基于SOPC的钢轨断面高速测量系统

随着我国高速铁路的快速发展,对钢轨断面高速检测技术的需求变得越来越迫切.本文以三角形摄影测量原理和片上可编程(SOPC)技术为基础,利用亚像素图像处理算法、NIOS Ⅱ处理器和以太网接口等IP软核技术,实时采集和并行处理钢轨图像,实现了多路钢轨断面的高速高精度在线测量.文中论述了基于SOPC与PC协同的高速高精度图像处理系统设计,并给出了系统原型机的试验验证.     

基于计算机视觉的钢轨磨耗自动测量技术的研究

在各种决定钢轨伤损的参数中,钢轨头部的磨耗值是最主要的参数之一.钢轨磨耗是否超限直接决定钢轨是否需要更换或打磨,因此,精确快速地测量出磨耗值对于钢轨的维护及行车安全是非常重要的.本文讨论了光取断面法在钢轨磨耗的自动测量系统中的应用,全面地阐述了系统的工作原理及解决方案.实践证明:本系统具有实时测量、速度快、精度高等特点.     

基于微分算子的钢轨断面图像处理

研究了铁道钢轨断面图像处理中的计算机视觉问题．对于钢轨断面图像特征提取的处理，提出了基于微分算法的三种特征提取算子(Roberts算子、sobel算子、LoG算子)．运用此三种算子对列车行进中采集到的钢轨断面图像分别进行处理，比较分析处理后的结果。找到了一种实用的断面图像处理新方法．该方法有效地解决了处理精度和运算速度之间的矛盾问题。而且处理后的图像有较高质量．     

U75V热处理钢轨滚动接触疲劳裂纹和磨耗试验

对U75V热处理钢轨进行不同通过总重时的表面观测、取样、磨耗测量、实验室疲劳裂纹长度与深度显微照相以及断面硬度测量,分析钢轨的轨距角滚动接触疲劳裂纹、磨耗和硬度的关系.研究发现,轨距角疲劳裂纹的发展包括裂纹快速萌生和扩展、裂纹-磨耗共存和发展、磨耗控制裂纹三个阶段.轨距角的裂纹向钢轨内部扩展,裂纹与钢轨纵向水平线呈10.8°~29.4°.硬化层硬度在340~360 HB及以上时,磨耗发展率小于0.015mm·Mt-1,而疲劳裂纹萌生扩展较快,应考虑钢轨上道后至通过总重5~10 Mt期间实施新轨预打磨、通过总重30~60 Mt时实施预防性打磨,以平衡磨耗与裂纹的关系.同时,U75V热处理钢轨具有340~360HB及以上硬度的硬化层厚度应大于10mm.     

钢轨在线热处理过程同步逆模控制系统研究

目的控制钢轨在线热处理过程中钢轨头内的分布参数温度,使钢轨头等温转变为均匀的细珠光体组织。方法①将钢轨热处理过程中的分布参数温度系统处理成集中参数温度模型,并用逆模型控制方法进行控制;②采用对钢轨表面温度进行偏离度补偿的方法来测量钢轨集中参数温度;③提出了单元冷却器控制信号的切换速度与钢轨的运动速度一致的同步切换控制方法。结果表明初始温度在620~820℃随机分布的60 kg/m2碳钢轨,6 s后钢轨断面平均温度偏差可以控制在±10℃范围内,符合实际工艺条件;解决了钢轨在线热处理中金相组织均匀等温转变的控制问题以及钢轨首尾温差和通长温度分布不均的控制问题。结论钢轨的等温转变温度是最重要的被控参数,等温转变温度越低,处理后的钢轨硬度越高。     

由接点坐标计算断面几何特性

构件横断面的几何特性,在工程结构中非常重要。而对于象钢轨及型钢断面特性的计算,因要求精度高,故以往计算的工作量很大。由于大多数比较复杂的断面,有的是由若干直线组成,有的是由若干直线及若干不同半径的圆曲线组成。为便于应用电子计算机对这些断面特性进行精确计算,作者根据曲线积分理论,导出了由断面周边接点坐标表示的断面面积、面积矩、惯性矩及惯性积的计算公式,并编出了相应的电算程序。作为应用实例,对我国自己设计的每米60公斤及60AT异型钢轨断面几何特性进行了计算,并和用其他方法计算的原有结果作了比较。     

轨道板损伤对桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道力学特性的影响

基于轨道板与底座板分离,建立了考虑轨道板损伤的CTRSⅡ型板式无砟轨道与桥梁相互作用力学模型,并采用有限单元法求解,分析了轨道板全断面开裂和更换轨道板对大跨度连续梁桥上钢轨、底座板、剪力齿槽、桥梁墩台及砂浆受力的影响.结果表明:轨道板全断面开裂后钢轨、底座板的纵向力增加,最大增幅分别为22.55和131.48 k N,轨道板纵向力则降低,剪力齿槽、桥梁墩台的纵向力变化很小;轨道板全断面开裂对钢轨和底座板纵向受力影响范围分别为32~50 m和24~36 m;桥梁伸缩或列车制动作用下全断面开裂位置的砂浆阻力接近其极限阻力,为避免砂浆开裂应及时更换轨道板;更换轨道板对底座板纵向受力影响最大,建议轨道板进行更换作业的板温变化幅度控制在15℃以内.     

