专利名称：一种钢轨扣件松脱检测方法
技术领域：
本发明涉及轨道安全技术领域，特别涉及一种钢轨扣件松脱检测方法。
背景技术：
在列车高速行驶过程中，钢轨剧烈的振动极易导致扣件出现螺栓松动或弹条疲劳断裂现象，而一个扣件的松脱往往会诱发周边扣件的松脱，加剧轨道动态不平顺度，进而造成严重的列车脱轨隐患。直到现在，无论是国外还是国内，相关的防范措施完全依靠人工巡道和定期全紧。其中，定期全紧完全是迫不得已的权宜之计，而平常时段轨道的安全性则完全依赖于极易发生漏检现象的人工巡道方法。为此，人们长期以来一直都在积极地寻找一种能自动、高效而准确地检测出沿线上所有松脱扣件的检测方法，但至今都没有取得实质性突破。在国际上已经公开的研究成果中，相比而言研究成果较为显著的方法有:光学图像识别方法和固有频率识别方法。其中光学图像识别技术模拟人眼对扣件松脱与否进行识另O，该方法由于未涉及到事物本质，即扣件松脱对应的是钢轨动力学属性或声学属性的改变，因而该方法易产生漏检；至于固有频率识别技术，它基于扣件松脱后会改变结构固有频率而进行识别，但固有频率对扣件松脱的灵敏度很低使得该方法亦难以实施。
发明内容
(一 )要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是:如何提供一种钢轨扣件松脱检测方法，以便提高检测效率和检测精度。
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( 二 )技术方案为解决上述技术问题，本发明提供一种钢轨扣件松脱检测方法，其包括步骤:A:敲击装置沿钢轨线路移动，同时按照预定时间间隔对钢轨进行连续地敲击；B:信号采集装置在所述敲击装置后方，并且与所述敲击装置保持预定距离移动，同时不间断地采集钢轨受到敲击后的余振信号；C:根据所述余振信号得到钢轨的三维频谱图，进而通过所述三维频谱图中第二预定频段处幅值的突变情况识别出扣件松脱的位置以及松脱的程度。优选地，所述步骤A中，所述敲击装置在钢轨上的敲击落点为钢轨的上表面的外侧。优选地，所述步骤A中，所述预定时间间隔能够保证，在对钢轨进行后一次敲击时，前一次敲击对钢轨产生的振动能量的至少50%已经被自由衰减。优选地，所述步骤A中，两个相邻扣件之间至少敲击一次。优选地，所述步骤B中，所述预定距离为d并且其满足L-e彡d彡L+e ;其中，L表示相邻两个扣件之间的距离；e表示轨枕的宽度；所述钢轨通过所述扣件固定在所述轨枕上。
优选地，所述步骤B中，所述信号采集装置在所述钢轨的上表面的内侧区域采集所述余振信号。优选地，所述步骤B中，所述信号采集装置采用接触式或者非接触式信号采集方法采集所述余振信号。优选地，所述敲击装置的敲击点以及所述信号采集装置的信号采集点，与钢轨上其它承载车轮之间的距离不小于两个相邻扣件之间距离的2倍。优选地,所述步骤C具体包括步骤:Cl:根据所述余振信号得到钢轨的三维频谱图；C2:根据所述三维频谱图，以及钢轨弯曲振型或模态特性，通过所述三维频谱图在第一预定频段处幅值的周期性变化规律得到各个扣件的位置；C3:根据所述三 维频谱图，以及钢轨扭转传递函数特性，通过所述三维频谱图在第二预定频段处幅值的突变情况识别出扣件松脱的位置以及松脱的程度。(三)有益效果本发明所述钢轨扣件松脱检测方法，为无损检测方法，其采用敲击和采集余振信号等方式获得钢轨的三维频谱图，进而对扣件松脱位置进行定位，能够快速、准确地对钢轨扣件松脱位置进行定位。
图1是本发明实施例所述钢轨扣件松脱检测方法流程图；图2是本发明实施例所述钢轨扣件松脱检测方法示意图；图3是本发明实施例所述方法对扣件定位的效果图；图4是本发明实施例所述方法对扣件松脱位置进行定位的效果图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。图1是本发明实施例所述钢轨扣件松脱检测方法流程图；图2是本发明实施例所述钢轨扣件松脱检测方法示意图。如图1、图2所示，所述方法包括:步骤A:敲击装置沿钢轨线路移动，同时按照预定时间间隔对钢轨进行连续地敲击。所述敲击装置在钢轨上的敲击落点为钢轨的上表面的外侧，即图2中被斜线填充的敲击区域。所述预定时间间隔能够保证，在对钢轨进行后一次敲击时，前一次敲击对钢轨产生的振动能量的至少50%已经被自由衰减。并且，敲击过程还要保证两个相邻扣件(沿钢轨长度方向上相邻的两个扣件)之间至少敲击一次。步骤B:信号采集装置在所述敲击装置后方，并且与所述敲击装置保持预定距离移动，同时不间断地采集钢轨受到敲击后的余振信号。如图2所示，沿敲击装置的行进方向，信号采集点位于敲击点的后方，并且所述信号采集装置与所述敲击装置保持预定距离d，所述预定距离d满足L-e≤d≤L+e ;其中，L表示相邻两个扣件(沿钢轨长度方向上相邻的两个扣件)之间的距离^表示轨枕的宽度；所述钢轨通过所述扣件固定在所述轨枕上。所述信号采集装置在所述钢轨的上表面的内侧区域(即图2中信号采集区域)，采用接触式或者非接触式信号采集方法采集所述余振信号。所述余振信号即所述钢轨受到敲击后产生的自由衰减的振动信号。所述信号采集装置可以为速度、加速度或者位移传感器。