一种无砟轨道板质量检测装置
阅读说明：本技术 一种无砟轨道板质量检测装置 (Ballastless track plate quality detection device ) 是由 杨露 张明 刘志勇 张丽娟 郭敬业 于 2021-10-14 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种无砟轨道板质量检测装置；包括轨道板体、铁轨、小车、驱动机构；所述铁轨架设在混凝土浇筑的轨道板体上,通过在轨道上设置的小车,小车上车载检测系统对轨道板体进行质量检测；检测系统包括回弹锤和声传感器,回弹锤和声传感器连接有固定块,所述固定块连接有调节机构,所述调节机构的另一端设置在小车车体上；通过设置轨道小车,并且配和调节机构和检测系统,能够在铁轨上运行,并且能够无死角的进行桥敲击检测,通过分析得出检测结果,提高检测速率；通过对声波信号的特征提取和数据分析,增加脱空、断裂判断的精确性,从提高轨道交通运行的安全性。(The invention discloses a ballastless track plate quality detection device; comprises a track plate body, a rail, a trolley and a driving mechanism; the rail is erected on a concrete poured track plate body, and a vehicle-mounted detection system on the trolley detects the quality of the track plate body through the trolley arranged on the track; the detection system comprises a rebound hammer and an acoustic sensor, the rebound hammer and the acoustic sensor are connected with a fixed block, the fixed block is connected with an adjusting mechanism, and the other end of the adjusting mechanism is arranged on the trolley body; by arranging the rail trolley, the adjusting mechanism and the detection system, the rail trolley can run on a rail, bridge knocking detection can be carried out without dead corners, a detection result is obtained through analysis, and the detection speed is improved; through the characteristic extraction and data analysis of the sound wave signals, the accuracy of the judgment of the separation and the fracture is increased, and the safety of the rail transit operation is improved.)
技术领域
本发明属于轨道交通领域，尤其涉及一种无砟轨道板质量检测装置。
背景技术
混凝土是当今世界上使用最为常见的建筑材料,它具有经济适用、易于成型等优点,被广泛应用于水利、交通、工业民用建筑等大型国民经济基础性设施和国防工程中。近年来随着土木建筑工程的迅速发展,结构类型越来越复杂,对结构的安全性能要求也越来越高。
