[发明专利]一种基于应变量测反演变形加速度响应的轨距动态变化监测装置与设计方法

说明书

一种基于应变量测反演变形加速度响应的轨距动态变化监测装置与设计方法，属于高速铁路基础设施安全监测技术领域。轨距动态变化监测装置通过在铁轨翼缘处安装一个单自由度体系监测铁轨变形，包括单自由度体系和外罩。单自由度体系中的质点固定在杆件的一端，杆件的另一端固定在铁轨的翼缘处；加速度传感器A固定在质点的一侧，用于感应列车通过时质点总的加速度响应；加速度传感器B固定在杆件与铁轨翼缘相连的一端，用于捕捉环境的卓越频率；应变片粘贴于杆件与铁轨翼缘相连的一端，用于获得单自由度体系的应变进而获得质点的相对位移。本发明成本低，测得的位移值可靠，监测速度快，结果精准有效；结构精小，实时监测，保证铁路交通运行的安全。

技术领域

本发明属于高速铁路基础设施安全监测技术领域，提供了一种利用质点的相对运动监测铁轨在列车通过时及其它外噪声影响下轨距变化的监测装置与设计方法。

背景技术

铁路线路是我国运输业的基础设备，在高速铁路线路里程不断增加，铁路运输、高铁和地铁的大力发展背景下，随着使用年限的增加，由于铁轨受到列车载荷的影响，将会造成铁轨横向的位移变形，从而导致轨距等参数超过建设初期的安全设计指标，造成列车运行的不平稳，产生铁轨侧面和轮缘的磨耗，会产生一系列事故隐患。铁轨轨间距的变化对高速运行的列车会产生很大的危害，将直接影响到列车是否能安全的运行，关系到国家和人民的生命财产的安全。为预防因线路老化问题带来的重大事故的发生，需要准确、可靠的监测轨距，从而将铁轨轨距限制在其规定的规格内，对铁轨进行维护，从而维持列车高效、无间断、安全地运行。目前，监测铁轨轨距常用的方法是轨检车与量距仪。轨检车由检测装置和数据处理系统两大部分组成，检测装置包括：惯性基准轨道不平顺测量装置、光点轨距测量装置和多功能振动测量装置等。但是此方法耗费大，系统较为负载，是传统的测量方法。量距仪通过在两轨道间安装量距仪，来测量轨距的变化，但是该方法操作起来较为繁琐，并且精度不高。这些传统方法都不能在列车通过时动态测量实时轨距，因为需要一种可以方便、简单、低成本、高效的动态以及实时的监测铁轨轨距的方法。

发明内容

本发明要解决的技术难题是准确的测得铁轨变形加速度响应，克服直接用加速度传感器贴到铁轨翼缘处的一系列缺陷。直接用加速度传感器贴到轨道翼缘处的缺陷有两个方面：一是加速度的信号来源有很多，由加速度变形引起的加速度信号只是其中的一类。除此之外，还有脉冲、声波等引起的加速度信号，然而我们需要捕捉的是由铁轨变形引起的加速度信号；二是这些由非位移引起的加速度信号往往是高频的，由此进行积分获得的位移是不准确的。本发明目的是有效的捕捉由铁轨变形导致的加速度信号。

本发明的技术方案：

一种基于应变量测反演变形加速度响应的轨距动态变化监测装置，所述的轨距动态变化监测装置包括单自由度体系2和外罩3，单自由度体系2固定在铁轨1的翼缘处，外罩3将单自由度体系围罩起来并且固定到铁轨翼缘处，用于保护单自由度体系2。

所述的单自由度体系2包括质点4、杆件5、应变片6、加速度传感器A7、加速度传感器B8。所述的质点4为球形实体，质点4固定在杆件5的一端，杆件5的另一端固定在铁轨1的翼缘处。所述的加速度传感器A7固定在质点4的一侧，用于感应列车通过时质点4总的加速度响应；所述的加速度传感器B8固定在杆件5与铁轨1翼缘相连的一端，用于感应列车通过之前外界环境中的加速度响应。所述的应变片6粘贴于杆件5与铁轨翼缘相连的一端，用于获得单自由度体系2的应变进而获得质点4的相对位移。