一种钢轨扣件松脱检测方法

1.本发明涉及轨道安全技术领域，具体是一种钢轨扣件松脱检测方法。


背景技术：

2.铁路扣件是轨道交通结构构件重要组成部分。扣件是用以联结钢轨和轨枕的重要构件，其作用是将钢轨固定在轨枕上，保持轨距等几何形位，阻止钢轨相对于轨枕的横向移动，同时，在无缝钢轨中约束钢轨的纵向伸缩。
3.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，因此需要对扣件进行检测，以消除列车脱轨隐患。
4.传统的扣件检测主要依靠人工巡检，这种检测成本高、效率低，不能满足以高速铁路为代表的铁路网络频繁检测需求。因此，如何提供一种高效的钢轨扣件松脱检测方法，成为函需解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种钢轨扣件松脱检测方法，来解决上述背景技术中提到的问题。
6.本发明的技术方案是：一种钢轨扣件松脱检测方法，包括以下步骤：
7.s1，敲击钢轨轨顶；
8.s2，采集力锤激励信号和钢轨垂向振动加速度信号；
9.s3，根据采集的力锤激励信号和钢轨垂向振动加速度信号求得频响函数，根据频响函数获得伤损指标eav值，进而与eav阈值对比判断钢轨扣件松脱状况。
10.所述根据频响函数获得伤损指标eav值采用小波包能量谱法进行分析，具体包括以下步骤：
11.s31：根据所述钢轨频响函数进行小波包分解，得到小波包节点能量比；
12.s32：根据所述小波包节点能量比计算钢轨伤损指标eav。
13.优选的，所述钢轨健康状态eav阈值为1，当计算所得伤损指标eav值大于1时，表示钢轨上对应扣件出现松脱；当计算所得伤损指标eav值小于1时，表示钢轨上对应扣件处于健康状态。
14.优选的，所述步骤s1通过敲击装置来敲击钢轨轨顶，所述敲击装置包括移动底盘、两个支撑架、驱动电机、凸轮、两个安装块、连接块、连接杆和力锤；两个支撑架固定在所述移动底盘的顶部两侧，两个支撑架之间转动连接有第一轴；驱动电机固定在其中一个支撑架的侧壁上，所述第一轴的一端延伸至支撑架外与所述驱动电机的输出轴连接；凸轮套装固定在所述第一轴上；两个安装块分别对应垂直固定在两个支撑架的侧壁上，两个安装块之间固定有铰接轴；连接块套设在铰接轴上且与铰接轴转动连接，连接块的一侧倾斜设置；连接杆固定在所述连接块的倾斜端，且与连接块的倾斜端平行设置，连接杆的顶部与所述
凸轮的底部接触力锤固定在所述连接块的水平端，且与连接块的水平端平行设置。
15.优选的，所述步骤s3通过信号采集装置来采集力锤激励信号和钢轨垂向振动加速度信号，所述信号采集装置包括信号采集仪、数据线和传感器；所述信号采集仪与所述传感器通过所述数据线连接，用于采集钢轨垂向振动加速度信号，信号采集仪与所述力锤通过数据线连接，用于采集力锤激励信号。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
17.本发明为为无损检测方法，通过敲击钢轨，来采集力锤激励信号和钢轨垂向振动加速度信号的方式来获得钢轨伤损指标eav值，进而与健康状态钢轨eav阈值对比，判断该扣件松脱状况，整个检测过程无需人工巡检，提高了检测效率。
附图说明
18.图1为本发明检测方法的步骤示意图；
19.图2为本发明的采集装置采集点的位置示意图；
20.图3为本发明中敲击装置的主视结构示意图；
21.图4为本发明中敲击装置的主视剖视结构示意图；
22.图5为本发明信号采集装置的结构示意图；
