基于激光三角测量原理的轨距检测系统研究

轨距是轨道几何尺寸中的一个重要参数,及时掌握轨距信息对保证行车安全具有重要意义.基于激光三角测量原理研发了一种安装于路轨两栖综合检测车上的轨距检测系统.该系统使用2组共6台二维激光扫描传感器获得左右钢轨断面轮廓,利用基于CPLD的同步信号触发模块保证各传感器数据同步.通过对采集的钢轨断面轮廓数据采用基于不连续度的自适应滤波和钢轨弧形区特征提取算法,实时提取轨距特征点并计算显示当前断面轨距值.实验结果表明,该轨距检测系统可实现轨距参数的非接触式动态实时测量,检测车运行速度为40 km/h时钢轨断面采样间隔3.7 mm,轨距检测精度±0.8 mm.     

用于便携式轨检小车的轨距及磨耗检测方法

轨道线路的轨距及磨耗检测是保障列车运营安全的一项关键技术,传统的人工检测效率较低,大型轨检车检测及维护成本高,使得在轨道日检维护中缺少有效的设备及方法来满足轨道线路检测需求。为了解决此问题,提出了一种用于便携式轨检小车的轨距及磨耗检测方法。首先,基于光平面方程、机器视觉三维重构理论及相机标定技术构建了激光视觉检测模型及系统标定方法,获取了同一世界坐标系下的轨道左右轨轮廓线三维坐标值点集;其次,利用改进最近点迭代匹配算法,实现测量数据点集与标准钢轨点集匹配,计算得到轨距及磨耗值;最后,搭建测试系统进行实验验证。结果表明,该方法的最大测量偏差小于0.1 mm,能够满足轨道线路日常检修及维护要求,为列车安全运行提供了技术保障。     

非接触式钢轨三维轮廓参数检测系统研究

目前国内钢轨检测行业以接触式测量为主,其测量精度低,智能化水平不高,本文设计了能够满足铁路行业标准的检测系统。硬件部分由激光轮廓仪采集钢轨信息。软件部分通过角度法、距离法等高效的几何算法检测出扭曲度、平直度等钢轨信息。经实验验证,本装置测得钢轨水平平直度误差小于0.4 mm,垂直平直度误差小于0.6 mm,扭曲度误差小于0.45 mm,符合国家标准要求。     

新型桥式起重机轨距偏差自动测量系统设计

针对大跨度长轨距桥式起重机,设计出一种新型轨距测量系统。该系统利用准直长距激光传感器和精密微距激光传感器检测相对轨距和定位,经过单片机控制和计算能够自动检测轨道相对偏差,对超差点准确定位。详细介绍了信号处理电路的设计,使系统测量精度可达0.07 mm,与原有检测方法相比,其检测效率提高约50%。     

轨道动态检测系统设计

基于轨道几何状态及其相关部件的检测要求,从硬件与软件系统设计出发,设计了轨道多功能动态检测系统。该系统利用激光测距仪与电子罗盘等传感器实现钢轨几何状态与不平顺性的动态测量。结合图像分析算法与小波马尔科夫随机场理论,实现与轨道相连部件如扣件和枕木的无损检测。实验结果表明,该系统的轨距测量范围在1375~1455mm之间,误差不超过0.05mm,不平顺的测量误差不超过0.03mm,能准确识别扣件与枕木是否破损与脱落,能满足实际轨道动态检测的需求。     

基于激光三角法原理的轮对几何参数自动检测系统

介绍了一种基于激光三角法原理的轮对几何参数在线自动检测系统。运用CCD摄像机、线激光光源、数字图像采集与处理技术,研制出了一种列车轮对外形几何尺寸高速在线检测系统。经过在上海轨道交通1号线上的实际运用,验证了本系统的可行性与可靠性,实现了对列车轮对直径、轮缘高度、宽度、轮缘角等重要几何参数的测量。     

