[发明专利]一种识别轨道交通车轮轮辋裂纹故障的机理诊断方法

说明书

技术领域

本发明属于轨道交通安全保障技术领域，具体涉及一种识别轨道交通车轮轮辋裂纹故障的机理诊断方法。

背景技术

轨道交通的钢制车轮接触轨道的圆周表面称为踏面，踏面向车轮轴中心(轮芯)延伸的到轮辐之间的部分称为轮辋。因为轮辋存在内部缺陷，在运转中出现轮辋裂纹，沿着轴向和周向扩展成为很长和很宽的断裂带，有的断裂带发展到在车轮的侧面露头，有的断裂带发展到在踏面露头，最终导致车轮断裂带朝向踏面的部分整体崩落，引起车轮脱轨和更大的事故。这种轮辋裂纹故障所导致的事故远大于踏面剥离、擦伤等故障所导致的危害，因此需要及时发现、维修或更换车轮。

为了识别轮辋裂纹，已经有多种技术手段。

其一是静态条件下，对车轮进行X射线探伤，但仅在制造厂具备该手段，用于对出厂的车轮进行监测，而营运部门则不具备这种昂贵而且有危及人身安全的手段。

其二是营运部门普遍采用的静态超声波探伤，多数超声波探伤能发现距离踏面10mm以远的裂纹，但不能克服不能发现10mm以内的盲区；还有磁性探伤，则能识别接近露头的裂纹。这些探伤手段因为需要到车辆维修车间停车监测，而且操作较为复杂、烦琐、费时，故不能频繁使用，一般均为每隔几个月探测一次。这就不能及时发现在此时间段中发生的轮辋裂纹。

其三是安装在轨道旁边的、监测通过的车轮状态信息的“火车轮对探伤机”“火车轮毂探伤机”等装置，即使不问其发现故障的能力，仅因其昂贵而且只能检测低速通过的车轮，便不能在铁路沿线使用，只能在火车进库线旁使用，而不能防范在行车途中出现险情。

其四是在基于广义共振/共振解调原理的走行部故障车载诊断装置中，以踏面故障诊断的形式，将所能引起轮轨冲击的轮辋裂纹故障作为踏面故障的一种予以诊断报警。问题是：虽然距离踏面深度在20mm以内的、发展较久的、位于经常接触轨道的踏面下面的、轴向尺寸较宽的轮辋裂纹能够以踏面故障的方式报警，如图1，但轴向尺寸较窄的、位于车轮外侧的、深度大于20mm的、初生的轮辋裂纹却不能被故障车载诊断装置以踏面故障的方式实现诊断报警，如图2。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能识别轨道交通车轮轮辋轴向尺寸较窄的、位于车轮外侧的、深度大于20mm的、初生的裂纹之机理诊断方法。

车辆在轨道上行驶时，车轮踏面不是以其全部宽度全面接触轨道的，因为轨道的顶部不是平面，而是近似圆弧形的，车轮的踏面也不是圆柱形，而是梯形，它在某一瞬时与轨道的接触面是梯形踏面的某一个圆周，在下一瞬时可能变为另一个圆周，这是因为车辆行驶时存在忽左忽右的“蛇行”运动方式。但大多数时间是车轮梯形踏面的中间一个带状部分经常接触轨道，如果轮辋裂纹沿轴向很窄，则因为蛇行，其对应的踏面有时位于轨道上，有时不在轨道上；当轮辋裂纹位于车轮踏面的外侧，则其对应的踏面经常不位于轨道上，只有在蛇行时可能而偶然落在轨道上。

基于广义共振/共振解调原理的走行部故障车载诊断装置中，以踏面故障诊断的形式，将所能引起轮轨冲击的轮辋裂纹故障作为踏面故障的一种予以诊断报警的方法是，鉴于包括轮辋裂纹在内的几乎所有的裂纹都是材料局部因为应力集中、承受不了强大的后续应力而拉断的，裂纹面都是粗糙的，从车轮本体因轮辋裂纹而裂开的那部分材料在承受轮轨碾压时变形而与未开裂的本体之间相对滑动、摩擦，使裂面两边的粗糙面不断有微粒失落，将开裂部分顶起而使对应的踏面微微鼓出；踏面的故障产生冲击信息的机理，在于高刚度轮轨材料表面的不平顺在高速滚动时不免发生跳跃：剥离、擦伤踏面缺失材料处碾压轨道时将导致车轮跌落冲击，并降低轮芯的高度；而当车轮的未损伤面滚动到轨道上时，车轮的轮芯受迫升高，在车轮的损伤与正常过渡处接触轨道的瞬间发生突变式的车轮位移，该变化具有很快的并很快变化的速度、加速度，于是出现加加速度，即出现冲击纵波。由于距离踏面很近的轮辋裂纹也能引起对应的车轮踏面与轨道发生如同踏面表面损伤所引起的冲击，因此能被监测踏面损伤的故障诊断方法当作踏面故障予以诊断报警。其具体方法是：

利用轨道交通车辆走行部车载故障监测装置的振动、冲击复合传感器检测车轮轴箱的振动和冲击，经过监测装置的振动滤波和冲击/共振解调预处理，进行按照采样频率fc为车轮转速频率fn之C倍频的转速跟踪采样，获得车轮转动G个踏面周期的、分离为振动样本V(i)或/和共振解调样本S(i)，诊断踏面故障的步骤为：

01：对样本S(i)作FFT，若存在踏面特征谱号pn的离散性踏面3阶谱线，则确认存在踏面故障；