阅读说明：本技术 一种高速铁路轨道振动实时检测装置及其使用方法 (High-speed railway track vibration real-time detection device and use method thereof ) 是由 冯珂 张伟 李长立 马颖伟 张启福 马玉麟 孙洪治 王凯 李文宾 吴吉乐 刘爱军 于 2021-09-07 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高速铁路轨道振动实时检测装置,包括设置在钢轨底面和轨道板之间的采集单元,包括压力传感器和激光位移传感器,用于检测轨道的压力信号和振动信号；数据处理单元与所述采集单元连接,用于对所述压力传感器或所述激光位移传感器的压力信号或振动信号进行处理；数据发送单元与数据处理单元连接,用于发送将处理后的压力信号或振动信号；终端计算机接收所述数据发送单元发送的压力信号或振动信号,经过数据处理后通过数据和曲线将振动压力和振动位移幅度显示出来。本发明能及时掌握轨道及其扣件系统的工作状况,实时发现车辆异常振动,能及时准确的对轨道和扣件进行维护和修理更换,保障铁路系统的正常运行,防止事故的发生。(The invention discloses a real-time vibration detection device for a high-speed railway track, which comprises an acquisition unit, a pressure sensor and a laser displacement sensor, wherein the acquisition unit is arranged between the bottom surface of a steel rail and a track plate and is used for detecting a pressure signal and a vibration signal of the track; the data processing unit is connected with the acquisition unit and is used for processing the pressure signal or the vibration signal of the pressure sensor or the laser displacement sensor; the data sending unit is connected with the data processing unit and used for sending the processed pressure signal or vibration signal; and the terminal computer receives the pressure signal or the vibration signal sent by the data sending unit, and displays the vibration pressure and the vibration displacement amplitude through data and a curve after data processing. The invention can timely master the working conditions of the rail and the fastener system thereof, discover abnormal vibration of the vehicle in real time, and timely and accurately maintain, repair and replace the rail and the fastener, thereby ensuring normal operation of the railway system and preventing accidents.)

一种高速铁路轨道振动实时检测装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及高速铁路无砟轨道技术领域，具体为一种高速铁路轨道振动实时检测装置及其使用方法。

背景技术

随着我国高速铁路的普及，对线路平顺性稳定性也提出了更高的要求，无砟轨道作为我国高速铁路主要的轨道类型，在高速冲击下其减振面临着诸多挑战。实时检测钢轨振动的数据对于车辆的安全运行变得尤为重要，有利于解决车辆车轮形变、钢轨波浪磨耗、扣件失效等问题。

目前，高铁检测车载设备只限于运行列车自带的检测系统和巡检车辆的检测系统，只能得出相对振动。实际使用过程中，现有的检测系统不能实时检测某处高速冲击下的振动压力和振动幅度，不能获得现场数据，及时发现扣件系统的性能变化，也不利于分析异常振动下车辆的状态。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供了一种高速铁路轨道振动实时检测装置及其使用方法，可以实现对钢轨垂向振动进行实时检测，可对车辆异常振动进行有效监测。

根据本发明的目的，本发明提供如下技术方案：

一种高速铁路轨道振动实时检测装置，包括：

采集单元，设置在钢轨底面和轨道板之间，包括压力传感器和激光位移传感器，分别用于检测轨道的压力信号和振动信号；

数据处理单元，与所述采集单元连接，用于对所述压力传感器或所述激光位移传感器的压力信号或振动信号进行处理；

数据发送单元，与数据处理单元连接，用于发送将处理后的压力信号或振动信号；

终端计算机，接收所述数据发送单元发送的压力信号或振动信号，经过数据处理后通过数据和曲线将振动压力和振动位移幅度显示出来。

进一步地，所述采集单元还包括底座和支撑件，所述底座固定在所述轨道板上，所述支撑件与所述底座固定连接，所述压力传感器或所述激光位移传感器分别固定在所述支撑件的顶部。

进一步地，所述压力传感器的顶部还固定有弹性垫块。

进一步地，所述弹性垫块的面积与扣件系统的弹性垫板的材质相同或相似，且所述弹性垫块的面积与扣件系统的弹性垫板的面积成正比。

进一步地，所述数据处理单元为电路板，所述电路板设置在所述支撑件内。

进一步地，所述支撑件内还设有电池，所述电路板、所述压力传感器和所述激光位移传感器与所述电池连接。

进一步地，所述激光位移传感器的采集频率为1000hz，所述激光位移传感器的精度为0.001。

进一步地，所述采集单元采用象限布阵方式布设：根据车轮直径将车轮平均划分成四个象限，所述采集单元在轨道板上采取隔三装一的方式在上下行四根钢轨上同时安装各一组，共四组，每组为四个或其整数倍。