桥门式起重机轨道检测系统

基于激光三角原理提出了一种用于桥门式起重机轨道检测的方法,并开发了适于此类轨道的检测系统。该系统主要包括轨道测量机器人、全站仪、三维重构计算系统。轨道测量机器人携带角隅棱镜沿轨道前进,全站仪实时追踪角隅棱镜的位置,根据记录数据重构出轨道顶面中心线的空间形状,进而计算出轨道的直线度,双轨平行度,轨道跨距等参数,以此为依据对轨道进行维修或者更换。该系统的测量精度可达±2mm,与原有检测方法相比,其检测效率提高约50％。     

基于多线结构光视觉的钢轨波磨动态测量方法

高精度的钢轨波磨动态检测技术对于保证铁路运输安全和轨道维护至关重要。针对测量中车体振动引起的现有波磨检测方法精度较低的问题,提出一种基于多线结构光视觉的钢轨波磨测量方法。首先,利用多个测量轮廓的轨颚点连线平行于轨道纵向的特点来构建垂直于轨道纵向的辅助平面,将测量轮廓投影到该辅助面上进行失真校准;然后,通过分层的轮廓配准与参考轮廓逐步准确对齐;最后,利用轨腰圆弧圆心距波磨测点沿轨距方向的距离为固定值的特点来精确定位该测点,并将两者垂直方向上的距离作为该断面的波磨值。实验结果表明,方法能有效抑制车体振动对测量数据的影响,为多线结构光技术在钢轨波磨高精度动态检测中的应用提供了新的思路和技术参考。     

轮对综合参数光电自动检测系统

车辆轮对尺寸参数和踏面缺陷的检测是保障车辆运行安全的重要措施。介绍了一种基于光电检测技术的轮对综合参数自动检测系统。该系统运用精密激光位移传感及数字图像处理方法，并结合精密运动控制，实现了轮缘厚度、轮缘高度、车轮直径、轮对内侧距、轮辋厚度、轮辋宽度等主要尺寸参数，以及踏面擦伤和剥离等表面缺陷的非接触自动检测。该系统的尺寸参数测量精度为0．2mm，擦伤深度测量精度为0．1mm，剥离长度测量精度为1．0mm。现场实验结果表明，系统的检测精度和重复性可满足车辆段修现场使用要求。     

基于三维重构的钢轨滚动接触疲劳裂纹扩展预测

采用X射线断层扫描技术测量钢轨轨距角–轨肩的滚动接触疲劳裂纹,通过裂纹平面化、尖端拟合和空间定位,重构真实裂纹的三维形态和空间位置;考虑裂纹尖端塑性区和磨耗的影响,提出基于三维重构的裂纹扩展预测方法。预测结果表明,X射线断层扫描技术可以得到真实裂纹的高精度形状和特征,实现钢轨轨距角–轨肩处近似平面状裂纹的三维建模。根据重载铁路典型的车辆和曲线轨道条件,预测裂纹在一定通过总重累积下的扩展情况,接触斑作用在裂纹上时引起的应力最大值集中在轨面及轨面以下垂直深度2~4 mm处,裂纹尖端及裂纹开口附近未出现应力集中;一、三位外轮和二、四位外轮引起的裂纹尖端节点的Von-Mises应力分别相近;当前轮与外轨发生两点接触时,前轮接触斑下方的裂纹尖端节点应力小于后轮引起的应力;预测的裂纹长度、深度与显微观测的实际裂纹接近,预测的裂纹沿钢轨纵向扩展的角度范围包含了显微观测的实际扩展角度。     

钢轨磨耗对轮轨滚动接触关系的影响研究

钢轨廓形会随着磨耗的发展而发生明显改变,并对轮轨接触关系产生影响。以国内某客货共运干线铁路的小半径曲线为例,跟踪采集钢轨廓形,并测量通过该线路的客车和货车车轮廓形。对不同磨耗阶段的钢轨型面对应的轮轨共形接触和轮轨导向能力进行分析,并结合车辆-轨道动力学模型对多车轮条件下的轮轨接触位置分布特征和钢轨表面滚动接触疲劳损伤系数进行计算。结果表明:随着钢轨的不断磨耗,轮轨共形接触的概率先下降后上升,同时转向架导向轮对的轮轨导向能力先减弱后加强,而从动轮对的导向能力逐渐减弱。上股钢轨的轮轨接触宽度由25 mm扩大到45 mm,下股钢轨由27 mm扩大到45 mm,同时上股钢轨轨顶和轨距角处接触频率逐渐增加,轨肩位置处的接触频率逐渐减小。钢轨表面的累积滚动接触疲劳损伤系数先减小后增大,疲劳损伤区域逐渐向轨顶扩展,甚至达到轨顶外侧位置。     

