[发明专利]一种高速铁路轮轨动态接触状态的测定系统

说明书

技术领域

本发明涉及铁路运输技术领域。更具体地，涉及一种高速铁路轮轨动态接触状态的测定系统。

背景技术

我国是世界上高速铁路发展最快、运营里程最长、运营速度最高、在建规模最大的国家。截止2015年底，我国铁路运营里程已达到12.1万公里，其中高铁运营里程1.9万公里，占世界的60％以上，基本形成了以“四纵四横”为骨架的高速铁路网。我国高铁技术已经快速站到了世界前沿，实现了由“追赶者”到“引领者”的历史性跨越，正在引领世界高铁发展。

尽管我国高铁建设规模领先世界、高铁建造技术水平国际一流，然而由于我国高铁工程建设周期短，建造规模大，早期技术积累和运营经验不足。近年来，在我国高铁运营线路上涌现出了大量病害问题和现象，轨道方面病害：如开通时间较长的京津城际部分正线、到发线道岔存在曲尖轨侧磨，心轨鱼鳞纹等钢轨病害，磨耗及鱼鳞纹发展后将形成伤损，产生了安全隐患；京沪高铁开通后钢轨逐步出现波磨、顶面麻坑、鱼鳞纹等问题，且由于波磨引起弹条折断、“抖车”、轮轨颤振甚至轮轨脱空等亟需解决的病害现象；多条高速铁路累积400多组道岔出现尖轨纵向裂纹问题，严重威胁车辆运行安全，武广、京津城际、哈大、京沪等高速铁路频繁出现动车组构架横向加速度报警，至今总计出现报警400余次。以上病害的频繁出现，严重威胁高速铁路的安全运行，大大缩短了车辆及轨道部件的使用寿命，甚至导致了部分线路被迫降速，造成巨大的经济损失。

目前，针对上述病害，高铁养护维修部门只能采取频繁的轮对镟修、钢轨打磨措施进行定期整治，但整治效果不明显、轮轨相关异常现象反复出现，造成铁路工务、车务等部门疲于应对而又找不到有效措施。

这主要是由于对这些病害的发生及对轮轨动态接触关系的影响机理认识不清所导致的，但就目前的研究现状而言，现在还没有一种测试系统可以对轮轨动态接触状态进行准确测试，这严重制约了轮轨关系研究的发展。因此，亟需通过一种系统对轮轨的接触状态进行实时的测定。但由于高速列车行车速度快，轮轨接触状态瞬息万变，目前尚无可行的方式对其实时状态进行捕捉。

因此，需要提供一种能突破轮轨接触关系无法在线测试的技术瓶颈，实现轮轨动态接触状态的实时捕捉的高速铁路轮轨动态接触状态的测定系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高速铁路轮轨动态接触状态的测定系统。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种高速铁路轮轨动态接触状态的测定系统，该系统包括：

安装于减振构架上的数据采集系统、安装于车载控制平台中的数据处理系统和数据显示系统；

所述数据采集系统包括编码结构光图像采集单元和惯性测量装置；

所述减振构架通过顶部的固定装置与车厢底部连接，悬挂在转向架的构架的中央悬挂与轴箱悬挂之间的位置；

所述编码结构光图像采集单元正对左右轮轨接触区域且成包围结构；

所述编码结构光图像采集单元将其捕获的高清图像传输至数据处理系统，所述惯性测量装置将其测量得到的里程数据、速度数据和加速度数据传输至数据处理系统；所述数据处理系统根据高清图像、里程数据、速度数据和加速度数据，通过三维几何重构、表征参数识别和数据交互获得轮轨接触几何参数，进而获得包含轮轨接触关系和轮轨接触几何参数的轮轨关系谱；所述数据显示系统通过人机交互界面实时显示高清图像、里程数据、速度数据、加速度数据和轮轨关系谱，并实现报警预警和即时通讯，该人机交互界面可现实轮轨接触关系显示、轮轨接触几何参数显示和里程、速度、加速度显示的任意切换，轮轨接触关系包括车轮踏面测量参数、钢轨廓面测量参数和轮轨接触几何测量参数，轮轨接触几何参数包括轮对横移量测量参数、轮对摇头角测量参数和车轮侧滚角测量参数。

优选地，所述编码结构光图像采集单元包括编码结构光投影仪和与之匹配的高清高速摄像机，所述编码结构光投影仪对车轮、钢轨以及轮轨接触区域投射编码结构光栅条纹面，所述高清高速摄像机对所述编码结构光栅条纹面进行捕捉拍摄，捕获高清图像。其中，编码结构光投影仪的分辨率>1024*768、投影距离50-100cm、频率不低于120Hz，可外部触发；高清高速摄像机的最高像素分辨率≥1000×1000、帧率≥500fps、最大曝光时间≤3μs、像素精度≥10Bit。