[发明专利]一种基于惯性原理的轨面三角坑识别方法

说明书

本发明公开了一种基于惯性原理的轨面三角坑识别方法，该方法以轴箱振动信号为三角坑识别的数据来源。首先，基于惯性原理从轴箱加速度信号中识别出左右轨面垂向不平顺。然后，利用平方包络算法从不平顺数据中精准定位三角坑中心位置。最后，通过试验数据验证了所提出三角坑检测方法的有效性。该方法实现了轨面三角坑的关键参数识别，如三角坑位置、基长与幅值等，适用于将检测设备搭载于运营车辆从而实现三角坑智能检测与预警。

技术领域

本发明属于轨面检测技术领域，具体涉及一种基于惯性原理的轨面三角坑识别方法。

背景技术

列车经过轨面三角坑时作用在轮轨上的作用力会发生突变，从而引发车辆的侧滚和横摆，严重超限的三角坑将导致车辆转向架呈三轮支撑一轮悬浮的恶劣状态，列车倾覆、脱轨等风险将会大大加剧，这是对于列车行车安全的严峻挑战。因此，有必要开展运营线路轨面三角坑的常态化监测，及时发现超限区段并整改，以确保轨道健康，保障重载列车运输安全。

在现有的轨面三角坑检测方法中，现有的技术手段主要包括基于人工的静态检测和基于轨道检测车的动态检测。轨道检查仪和轨距尺是人工测量的主要工具，有一个优点是检测精度较高，但是还存在检测效率低且耗费大量人力物力，需要占用列车运营时间等缺点。现有的动态检测主要采用轨道检测车或综合检测列车，去除了静态检测方法耗费人力物力的不足，但使用成本较高，且不适合高密度线路的频繁测量，仍然很难满足轨面三角坑的常态化检测需求。综上所述，现有的轨道静态和动态检测方法均很难满足对轨面三角坑状态的快速、准确和及时的评估。因此，在运营车辆上安装检测装置并采集车辆关键部件动力学响应信号，开发相应的检测算法，是未来轨面三角坑检测技术的主要研究方向。

发明内容

为克服上述存在之不足，提出了一种基于惯性原理的轨面三角坑识别方法，其可以通过测量轴箱加速度信号，并基于惯性原理和信号平方包络计算方法，识别轨面三角坑产生的位置，具有精度高，不易受到环境影响等优点，可为判断轨道是否需要养护维修提供依据并提高检测效率。

为实现上述目的本发明所采用的技术方案是：提供一种基于惯性原理的轨面三角坑识别方法。其步骤包括：

步骤1）信号获取：采集车辆左右侧轴箱垂向加速度信号；

步骤2）数据预处理：使用低通滤波器对信号降噪并剔除异常监测数据；

步骤3）基于惯性原理分析振动信号：

步骤3.1）对预处理后的加速度信号使用积分滤波器进行二次积分，得到轨面垂向位移波动信号；

步骤3.2）采用最小二乘法去除积分后产生的趋势项，得到轨面垂向不平顺；

步骤4）使用平方包络算法处理得到轨面垂向不平顺的平方包络信号；

步骤5）根据轨面垂向不平顺的平方包络信号定位轨面三角坑；

步骤6）根据轨面三角坑所在位置，分别确定左右轨面的三角坑基长、幅值。

根据本发明所述的一种基于惯性原理的轨面三角坑识别方法，其进一步的优选技术方案是：在转向架的左右轴箱上安装加速度传感器来获得加速度信号。

根据本发明所述的一种基于惯性原理的轨面三角坑识别方法，其进一步的优选技术方案是：所述低通滤波器用于去除监测信号中的高频噪声干扰，同时剔除由于传感器缺陷及外界环境引起的异常监测信号。

根据本发明所述的一种基于惯性原理的轨面三角坑识别方法，其进一步的优选技术方案是：步骤3）中二次积分，如下式所示：

由积分定义可得：

（1）

（2）

由（1）和（2）可得：