国外钢轨发展动态

前言钢轨是轨道的重要设备。因为制作钢轨要用大量钢材,投资大,并且它直接承受车轮的滚动,钢轨状态是否良好,直接影响线路质量,影响铁路通过能力和行车安全。近年来国外一些国家由于机车车辆轴重、运行速度和运量的提高,促使钢轨材质、断面及重量都有变化。一些国际铁路组织或国家通过维修线路和科学实验对影响钢轨使用寿命诸因素加深了认识。因而采取了一些新措施,相应地制定了一些新规章。本着洋为中用的原则,下面介绍国外在发展钢轨方面的一些情况及倾向。     

道砟胶分段固化道床动力性能测试与分析

为解决有砟-无砟轨道过渡段病害较严重的问题,在部分线路上采用道砟胶分段固化道床技术控制道床的沉降。道床固化后,对过渡段固化道床进行动态测试。研究结果表明:道砟胶分段固化后的线路满足安全性指标;分段固化后的道床动态刚度逐段增大,道床局部黏结断面、部分黏结断面、全黏结断面分别达到91,126和273k N/mm,较有砟道床断面分别提高1.28倍、1.75倍和3.78倍;轮轨力、减载率、钢轨垂向加速度自有砟轨道至道床全固化断面逐渐增大;钢轨垂向位移、轨枕垂向位移、轨枕垂向加速度自有砟轨道至道床全固化断面逐渐减小,实现了从无砟轨道到有砟轨道的过渡效果。     

75kg/m钢轨接头夹板冲模设计

75kg／m钢轨接头夹板是兰州铁路局天水工务材料段在其他小型号接头夹板成功生产的基础上开发试制的一项新产品，该产品开发的主要任务是设计制作一套冲孔模具，以完成75kg/m钢轨接头夹板批量生产。由于75kg／m钢轨接头夹板断面形状特殊、孔距跨度大等结构上的特点，及受生产设备等条件的限制，我们通过采取加热一次连续两次冲压成型工艺方法进行了75kg／m钢轨接头夹板冲模设计，并达到了预期的效果。     

不同轴重下轮轨损伤行为研究

利用MMS-2A摩擦磨损试验机开展轮轨滚动接触模拟试验,探讨研究了轮轨试样在不同轴重下的损伤特性.结果表明:轴重的增加使得轮轨间摩擦系数变大,车轮和钢轨的磨损加剧,其主要磨损机制由轻微剥落向严重剥落发展.随着轴重的增加,轮轨试样断面累积塑性变形厚度以及疲劳裂纹萌生的概率都显著增大.在相同轴重下,钢轨试样累积的塑性变形厚度较大,疲劳裂纹萌生的概率也大.随着轴重的增加,轮轨试样疲劳裂纹扩展速率变大,疲劳损伤明显加重.     

基于瞬态接触的地铁直线轨道波磨特性分析

为阐明地铁直线轨道上的异常波磨现象,从轮轨滚动接触层面研究钢轨波磨特性。首先,调研实测线路波磨特征,并建立三维轮轨滚动接触有限元模型;然后,分析轮轨黏滑特性以及轮轨接触和钢轨磨耗特征,以期从微观瞬态角度解释钢轨波磨的演化过程;最后,结合系统稳定性分析,从宏观上表征钢轨波磨的发展趋势。研究结果表明,在无波磨工况下,轮轨接触未出现黏滑过程,因而钢轨波磨不会形成;在波磨工况下,轮轨接触出现了轻微的黏滑运动,进而促使初始波磨继续发展。对于轨面接触区域中的固定节点,其所在断面的应力和应变最大值会随着车轮运行逐渐从次表面转移至表面,由于断面损伤易发位置与应力和应变最大值密切相关,因此,损伤易发位置也会在次表面首先形成并逐渐转移至表面,这从微观角度说明波磨断面波峰/波谷的形成是一个由下而上的损伤累积过程;在车轮单次运行后,波磨区域发生了明显的不均匀相对滑移,进一步说明初始波磨仍处在发展过程中;轮轨系统不稳定振型对应频率与实测波磨通过频率相近,表明初始波磨将随着车轮运行逐渐加剧。     

光纤光栅在轮轨作用力监测中的应用研究

轮轨相互作用力的长期监测对保障列车的安全运营具有重大意义,而传统的轮轨作用力检测手段,如车载检测及地面测试等,均难以满足长期实时监测的需要.为此,提出了一种基于光纤光栅的轮轨力长期监测方法,通过在钢轨跨中断面的3处不同部位粘贴光纤光栅传感器,采集列车通过时的钢轨修正应变,结合现场标定的轮轨力-钢轨应变线性关系,可长期实时获取轮轨相互作用力.布设了室外监测试验平台,对该测试方法进行了试验验证,并于北京地铁14号线构建了轮轨力长期监测示范工点,为线路安全运营提供了指导.监测结果表明,在轨道交通正常运营条件下,光纤光栅传感器可以很好地捕捉轮轨间相互作用力的动态变化趋势,且能够较为准确地反映轮轨力测试幅值.     