尤其是在路桥建设方面，混凝土起着重要作用么，但是混凝土由于自身的性质，但在结构混凝土中,常因施工管理或环境等因素,形成不同形式的缺陷,这些缺陷的存在对结构的完整性、力学性能和耐久性能产生不同程度的影响；常见的轨道交通的轨道板经常出现轻微开裂、脱空，如果脱空严重将导致轨道板断裂，严重影响轨道交通的安全性，现有的轨道板由于砂浆层用软性材料（包裹，轨道板与砂浆层之间存在较大阻抗差，导致信号反射率较高，信号大部分反射，只有少部分透过，而当其之间出现脱空时，因包裹材料的存在，入射波大部分会通过附近接未脱空区域发生绕射，少部分反射，导致波的传播时间增加而发生接收到的信号滞后，基于此一般通过高分辨率频谱处理方法MEM对测试信号进行处理，提取出该处的反射信号，通过反射信号的能量的强弱判断接触面是否存在脱空；但是此种方法检测步骤繁琐，耗时长，而且对于脱空判断误差较大，判断准确性差。
发明内容
针对现有技术不足，本发明的目的在于提供了一种无砟轨道板质量检测装置，通过设置轨道小车，并且配和调节机构和检测系统，能够在铁轨上运行，并且能够无死角的进行桥敲击检测，通过分析得出检测结果，提高检测速率；通过对声波信号的特征提取和数据分析，增加脱空、断裂判断的精确性，从提高轨道交通运行的安全性。
本发明提供如下技术方案：
一种无砟轨道板质量检测装置；包括轨道板体、铁轨、小车、驱动机构；所述铁轨架设在混凝土浇筑的轨道板体上，通过在轨道上设置的小车，小车上车载检测系统对轨道板体进行质量检测；检测系统包括回弹锤和声传感器，回弹锤和声传感器连接有固定块，所述固定块连接有调节机构，所述调节机构的另一端设置在小车车体上，所述小车上设有驱动机构，所述小车底部设有多个车轮，多个车轮并列匹配设置在铁轨上，驱动机构通过电机驱动连接车轮，带动小车在铁轨上移动。
优选的，所述调节机构包括第一转块，第一转块的下方与下车转动连接，第一转块的上端连接有主臂，所述主臂的另一端连接有第二转块，所述第二砖块的外侧壁连接有大臂，所述大臂的另一端连接有第三转块，所述第三转块的另一端连接有小臂，所述小臂的端部转动连接有固定块。
优选的，所述固定块的一侧设有壳体，所述壳体上下贯穿设有伸缩杆，所述伸缩杆贯穿壳体的上下两端，且与壳体间隙滑动连接。
优选的，所述伸缩杆的底端连接有回弹锤，伸缩杆中间位置套设有第一弹簧，所述第一弹簧设置在壳体的内部，第一弹簧的上端与伸缩杆连接，第一弹簧的下端与壳体内壁连接；所述伸缩杆靠近顶部的位置通过连杆连接有直线电机，所述直线电机设在壳体的内部；直线电机带动伸缩杆向下运动，进行敲击，并且通过直线电机进行复位，复位过程中，第一弹簧提供回弹力，使回弹锤快速复位。
优选的，所述固定块的另一侧设有固板，所述固板开设有圆孔，圆孔内设有连接杆，所述连接杆的下端连接有声传感器，连接杆的上端连接有连接板，所述连接杆与固板的圆孔间隙滑动连接。
优选的，所述连接板与固板之间设有多个支杆，所述支杆均匀分布在所述连接杆的周侧；多个所述支杆上均套设有第二弹簧，所述第二弹簧的一端与连接板连接，另一端与所述固板连接。
优选的，所述检测系统还包括数据采集卡，数据采集卡通过回弹锤敲击轨道板体，并且通过声传感器将声波数据进行采集，对声波数据通过单片机进行数据分析处理，判断轨道板体是否有断裂、脱空故障，并且将处理过的数据进行存储，供后续故障分析使用。
优选的，为了便于全面对轨道板体进行无死角检测，所述第一转块在水平平面内进行270°旋转，转动调节回弹锤在小车的前侧和左、右两侧进行；所述第二转块、第三转块在竖直的平面内进行360°旋转；所述调节机构的具体尺寸为主臂=0.25a，大臂=1.5a，小臂=2.15a；上述式中，a为根据小车宽度进行的调节系数，取值范围为1.36-23.88；第一转块的行程范围为（-3π/4～π/4）, 第二转块的行程范围为（-π/2～π/2）, 第三转块的行程范围为（-π/4～π/5）。
