[发明专利]高速无砟轨道的扣件松脱程度检测方法

说明书

本发明提供了一种高速无砟轨道的扣件松脱程度检测方法。该方法包括：获取高速无砟轨道上运行的车辆的轮对振动加速度信号，对轮对振动加速度信号进行Wigner‑Ville分布计算，得到时频矩阵；计算出时频矩阵的能量值，根据时频矩阵的能量值与正常情况下的能量值的差值构建能量指标；根据能量指标的数值大小得到高速无砟轨道的扣件的松脱程度信息。本发明的方法通过建立车辆‑轨道垂向耦合模型，仿真计算出扣件松脱下的车辆轮对振动响应，可以在扣件完全松脱前，识别出正在松脱的扣件区域和松脱的扣件个数。

技术领域

本发明涉及轨道交通基础设施安全检测技术领域，尤其涉及一种高速无砟轨道的扣件松脱程度检测方法。

背景技术

在高速无砟轨道中，扣件连接钢轨和轨道板，起到固定钢轨的作用，它是轨道结构中重要的组成部分。随着列车向高速重载化发展，轨道结构的轨下基础将受到很大的冲击和振动，导致扣件松脱。扣件松脱会加剧车辆和钢轨的振动，改变车辆-轨道耦合系统的动力学性能，影响列车运营的舒适性和安全性。现有的研究结果表明乘坐舒适度指标随轨下支承失效个数的增加而呈线性增大。钢轨扣件从接近完全松脱到完全松脱的过程中，对列车动态脱轨的影响呈指数规律增长。因此，对扣件松脱进行检测是十分重要。

在铁路实际运营中，对扣件状态检测主要依靠人工沿着线路进行排查。传统的人工巡检方法效率较低，并且工作时间受天窗时间的限制。目前，现有技术中利用机器视觉对扣件缺陷进行检测的研究较多，如WANG Ling等基于核二维主成分分析-二维主成分分析特征提取方法和支持向量机建立计算机视觉系统，用于检测扣件螺母的丢失；代先星等提出基于三维图像的铁路扣件缺陷自动识别算法，提高了识别准确率。

上述现有技术中利用机器视觉对扣件缺陷进行检测的方法的缺点为：该方法只能检测扣件的外观状态，即是否缺失和断裂，无法检测扣件松脱情况，而扣件松脱会导致钢轨的振动响应加剧。

发明内容

本发明的实施例提供了一种高速无砟轨道的扣件松脱程度检测方法，以克服现有技术的问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种高速无砟轨道的扣件松脱程度检测方法，包括：

获取高速无砟轨道上运行的车辆的轮对振动加速度信号，对所述轮对振动加速度信号进行Wigner-Ville分布计算，得到时频矩阵；

计算出所述时频矩阵的能量值，根据所述时频矩阵的能量值与正常情况下的能量值的差值构建能量指标；

根据所述能量指标的数值大小得到所述高速无砟轨道的扣件的松脱程度信息。

进一步地，所述的获取高速无砟轨道上运行的车辆的轮对振动加速度信号之前还包括：

设定高速车辆模型由车体、前后转向架和4个轮对组成，设定板式无砟轨道模型由钢轨、扣件、轨道板、砂浆层和路基组成，其中扣件和砂浆层用等效的刚度和阻尼系统代替，将所述高速车辆模型、板式无砟轨道模型通过轮轨之间的垂向作用力进行耦合得到车辆-轨道耦合模型；

在给定车辆运行速度的条件下，利用所述车辆-轨道耦合模型通过Hertz非线性弹性接触理论分别计算出在一个或者多个扣件松脱的情况下的轮轨垂向力，获取轮轨垂向力达到影响列车运行安全的极限值时扣件松脱个数，将该扣件松脱个数作为扣件个数的目标阈值N。

进一步地，所述的获取高速无砟轨道上运行的车辆的轮对振动加速度信号，对所述轮对振动加速度信号进行Wigner-Ville分布计算，得到时频矩阵，包括：

通过车辆上安装的加速度传感器获取车辆的轮对振动加速度信号，对轮对振动加速度信号进行Wigner-Ville分布计算：

Wigner-Ville分布的基本表达为：