地铁轨道改造前后振动及减振效果试验

针对国内某地铁线路某些区段沿线的建筑物振动与二次辐射噪声严重现象,将轨道原来铺设的普通扣件改造为浮轨扣件,并在跨中钢轨轨腰位置加装阻尼器以降低振动噪声的影响。通过测量列车运营时间内的振动和噪声数据,分析列车通过改造前后线路时的轨道振动、车辆振动和噪声、建筑物振动与二次辐射噪声特性。结果表明：与改造前普通扣件轨道相比,改造后浮轨扣件轨道的钢轨、道床和隧道壁垂向振动加速度有效值分别降低8%,70.6%和71.4%,隧道壁振动降低最显著,由隧道壁垂向振动加速度评估的轨道减振效果为8.28 dB;转向架区域和车内最大声压级降低3.6%和3.4%;昼间建筑物振动和二次辐射噪声降低18.4%和22.0%。车辆、轨道、建筑物的振动与二次辐射噪声的主频均与轮轨系统P2共振频率接近,是引起车辆、轨道和建筑物振动的主要原因之一。     

变轨距高速列车的动力学

高速列车通过改变轮对的内侧距实现在不同轨距线路上联运,而轮轴装配间隙及轨距、轨底坡、钢轨廓形等参数变化将引起轮轨接触关系改变,进而引起车辆动力学性能变化。分析我国两种高速踏面在准轨和宽轨线路上的轮轨接触关系发现,轨底坡由1/40变为1/20时,LMA踏面等效锥度降低约30%,LMB10踏面可兼容两种轨底坡,磨耗后的踏面对轨底坡变化更敏感。理论公式推导表明准轨和宽轨线路上自由轮对、刚性和柔性定位转向架的蛇行频率相同,但含轮轴间隙的变轨距高速列车动力学模型仿真表明,间隙导致宽轨线路上的车辆稳定性略差,间隙达到0.6mm时发生低速小幅蛇行;间隙对车辆运行安全性和平稳性影响仅9%。因宽轨线路的欠超高量大和车辆稳定性差,其运行安全性和横向平稳性比准轨差15%和38%。间隙横向力与轮轨横向力幅值相同但反向,造成轮对内侧距动态变化;左右侧旋转间隙扭矩的幅值相同但反向,在纵向蠕滑力作用下间隙压死-分离状态反复。研究成果有助于掌握变轨距转向架的轮对内侧距动态变化、间隙载荷和车辆动力学性能。     

弹条的余热淬火工艺及其设备的开发

Ⅱ型弹条的使用性能和工艺要求 Ⅱ型弹条与螺旋道钉、轨距挡板、橡胶垫、尼龙挡板座及垫圈组成Ⅱ型弹条扣件，安装在标准轨距铁路直线及曲线半径不小于300mm的60kg轨线路上的混凝土轨枕上，用于联结钢轨与混凝土枕，以保持两钢轨之间距离为标准轨距。根据TB／T3065．2-2002《Ⅱ型弹条》标准要求，Ⅱ型弹条单件质量为0．445kg，采用D=13mm的60Si2CrA     

轨道数据动态采集检测技术试验平台的设计与实现

针对列车轨道水平和高低不平顺状态直接影响机车安全行驶状态的问题,设计了自适应式轨道数据检测系统实验平台,其采用高精度容栅传感器和加速度传感器、单片机及显示系统结合的方式,利用“三点式”的自适应检测方法,对轨道的轨向间距、高低倾角的不平顺状态参数进行了动态数据采集和测量.检测系统具有测量精度高、动态化测量、数据实时传输和显示功能,同时具有超范围报警提示功能,在工程测量方面具有广泛的利用价值.     