步骤C:根据所述余振信号得到钢轨的三维频谱图，进而通过所述三维频谱图中第二预定频段处幅值的突变情况识别出扣件松脱的位置以及松脱的程度。所述步骤C具体包括:步骤Cl:根据所述余振信号得到钢轨的三维频谱图。步骤C2:根据所述三维频谱图，以及钢轨弯曲振型或模态特性，通过所述三维频谱图在第一预定频段处幅值的周期性变化规律得到各个扣件的位置。图3是本发明实施例所述方法对扣件定位的效果图，如图3所示，图中周期性出现的功率谱密度接近为O的区域即为扣件所在位置。步骤C3:根据所述三维频谱图，以及钢轨扭转传递函数特性，通过所述三维频谱图在第二预定频段处幅值的突变情况识别出扣件松脱的位置以及松脱的程度。图4是本发明实施例所述方法对扣件松脱位置进行定位的效果图，如图4所示，其中虚线所围区域即扣件松脱的位置。所述步骤C2中通过对所有扣件进行定位，并对每个扣件进行编号，便于后续步骤C3中对扣件松脱位置进行定位，即对照图3可以快速得到图4中出现松脱的扣件的编号，进而对扣件松脱位置进行准确定位。需要说明的所述敲击装置的敲击点以及所述信号采集装置的信号采集点，与钢轨上其它承载车轮(即用于实施该检测方法的装置的车轮之外的车轮)之间的距离不小于2L，以免其它承载车轮影响钢轨的振动。所述第一预定频段和第二预定频段可以根据实验获得，两者均会随钢轨型号、扣件型号、扣件间距不同而变化。本发明实施例所述钢轨扣件松脱检测方法，为无损检测方法，其采用敲击和采集余振信号等方式获得钢轨的三维频谱图，进而对扣件松脱位置进行定位，能够快速、准确地对钢轨扣件松脱位置进行定位。以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
权利要求
1.一种钢轨扣件松脱检测方法，其特征在于，包括步骤: A:敲击装置沿钢轨线路移动，同时按照预定时间间隔对钢轨进行连续地敲击； B:信号采集装置在所述敲击装置后方，并且与所述敲击装置保持预定距离移动，同时不间断地采集钢轨受到敲击后的余振信号； C:根据所述余振信号得到钢轨的三维频谱图，进而通过所述三维频谱图中第二预定频段处幅值的突变情况识别出扣件松脱的位置以及松脱的程度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A中，所述敲击装置在钢轨上的敲击落点为钢轨的上表面的外侧。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A中，所述预定时间间隔能够保证，在对钢轨进行后一次敲击时，前一次敲击对钢轨产生的振动能量的至少50%已经被自由衰减。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A中，两个相邻扣件之间至少敲击一次。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B中，所述预定距离为d并且其满足L-e < d < L+e ;其中，L表示相邻两个扣件之间的距离；e表示轨枕的宽度；所述钢轨通过所述扣件固定在所述轨枕上。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B中，所述信号采集装置在所述钢轨的上表面的内侧区域采集所述余振信号。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B中，所述信号采集装置采用接触式或者非接触式信号采集方法采集所述余振信号。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述敲击装置的敲击点以及所述信号采集装置的信号采集点，与钢轨上其它承载车轮之间的距离不小于两个相邻扣件之间距离的2倍。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤C具体包括步骤: Cl:根据所述余振信号得到钢轨的三维频谱图； C2:根据所述三维频谱图，以及钢轨弯曲振型或模态特性，通过所述三维频谱图在第一预定频段处幅值的周期性变化规律得到各个扣件的位置； C3:根据所述三维频谱图，以及钢轨扭转传递函数特性，通过所述三维频谱图在第二预定频段处幅值的突变情况识别出扣件松脱的位置以及松脱的程度。
全文摘要
本发明公开了一种钢轨扣件松脱检测方法，涉及轨道安全领域。所述方法包括步骤敲击装置沿钢轨线路移动，同时按照预定时间间隔对钢轨进行连续地敲击；信号采集装置在所述敲击装置后方，并且与所述敲击装置保持预定距离移动，同时不间断地采集钢轨受到敲击后的余振信号；根据所述余振信号得到钢轨的三维频谱图，进而通过所述三维频谱图中第二预定频段处幅值的突变情况识别出扣件松脱的位置以及松脱的程度。所述方法，为无损检测方法，其采用敲击和采集余振信号等方式获得钢轨的三维频谱图，进而对扣件松脱位置进行定位，能够快速、准确地对钢轨扣件松脱位置进行定位。
文档编号E01B35/12GK103103900SQ20111035481
公开日2013年5月15日 申请日期2011年11月10日 优先权日2011年11月10日
发明者户文成, 王小兵, 张慧娟, 刘强 申请人:北京市劳动保护科学研究所