23.图6为本发明钢轨扣件未松脱与钢轨扣件完全松脱时的eav值图。
具体实施方式
24.下面结合附图1到6，对本发明的具体实施方式进行详细描述。在发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
25.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
26.实施例1
27.如图1到图6所示，本发明实施例提供一种钢轨扣件松脱检测方法，包括以下步骤：
28.s1，敲击钢轨轨顶；
29.s2，采集力锤激励信号和钢轨垂向振动加速度信号；
30.s3，根据采集的力锤激励信号和钢轨垂向振动加速度信号求得频响函数，根据频响函数获得伤损指标eav值，进而与eav阈值对比判断钢轨扣件松脱状况。
31.进一步的，根据频响函数获得伤损指标eav值采用小波包能量谱法进行分析，具体包括以下步骤：
32.s31：根据钢轨频响函数进行小波包分解，得到小波包节点能量比；
33.s32：根据小波包节点能量比计算钢轨伤损指标eav。
34.具体的，如图6所示，钢轨健康状态eav阈值为1，所述钢轨健康状态eav阈值为1；当
计算所得伤损指标eav值大于1时，表示钢轨上对应扣件出现松脱；当计算所得伤损指标eav值小于1时，表示钢轨上对应扣件处于健康状态。
35.进一步的，步骤s1通过敲击装置来敲击钢轨轨顶，具体的，如图3所示，敲击装置包括敲击装置包括移动底盘1、两个支撑架2、驱动电机4、凸轮5、两个安装块6、连接块8、连接杆81和力锤9；两个支撑架2固定在移动底盘1的顶部两侧，两个支撑架2之间转动连接有第一轴3；驱动电机4固定在其中一个支撑架2的侧壁上，第一轴3的一端延伸至支撑架2外与驱动电机4的输出轴连接；凸轮5套装固定在第一轴3上；两个安装块6分别对应垂直固定在两个支撑架2的侧壁上，两个安装块6之间固定有铰接轴7；连接块8套设在铰接轴7上且与铰接轴7转动连接，连接块8的一侧倾斜设置；连接杆81固定在连接块8的倾斜端，且与连接块8的倾斜端平行设置，连接杆81的顶部与凸轮5的底部接触；力锤9固定在连接块8的水平端，且与力锤9的水平端平行设置。
36.其中，移动底盘1采用型号为yuhesen fr-09pro的可远程操控的智能移动机器人底盘，移动底盘1上配置有电源模块和控制模块，控制模块与驱动电机4电连接。
37.通过敲击装置来敲击钢轨轨顶的原理如下：
38.远程操控移动底盘1沿着钢轨进行行走，当需要对某一处的钢轨进行敲击时，先控制移动底盘1停止移动，然后控制驱动电机4带动第一轴3转动，第一轴3转动的过程中会带动凸轮5进行转动，凸轮5转动时其凸出的部分会挤压连接杆81，使得连接杆81向下移动，连接杆81向下移动的过程中会带动连接块8围绕铰接轴7转动，并将第二连杆82和力锤9翘起，当凸轮5凸出的部分不在挤压连接杆81时，会使得力锤9向下移动来对钢轨的顶部进行一次敲击，敲击过后，能够产生高质量的钢轨脉冲响应信号，便于采集所述钢轨的振动信号。
39.更进一步的，步骤s3通过信号采集装置来采集力锤激励信号和钢轨垂向振动加速度信号，具体的，如图4所示，信号采集装置包括信号采集仪10、数据线11和传感器12；所述信号采集仪10与传感器12之间通过数据线11连接，用于采集钢轨垂向振动加速度信号，信号采集仪10与所述力锤9通过数据线11连接，用于采集力锤激励信号。