根据本发明的另一个目的，本发明提供如下技术方案：

一种高速铁路轨道振动实时检测装置的使用方法，包括如下步骤：

S1，在钢轨底面和轨道板之间按象限布阵法放装一组采集单元，列车通过时，通过感应电流，触发采集单元的压力传感器和激光位移传感器实时采集钢轨振动的数据；

S2，压力传感器和激光位移传感器的数据信号送到电路板处理，然后通过高频无线发送方式将数据信号发射出来，经无线中继端接收后，再通过无线数传发送到终端计算机；

S3，终端计算机将实时数据处理后通过数据和曲线将振动压力和振动位移幅度显示出来；依据算法计算出垂向振动的频率幅值、相邻扣件弹性垫板的动刚度。

进一步地，S3中，终端计算机根据象限布阵的方法将车轮分成四个象限，根据采集数据，检测异常振动曲线，从而判断车轮异常磨耗。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明一种高速铁路轨道振动实时检测装置及其使用方法，能及时掌握轨道及其扣件系统的工作状况，实时发现车辆异常振动，能及时准确的对轨道和扣件进行维护和修理更换，保障铁路系统的正常运行，防止事故的发生。

附图说明

图1是本发明的的结构示意图；

图2是本发明使用时的结构示意图；

图3是本发明使用时的的另一结构示意图；

图4是本发明采集单元的布设示意图。

图中，1-弹性垫块、2-压力传感器、3-底座、4-电路板、5-电池、6-支撑件、7-激光位移传感器、8-轨道板、9-钢轨。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。

实施例1

如图1-图3所示，一种高速铁路轨道振动实时检测装置，包括底座3和支撑件6，底座3固定在轨道板8上，支撑件6与底座3之间通过螺栓固定连接并可以通过螺纹连接进行上下调节。压力传感器2或激光位移传感器7分别固定在支撑件6的顶部，激光位移传感器7位于压力传感器2的一侧且激光位移传感器7的高度小于压力传感器2的高度。

压力传感器2的顶部还固定有弹性垫块1，弹性垫块1为橡胶垫或其他弹性材质材料制成，弹性垫块1的面积与扣件系统的弹性垫板的材质相同或相似，且弹性垫块1的面积与扣件系统的弹性垫板的面积成正比。列车通过时产生的实际压力值＝压力传感器测得值*比例系数。

本发明压力传感器2上装有减振弹性垫块1，可实现检测压力的同时，对轨道不产生任何结构上的影响。

电路板4设置在支撑件6内，支撑件6内还设有电池5，电路板4、压力传感器2和激光位移传感器7与电池5连接。

激光位移传感器的采集频率为1000hz，可直接读取振动幅值，激光位移传感器的精度为0.001，通过高频采集可计算出振动频率。

终端计算机通过信号传输装置从电路板接收压力信号或振动信号，经过数据处理后通过数据和曲线将振动压力和振动位移幅度显示出来。

如图4所示，本发明的采集单元采用象限布阵方式进行布设；根据车轮直径将车轮划分成四个象限(ABCD),在A象限范围内的车轮通过安装了采集单元的轨道位置时，采集单元读取A象限范围内车轮的垂向振动值，后间隔三个承轨台(或按向前滚动的圈数计算间隔)安装采集单元，车轮由第一个采集单元处向前转动3/4圈(或n+3/4圈)时，车轮的D象限范围正好通过此处，可读取此处的垂向振动值，以此类推，车轮的C象限、B象限也可读取垂向振动值。

本发明为了控制采集单元(压力传感器2或激光位移传感器7)的启停，在电路板4上设置控制压力传感器2或激光位移传感器7的感应开关，感应开关连接有线圈和电流检测传感器。在电气化铁路区段，列车通过时，接触网上的高压电通过列车车体，后通过钢轨9将电流回流，形成一个闭合的电路，线圈和电流检测传感器感应到轨道上的回流电时触发采集单元的感应开关，使采集单元开始工作。

上述一种高速铁路轨道振动实时检测装置的使用方法，包括如下步骤：

S1，在钢轨底面和轨道板之间按象限布阵法放装一组采集单元，列车通过时，通过感应电流，触发采集单元的压力传感器和激光位移传感器实时采集钢轨振动的数据；

S2，压力传感器和激光位移传感器的数据信号送到电路板处理，然后通过高频无线发送方式将数据信号发射出来，经无线中继端接收后，再通过无线数传发送到终端计算机；

S3，终端计算机将实时数据处理后通过数据和曲线将振动压力和振动位移幅度显示出来；依据算法计算出垂向振动的频率幅值、相邻扣件弹性垫板的动刚度。

终端计算机根据象限布阵的方法将车轮分成四个象限，根据采集数据，检测异常振动曲线，从而判断车轮异常磨耗。

本发明工作原理简介：将一组采集单元按象限布阵法安装于轨道板之上，列车通过时，通过感应电流，触发压力传感器和激光位移传感器实时读取数据，依据算法可计算出该点垂向振动的频率幅值、相邻扣件弹性垫板的动刚度，根据象限布阵的方法将车轮分成四个象限，根据采集数据，可检测异常振动曲线，从而判断车轮异常磨耗。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。