地铁列车-嵌入式轨道系统动力学性能II：轨道参数对动力学性能影响

嵌入式轨道在地铁减振降噪方面具有广阔的应用前景，但仍然需要保证嵌入式轨道具备较好的动力学性能，因此开展其结构和材料参数对地铁列车-嵌入式轨道系统的动力学性能影响研究具有重要意义。基于建立的地铁列车-嵌入式轨道系统的动力学模型，分析承轨槽内填充材料特性、轨道板几何尺寸、轨道板下支承材料特性对系统动力学性能的影响，确定基于动力学性能的轨道参数优选范围。结果表明：填充材料垂向刚度的合理取值范围是每米80~110 kN/mm，填充材料横向刚度的合理取值范围是每米30~50 kN/mm，轨道板下支承刚度的合理取值范围是每平方米1~5 MN/mm。还分析了轨道板几何尺寸的合理取值范围。研究成果为地铁嵌入式轨道设计和参数选取提供了依据，从动力学角度为嵌入式轨道在地铁中应用提供了理论支撑。     

基于线激光车体旋转扫描系统标定方法

在轨道车辆车体三维尺寸检测过程中,为实现线激光扫描系统多个视角位置扫描数据拼合,需要精确标定出扫描仪激光平面参数和扫描系统的转轴参数;为此,提出了基于多视约束系统标定方法。该方法充分利用了图像数据样本和多视几何约束,对扫描系统的激光平面和转轴参数进行精确标定,有效地保证了测量系统整体标定精度;同时实现了多个视角位置采集三维数据的精确拼合。     

基于激光位移传感器的轮缘尺寸测量方法研究

针对城轨列车轮缘磨耗日益严重,人工测量轮缘尺寸工作量大精度低等问题,采用2D激光位移传感器设计了一种在线非接触式轮缘尺寸测量方法。通过在轨道内、外两侧安装激光位移传感器进行了车辆踏面数据采集;然后采用数据分段、数据预处理、坐标变换、数据融合等算法进行了数据处理,获取了车轮轮廓线,并根据踏面几何关系计算了轮缘尺寸值。轮对试验和过车试验结果表明,所提出测量方法的偏差为±0.2 mm,测量一致性优于人工测量,测量系统工作稳定可靠,能够满足城轨车轮轮缘测量的实际要求。     

机器视觉与惯性信息融合的轨道线形检测

轨道空间线形检测是保障列车运行安全的一项关键技术,受陀螺仪及加速度计的累计误差的影响,使得基于常规的惯性单元的轨道线形检测方法在低速连续运动测量下精度较低。为了解决该问题,提出一种基于机器视觉与惯性信息多传感器融合的轨道空间线形检测方法。通过分别建立惯性测量单元与机器视觉转换矩阵,倾角仪与惯性测量单元旋转矩阵及惯性测量单元与机器视觉平移关系矩阵,将动态测量数据转换到世界坐标系下,实现多传感器间的融合定标。利用扩展卡尔曼滤波将机器视觉与惯性信息进行融合,提高检测精度。最后,通过搭建测量平台进行实验验证,结果表明该方法的测量精度小于0.5mm且标准差低于0.3。与常规惯性测量方法相比,测量精度提高近10倍。     

基于惯性基准法地铁钢轨波磨检测方法研究

为了检测钢轨波磨,不同于传统波磨检测方法,在MATLAB环境下处理车辆轴箱振动信号得到钢轨波磨波形。对传统惯性基准法原理做出改进,提出一种新的信号处理计算方法。在列车轴箱上安装加速度传感器,采集北京地铁波磨轨道轴箱垂向振动加速度信号,针对轨道振动信号非平稳、非线性的特点,提出运用EMD与小波阈值去噪方法相联合对振动加速度进行降噪处理,然后设计积分器对重构振动信号进行积分,为保证检测精度,再将积分结果通过一高通滤波器。结果显示,该检测计算方法能准确有效地计算出钢轨波磨。