另外，一种无砟轨道板质量检测装置的检测方法为，S1，数据采集，通过设置的回弹锤敲击轨道板体，控制器记录敲击时间，同时通过声传感器进行数据采集，控制器记录声传感器采集声波时间，计算波速值；S2，特征提取，根据采集回弹锤的声波提取声波时域、频域数据，并进行记录，将记录的时域、频域、时频域存储并输出；S3；数据分析，通过STM32单片机对记录的时域、频域、时频域建立数据库，根据轨道板体的厚度和波速值将数据特征信号分层，找出每一层的聚类中心，得出较少的故障集合，在对每一小类进行分类器训练,对新数据集进行分层，重复以上步骤,经过多次分类之后得出轨道板体数据，判断脱落、断裂情况；增加脱空、断裂判断的精确性，从提高轨道交通运行的安全性。
在具体进行检测时，在轨道板体横向面上间隔20cm设置测点100个，通过小车带动检测系统进行检测，在进行波速值计算时，回弹锤与声传感器之间的距离为L、回弹锤的敲击时间t1，声传感器采集声波时间为t2，则波速值c满足c=L/（t2-t1）；根据控制器记录的不同测量点的时间，求取每个不同的测点侧波速值，在对波速值进行数据分析处理，得出轨道板体检测结果，判断轨道板体是否有脱空、断裂的现象，并且根据不同测量点的波速值数据，精确判断脱空、断裂的位置，进一步提升检测的精确性。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明一种无砟轨道板质量检测装置，通过设置轨道小车，并且配和调节机构和检测系统，能够在铁轨上运行，并且能够无死角的进行桥敲击检测，通过分析得出检测结果，提高检测速率。
（2）本发明一种无砟轨道板质量检测装置，通过对声波信号的特征提取和数据分析，增加脱空、断裂判断的精确性，从提高轨道交通运行的安全性。
（3）本发明一种无砟轨道板质量检测装置，通过对调节机构的限定，便于全面对轨道板体进行无死角检测，进一步提升检测效率。
（4）本发明一种无砟轨道板质量检测装置，通过对波速值、回弹锤与声传感器之间的距离、回弹锤的敲击时间，声传感器采集声波时间的限定，判断轨道板体是否有脱空、断裂的现象，并且根据不同测量点的波速值数据，精确判断脱空、断裂的位置，进一步提升检测的精确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明的俯视结构示意图。
图3是本发明的检测系统结构示意图。
图4是本发明的检测系统框架图。
图中：1、轨道板体；2、铁轨；3、小车；4、车轮；5、驱动机构；6、第一转块；7、主臂；8、第二转块；9、大臂；10、第三转块；11、小臂；12、固定块；13、壳体；14、伸缩杆；15、第一弹簧；16、回弹锤；17、直线电机；18、固板；19、连接杆；20、声传感器；21、连接板；22、支杆；23、第二弹簧。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
如图1-3所示，一种无砟轨道板质量检测装置；包括轨道板体1、铁轨2、小车3、驱动机构5；所述铁轨2架设在混凝土浇筑的轨道板体1上，通过在轨道上设置的小车3，小车3上车载检测系统对轨道板体1进行质量检测；检测系统包括回弹锤16和声传感器20，回弹锤16和声传感器20连接有固定块12，所述固定块12连接有调节机构，所述调节机构的另一端设置在小车3车体上，所述小车3上设有驱动机构5，所述小车3底部设有多个车轮4，多个车轮4并列匹配设置在铁轨2上，驱动机构5通过电机驱动连接车轮4，带动小车3在铁轨2上移动。
所述调节机构包括第一转块6，第一转块6的下方与下车转动连接，第一转块6的上端连接有主臂(7)，所述主臂(7)的另一端连接有第二转块8，所述第二砖块的外侧壁连接有大臂9，所述大臂9的另一端连接有第三转块10，所述第三转块10的另一端连接有小臂11，所述小臂11的端部转动连接有固定块12。
所述固定块12的一侧设有壳体13，所述壳体13上下贯穿设有伸缩杆14，所述伸缩杆14贯穿壳体13的上下两端，且与壳体13间隙滑动连接。
所述伸缩杆14的底端连接有回弹锤16，伸缩杆14中间位置套设有第一弹簧15，所述第一弹簧15设置在壳体13的内部，第一弹簧15的上端与伸缩杆14连接，第一弹簧15的下端与壳体13内壁连接；所述伸缩杆14靠近顶部的位置通过连杆连接有直线电机17，所述直线电机17设在壳体13的内部；直线电机17带动伸缩杆14向下运动，进行敲击，并且通过直线电机17进行复位，复位过程中，第一弹簧15提供回弹力，使回弹锤16快速复位。
