[發明專利]一種軌道扣件損傷的監測方法

有效

• 申請號: 202011640568.1
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112829789B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 蔣吉清;蘇鑫杰;章亦然;蔡澤甬;吳熙;孫苗苗
• 申請（專利權）人: 浙大城市學院
• 主分類號: B61K9/08
• 分類號: B61K9/08
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 張羽振

本發明涉及一種軌道扣件損傷的監測方法，包括步驟：步驟1、鋼軌位移響應計算；步驟2、摩擦納米發電機輸出信號計算；步驟3、摩擦納米發電機實測。本發明的有益效果是：在實際運營軌道安裝摩擦納米發電機，將監測所得電信號與計算所得的輸出電壓時程曲線進行對比，推算扣件損傷情況，并結合多個摩擦納米發電機進行分析。直接對比模擬計算電壓和實測電壓，使用簡單便捷。該方法可以監測軌道扣件損傷情況，保障列車系統運營安全。并且利用摩擦納米發電機作為自供能傳感器，減少人工檢修耗費的人力物力。

技術領域

本發明涉及地下工程技術領域，具體說，它涉及一種軌道扣件損傷的監測方法。

背景技術

地鐵軌道在長期運營后，扣件作為連接鋼軌和軌道板的元件，在地鐵持續運行過程中，容易產生扣件彈條斷裂、脫落等情況，加劇地鐵車軌系統的動力響應，甚至影響列車的正常運行。因此研究扣件損傷的檢測方法，對于維護地鐵軌道安全和保護周邊環境，具有重要的指導意義和應用價值。

鋼軌扣件損傷后，其支撐剛度銳減，使得列車經過時鋼軌的振動響應發生較大變化，并且與扣件損傷位置和個數均有關聯。目前關于損傷扣件的檢測方法主要有：頻域信號處理法、圖像處理法和人工巡檢法等。還沒有利用扣件損傷改變局部鋼軌振動響應特性來進行監測扣件損傷位置的方法。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種軌道扣件損傷的監測方法。

軌道扣件損傷的監測方法，包括如下步驟：首先,通過車軌耦合理論計算和摩擦納米發電機理論計算，得到鋼軌下摩擦納米發電機在不同扣件損傷情況下的輸出信號規律；其次,在實際運營軌道中安裝所述摩擦納米發電機，使用巡檢車在非運營時段巡檢，記錄每個摩擦納米發電機輸出電信號，在不同扣件損傷情況下的輸出信號規律圖中找到對應扣件損傷狀況。

作為優選，具體包括如下步驟：

步驟1、鋼軌位移響應計算：

建立列車-鋼軌-道床耦合計算有限元模型，其中車體采用10自由度多剛體列車模型，即車體和轉向架考慮豎向與點頭位移，輪對只考慮豎向位移，轉向架和輪對、車廂和轉向架之間分別用一系和二系懸掛連接；鋼軌采用柔性實體模型，鋼軌下方扣件等距離離散分布，采用彈簧-阻尼單元模擬；道床和襯砌采用剛性模型；鋼軌狀態理想，不考慮軌道不平順；

選取多種扣件損傷工況，其中包括扣件損傷個數及扣件損傷位置，扣件損傷時扣件與鋼軌脫離剛度取值為0；通過列車-鋼軌-道床耦合計算有限元模型進行計算，獲得兩個扣件之間的中點位置，即摩擦納米發電機安裝位置的鋼軌位移時程曲線z(t)；

步驟2、摩擦納米發電機輸出信號計算：

摩擦納米發電機的輸出信號根據下式計算

其中d₀＝d₁/ε_r1+d₂/ε_r2為有效厚度常數，d₁(d₂)和ε_r1(ε_r2)分別為尼龍和PTFE的厚度和介電常數；ε₀為真空中的介電常數，σ為介電材料表面的電荷密度，R為外接電阻大小，S為摩擦對的面積，D(t)為摩擦對間隙，按下式計算

其中z(t)為監測位置的鋼軌位移，A為摩擦對的初始間隙，摩擦對初始間隙根據計算結果取值，應大于無扣件損傷時的鋼軌位移，小于多個扣件損傷時的鋼軌位移；

采用數值積分的方式，可以得到在監測位置的摩擦納米發電機的輸出信號與扣件損傷個數和位置的關系，制成扣件損傷情況與摩擦納米發電機輸出信號對應的表格，并檢查表格中是否有不同損傷工況下摩擦納米發電機輸出信號接近，若有，則改變摩擦對初始間隙并據此重新計算每種工況并制作表格；