点弦的轨道波磨值复原方法。本发明基于现有的轨道检查仪能够快速的检测轨道偏差的能力，改造现有轨道检查仪的结构和检测算法，以获取轨道波磨量值，该方法成本低，效果好，测量与解算效率高，适合轨道工务中对波浪型磨耗的快速检测。
【IPC分类】B61K9/08
【公开号】CN105128888
【申请号】CN201510531711
【发明人】陶捷, 朱洪涛, 殷华
【申请人】江西日月明测控科技股份有限公司
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年8月27日