重轨万能轧制过程金属三维流动的复合分析法

利用MSC.Marc大变形有限元仿真软件进行轧制过程数值模拟;通过X、Y方向位移云图切片技术分析金属流动规律,并用横向切片轮廓节点的"时间位移"图对变形过程进行细化分析,获得轧制后钢轨的轨高、头宽、腰厚及底宽等钢轨断面关键尺寸信息;通过Z方向位移分析优化延伸率的分配。结果表明:用该方法对依靠经验设计的重轨万能轧制孔型进行优化,缩短了产品孔型开发时间,节约了孔型开发成本,提高了产品轧制精度。     

板式无砟轨道钢轨共振特性影响参数敏感性分析

为研究无砟轨道钢轨pinned-pinned共振影响因素,基于周期性支撑梁结构振动计算理论,建立板式无砟轨道振动实体有限元模型,采用单参数敏感性分析方法,分析了无砟轨道结构参数对钢轨pinned-pinned共振特性的影响,并计算了各参数的敏感度系数.研究结果表明:扣件间距的改变会引起钢轨pinned-pinned共振特性的明显改变,属于敏感参数.钢轨类型对钢轨pinned-pinned共振频率的敏感度系数相对较小,但仍在较敏感范围内.扣件刚度、阻尼及轨道板弹性模量对钢轨pinned-pinned共振频率几乎没有影响,属于不敏感参数.在钢轨表面附加约束阻尼结构会降低钢轨共振振幅,但几乎不改变钢轨的共振频率.受扣件间距的影响,无砟轨道钢轨pinned-pinned共振频率低于有砟轨道钢轨.     

安装阻尼板的钢轨减振性能试验研究

在钢轨表面粘贴由高阻尼材料和约束板材构成的复合阻尼板可以减小钢轨的振动.为探讨阻尼板钢轨的减振效果,在北京地铁13号线西直门-大钟寺段的钢轨上安装了阻尼板,并对有阻尼板和无阻尼板的钢轨及桥面板进行了测试对比.试验结果表明,在钢轨上安装阻尼板后钢轨轨腰的峰值加速度降低了6～7 dB,具有一定的减振效果.     

钢轨电位分布模型及仿真

随着电力机车牵引电流不断增大,钢轨电位过高成为突出问题.本文通过建立直供方式下钢轨电位的分布参数模型,并用MATLAB进行仿真,得出了钢轨上电位和电流的分布情况.分析了主要参数对钢轨电位分布的影响;考虑机车本身的影响,引入了机车系数来修正钢轨电位峰值.最后给出了在通常情况下钢轨电位计算值和实际值的比较,验证了模型的正确性.     

数学形态学梯度算子的钢轨端面几何特征测量

针对传统的接触式钢轨端面几何特征测量误差大且测量结果不稳定的问题,基于数学形态学梯度算子的方法实现钢轨端面几何特征的非接触测量.测量采用工业CCD数码相机采集钢轨端面图像数据,将其灰度处理并得到图像的二值矩阵,用数学形态学运算获得钢轨端面图像的边缘,结合Sobel梯度算子实现钢轨端面几何尺寸的测量.测量数据显示,该方法可获得比较准确的钢轨端面几何特征测量值.     

轨下基础参数对钢轨动力响应的影响

以钢轨动力响应周期解析法为理论基础,采用双层弹簧阻尼支承的Timoshenko梁为轨道的力学模型,从时域和频域两方面计算分析了钢轨垫层刚度、轨枕质量、轨枕垫层刚度、钢轨垫层阻尼、轨枕垫层阻尼及轨枕间距对钢轨点动力响应的影响.随着钢轨垫层刚度和轨枕垫层刚度的减小,钢轨的振动响应增大;随着轨枕质量的增大,钢轨的振动响应减小;随着轨枕间距的减小,大部分频段内的振动响应减小,小频段内的振动响应值增加;钢轨垫层阻尼、轨枕垫层阻尼对钢轨的振动响应基本不产生影响.     

剪切型减振器下钢轨振动衰减率及阻尼器调谐分析

通过建立基于谱单元法的钢轨元胞模型,并结合Bloch定理,研究了采用剪切型减振器钢轨的垂向振动衰减率.在此基础上,分析了调频式钢轨减振器(TRD)对钢轨垂向振动衰减率的影响.研究结果表明,剪切型减振器自身的振动特性使钢轨垂向振动衰减率在500 Hz附近出现了新的峰值;铁垫板、轨下垫板对钢轨垂向振动衰减率的影响主要体现在500 Hz以上的高频;剪切型减振器对钢轨垂向振动衰减率的影响主要体现在400 Hz以下的中低频;TRD能够大幅度提高其自身工作频率(取决于TRD质量和刚度)附近钢轨的垂向振动衰减率,装有TRD的钢轨在200～400 Hz内的垂向振动衰减率较未安装TRD时普遍提高了5倍以上;增加TRD阻尼能够有效提高钢轨振动衰减率.