40.其中，传感器12采用型号为pcb352c04的加速度传感器，安装于钢轨上，能够采集钢轨垂向振动加速度信号，信号采集仪10采用型号为inv3018ct高精度usb采集仪，信号采集仪10与力锤9电连接，力锤9敲击钢轨后，力锤9内的力传感器会测量冲击力的大小和波形并传输至信号采集仪10，从而实现采集力锤激励信号的功能。
41.其中，如图2所示，所述信号采集装置采集点为敲击装置敲击点和6号扣件对应钢轨轨顶处。
42.以上公开的仅为本发明的较佳地几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种钢轨扣件松脱检测方法，其特征在于，包括以下步骤：s1，敲击钢轨轨顶；s2，采集力锤激励信号和钢轨垂向振动加速度信号；s3，根据采集的力锤激励信号和钢轨垂向振动加速度信号求得频响函数，根据频响函数获得伤损指标eav值，进而与eav阈值对比判断钢轨扣件松脱状况。2.根据权利要求1所述的一种钢轨扣件松脱检测方法，其特征在于，所述根据频响函数获得伤损指标eav值采用小波包能量谱法进行分析，具体包括以下步骤：s31：根据所述钢轨频响函数进行小波包分解，得到小波包节点能量比；s32：根据所述小波包节点能量比计算钢轨伤损指标eav。3.根据权利要求1所述的一种钢轨扣件松脱检测方法，其特征在于，所述钢轨健康状态eav阈值为1，当计算所得伤损指标eav值大于1时，表示钢轨上对应扣件出现松脱；当计算所得伤损指标eav值小于1时，表示钢轨上对应扣件处于健康状态。4.根据权利要求1所述的一种钢轨扣件松脱检测方法，其特征在于，所述步骤s1通过敲击装置来敲击钢轨轨顶，所述敲击装置包括：移动底盘(1)；两个支撑架(2)，固定在所述移动底盘(1)的顶部两侧，两个支撑架(2)之间转动连接有第一轴(3)；驱动电机(4)，固定在其中一个支撑架(2)的侧壁上，所述第一轴(3)的一端延伸至支撑架(2)外与所述驱动电机(4)的输出轴连接；凸轮(5)，套装固定在所述第一轴(3)上；两个安装块(6)，分别对应垂直固定在两个支撑架(2)的侧壁上，两个安装块(6)之间固定有铰接轴(7)；连接块(8)，套设在铰接轴(7)上且与铰接轴(7)转动连接，连接块(8)的一侧倾斜设置；连接杆(81)，固定在所述连接块(8)的倾斜端，且与连接块(8)的倾斜端平行设置，连接杆(81)的顶部与所述凸轮(5)的底部接触；力锤(9)，固定在所述连接块(8)的水平端，且与连接块(8)的水平端平行设置。5.根据权利要求4所述的一种钢轨扣件松脱检测方法，其特征在于，所述步骤s2通过信号采集装置来采集力锤激励信号和钢轨垂向振动加速度信号，所述信号采集装置包括信号采集仪(10)、数据线(11)和传感器(12)；所述信号采集仪(10)与所述传感器(12)通过所述数据线(11)连接，用于采集钢轨垂向振动加速度信号，信号采集仪(10)与所述力锤(9)通过数据线(11)连接，用于采集力锤激励信号。

技术总结
本发明涉及轨道安全技术领域，具体公开了一种钢轨扣件松脱检测方法，包括以下步骤；S1，敲击钢轨轨顶；S2，采集力锤激励信号和钢轨垂向振动加速度信号；S3，根据采集的力锤激励信号和钢轨垂向振动加速度信号求得频响函数，根据频响函数获得伤损指标EAV值，进而与EAV阈值对比判断钢轨扣件松脱状况。本发明为无损检测方法，通过敲击钢轨，来采集力锤激励信号和钢轨垂向振动加速度信号的方式来获得钢轨伤损指标EAV值，进而与健康状态钢轨EAV阈值对比，判断该扣件松脱状况，整个检测过程无需人工巡检，提高了检测效率。提高了检测效率。提高了检测效率。


技术研发人员：宋瑞
受保护的技术使用者：南昌工程学院
技术研发日：2022.11.25
技术公布日：2023/3/7