所述固定块12的另一侧设有固板18，所述固板18开设有圆孔，圆孔内设有连接杆19，所述连接杆19的下端连接有声传感器20，连接杆19的上端连接有连接板21，所述连接杆19与固板18的圆孔间隙滑动连接。
所述连接板21与固板18之间设有多个支杆22，所述支杆22均匀分布在所述连接杆19的周侧；多个所述支杆22上均套设有第二弹簧23，所述第二弹簧23的一端与连接板21连接，另一端与所述固板18连接。
实施例二：
在实施例一的基础上，所述调节机构包括第一转块6，第一转块6的下方与下车转动连接，第一转块6的上端连接有主臂(7)，所述主臂(7)的另一端连接有第二转块8，所述第二砖块的外侧壁连接有大臂9，所述大臂9的另一端连接有第三转块10，所述第三转块10的另一端连接有小臂11，所述小臂11的端部转动连接有固定块12；为了便于全面对轨道板体1进行无死角检测，所述第一转块6在水平平面内进行270°旋转，转动调节回弹锤16在小车3的前侧和左、右两侧进行；所述第二转块8、第三转块10在竖直的平面内进行360°旋转；所述调节机构的具体尺寸为主臂(7)=0.25a，大臂9=1.5a，小臂11=2.15a；上述式中，a为根据小车3宽度进行的调节系数，取值范围为1.36-23.88；第一转块6的行程范围为-3π/4～π/4,第二转块8的行程范围为-π/2～π/2, 第三转块10的行程范围为-π/4～π/5。
实施例三：
如图4所示，在实施例一的基础上，所述检测系统还包括数据采集卡，数据采集卡通过回弹锤16敲击轨道板体1，并且通过声传感器20将声波数据进行采集，对声波数据通过单片机进行数据分析处理，判断轨道板体1是否有断裂、脱空故障，并且将处理过的数据进行存储，供后续故障分析使用。
一种无砟轨道板质量检测装置的检测方法为，S1，数据采集，通过设置的回弹锤16敲击轨道板体1，控制器记录敲击时间，同时通过声传感器20进行数据采集，控制器记录声传感器20采集声波时间，计算波速值；S2，特征提取，根据采集回弹锤16的声波提取声波时域、频域数据，并进行记录，将记录的时域、频域、时频域存储并输出；S3；数据分析，通过STM32单片机对记录的时域、频域、时频域建立数据库，根据轨道板体1的厚度和波速值将数据特征信号分层，找出每一层的聚类中心，得出较少的故障集合，在对每一小类进行分类器训练,对新数据集进行分层，重复以上步骤,经过多次分类之后得出轨道板体1数据，判断脱落、断裂情况；增加脱空、断裂判断的精确性，从提高轨道交通运行的安全性。
在具体进行检测时，在轨道板体1横向面上间隔20cm设置测点100个，通过小车3带动检测系统进行检测，在进行波速值计算时，回弹锤16与声传感器20之间的距离为L、回弹锤16的敲击时间t1，声传感器20采集声波时间为t2，则波速值c满足c=L/t2-t1；根据控制器记录的不同测量点的时间，求取每个不同的测点侧波速值，在对波速值进行数据分析处理，得出轨道板体1检测结果，判断轨道板体1是否有脱空、断裂的现象，并且根据不同测量点的波速值数据，精确判断脱空、断裂的位置，进一步提升检测的精确性。
通过上述技术方案得到的装置是一种无砟轨道板质量检测装置，通过设置轨道小车3，并且配和调节机构和检测系统，能够在铁轨2上运行，并且能够无死角的进行桥敲击检测，通过分析得出检测结果，提高检测速率；通过对声波信号的特征提取和数据分析，增加脱空、断裂判断的精确性，从提高轨道交通运行的安全性；通过对调节机构的限定，便于全面对轨道板体1进行无死角检测，进一步提升检测效率；通过对波速值、回弹锤16与声传感器20之间的距离、回弹锤16的敲击时间，声传感器20采集声波时间的限定，判断轨道板体1是否有脱空、断裂的现象，并且根据不同测量点的波速值数据，精确判断脱空、断裂的位置，进一步提升检测的精确性。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化；凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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