[發明專利]基于軸箱振動頻域特征的車輪多邊形檢測方法及終端設備

有效

• 申請號: 201810380770.1
• 申請日: 2018-04-25
• 公開（公告）號: CN108593315B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 宋穎;謝曉芩;杜彥良;孫寶臣
• 申請（專利權）人: 石家莊鐵道大學
• 主分類號: G01M17/10
• 分類號: G01M17/10;B61K9/12
• 代理公司: 石家莊國為知識產權事務所 13120
• 代理人: 郝偉

本發明涉及鐵路安全監測技術領域，公開了一種基于軸箱振動頻域特征的車輪多邊形檢測方法及終端設備：獲取車輪的運行速度v1、v1時軸箱的加速度振動主頻率值f1和軸箱的加速度功率譜密度SX1；根據f1和理想圓順車輪作用下軸箱的加速度振動主頻率值f2，判斷車輪是否存在多邊形化損傷；若車輪存在多邊形化損傷，結合預設的第一特征表、v1及f1，判斷車輪的多邊形化損傷類型；根據車輪的多邊形化損傷類型，結合預設的第二特征表及SX1，判斷車輪的磨耗深度。該方法通過在頻域角度分析高速鐵路列車運行時的軸箱加速度與車輪損傷類型及損傷程度的關系，解決了現有車輪多邊形檢測技術中存在的無法同時檢測高速運行的鐵路列車車輪多邊形類型和損傷程度的問題。

技術領域

本發明涉及鐵路安全監測技術領域，特別是涉及一種基于軸箱振動頻域特征的車輪多邊形檢測方法及終端設備。

背景技術

隨著我國軌道交通的跨越式發展，鐵道車輛的車輪在運用一段時間后會因滾動接觸、牽引制動和車輛振動等多種因素影響而形成車輪多邊形化現象，即車輪圓周在不均勻磨耗等因素作用下形成的周期性徑向偏差。早在20世紀80年代就有人詳細描述了荷蘭鐵路出現的車輪多邊形現象，1998年震驚世界的德國ICE(InterCityExpress，城際特快列車)列車脫軌事故，其原因就是輪轂材料磨損產生了車輪多邊形現象，導致輪箍疲勞斷裂，造成101人死亡，194人受傷。高速情形下，即使幅值微小的車輪多邊形也可能引起輪軌間強烈的沖擊振動，對列車運行的平穩性、安全性和乘坐舒適性產生不容忽視的影響。

由于車輪多邊形化的磨耗深度一般在毫米級別，肉眼檢測十分困難，根據測試原理的不同，目前國內外列車車輪運行狀態檢測有位移法、圖像法、振動加速度法、超聲遙測法、激光傳感器法、噪聲檢測法和機械外形監測法等，基于這些方法的監測系統大多把傳感器安裝在軌道上實現一對多的監測模式，并且主要用于低速時的車輪扁疤檢測。

以申請號為CN201710845323.4的發明專利為例，該方法公開了一種基于輪軌垂向力的車輪多邊形識別方法及其裝置，可對經過該監測路段的車輛進行實時監測和損傷評判，但該方法的實現需要將傳感器安裝在軌道上實現一對多的監測模式，只能對經過鋪設有傳感器的路段的列車進行車輪狀態的檢測，且通過該方法只能判定車輛的車輪是否出現多邊形以及多邊形的類型，無法確定車輪的磨耗深度。

除上述提到的車輪狀態檢測方法之外，車輪故障引起的車輛異常振動還能在列車的軸箱直接體現，相比其它一些方法，通過測量軸箱振動加速度進行車輪損傷檢測，測量方便、不需要專用車輛、測試裝置成本較低。但目前從該角度反饋車輪多邊形故障和狀態評估的研究較少，李奕璠等發表在期刊《振動、測試與診斷》2016年04月期的《基于Hilbert-Huang變換的列車車輪失圓故障診斷》利用軸箱加速度和信號處理算法檢測車輪多邊形損傷，但無法識別車輪多邊形的磨耗深度。

發明內容

本發明要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提供一種基于軸箱振動頻域特征的車輪多邊形檢測方法及終端設備。

為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是：

本發明實施例的第一方面提供了一種基于軸箱振動頻域特征的車輪多邊形檢測方法，該方法應用于鐵路列車，所述鐵路列車包括車輪和軸箱，該方法包括：

獲取所述車輪的運行速度v1、在所述運行速度下所述軸箱的加速度振動主頻率值f1和所述軸箱的加速度功率譜密度SX1；

根據所述f1和預設的理想圓順車輪作用下所述軸箱的加速度振動主頻率值f2，判斷所述車輪是否存在多邊形化損傷；

若所述車輪存在多邊形化損傷，結合預設的第一特征表、所述v1及所述f1，判斷所述車輪的多邊形化損傷類型，其中，所述第一特征表為所述車輪多邊形化損傷類型與所述車輪的運行速度、所述軸箱的加速度振動主頻率值的對應關系表；