铁路铁轨振动与尺寸检测三维光学测量方案

快讯 来源: 2021/1/29 4:46:27 阅读:225

振动测量与试验一直工程技术界重视的课题,对于速度和舒适感要求严苛的交通运输来说尤为重要。振动直接影响高铁动车的运行稳定性、安全性和人体感觉的舒适性,也对于结构设备生产的精确性和有效性产生直接影响。

近年来,随着动车和高铁的提速,对铁路的稳定运行提出了新的要求,而铁轨受到机车的激励而产生受迫振动,振动量级过大会使铁轨产生裂纹、疲劳、断裂;铁路钢轨的三维尺寸,包括轨向、高低和轨距等平顺性指标,直接影响着列车行车安全。

 

铁轨测量需求

铁轨具有承受车轮的巨大压力并将其传递到轨枕上,同时引导机车车辆车轮前进的功能。铁轨为车轮提供连续、平顺和阻力最小的滚动表面,并提供更能较好的粘着牵引力。及时检测负载过程中铁轨的振动情况,防止因过激振动出现裂缝和断轨的情况,有助于确保铁路运输的安全和畅通。

 

铁轨的平顺性直接影响列车运行的质量。使用新拓三维XTOM三维扫描仪,可以对结构复杂的接驳轨道进行三维数据采集,得到设计值与测量值之间的偏差,通过检测分析出轨道的中线坐标、轨面高程、轨距、超高、扭曲等参数;并在以上参数的基础上,自动计算出轨道的轨向、高低等平顺性指标准确查找出需要进行维修的里程点。

 

轨检小车

铁轨部件测量难题

对于列车的轨道负载的振动,铁轨的平顺性,行业都有严格的控制标准,如何准确测量这些参数,是铁路领域科技工作者关心的技术难题。采用试验场景模拟测试、三维尺寸精度验证是目前主要测量方法和手段。

传统振动测量方法主要是在铁轨的中性截面上粘贴上应变片,通过测量铁轨局部变形,来检测结构件的振动情况;通过测量负载过程中弹条的位移来检测振动情况。

应变片方法的主要缺点在于铁轨、弹条上粘贴的应变片容易脱落,故障率高,且应变片反映的是钢轨、弹条的局部应变,测量精度受到了限制。

对于铁轨三维尺寸检测来说,通常采用铁轨检测小车,检测铁轨的几何状态,轨道调整量计算,查找出需要进行维修的里程点进行轨道维护,但复杂结构轨道数据结果波动大,需要进行精度验证。

三维光学测量方案

新拓三维光学测量方案,是结构振动、三维尺寸检测的理想分析工具,高分辨率XTDIC系统可记录结构件在各种情况下(从静态荷载到动态荷载条件)的振动位移情况,数据稳定,操作简便。XTOM三维扫描仪测量精度高,即使是结构复杂的接驳处铁轨,也可以通过扫描获取精确的三维数模,测试数据直观地呈现,以便做进一步的偏差分析评估。

1、铁轨振动检测

在模拟高铁列车驶过铁轨的场景下,测量铁轨振动过程中表面关键点坐标及位移,对激励下铁轨结构件振动特性进行分析。

 

铁轨标志点布置

测量幅面为400mmX300mmXTDIC测量头搭配高速相机(2048X1536)进行观测,人为施加上下方向载荷、前后方向载荷,模拟高铁驶过加载过程,测量关键点的三维坐标及位移变化。(相机采集频率5000帧)

铁轨振动模拟测试现场

1)上下敲击

给铁轨施加向下的载荷,上下方向位移变形明显,最大峰值0.6mm左右,载荷施加后振动逐渐衰减,直到振动停止。

 

铁轨上下方向位移

2)前后敲击

给铁轨施加前后方向的载荷,上下方向位移变形明显,最大峰值0.1mm左右,载荷施加后振动逐渐衰减,直到振动停止。

 

铁轨上下方向位移

2、铁轨三维尺寸检测

使用新拓XTOM三维扫描仪,对铁轨进行快速扫描,用于对新的轨道铺装进行分析验证,以及为运行中的轨道检修提供数据依据,同时验证铁轨检测小车扫描的精度。

 

铁轨接驳处三维扫描

对指定一段轨道进行扫描,之后和其它厂家扫描的数据进行比对。XTOM三维扫描仪调整为0.5mm分辨率进行扫描,在细节呈现精细度和测量精度方面,都获得了客户的认可。

通过对铁轨进行扫描和数据采集,通过计算和预处理得到铁轨的三维数模,从而便于验证检测小车的测量精度,比对设计值与测量值之间的偏差。

 

铁轨接驳处三维数模

通过对铁轨进行动力学试验,研究载荷下结构件的应力特征及疲劳性能,得出在疲劳寿命内结构件的等效应力范围的正态分布,进一步验证铁轨结构件有限元分析数据,为构件在高频振动下的动力学性能研究提供参考。

由于铁路运行减振降噪要求的提高,行业对轨道平顺性方法的研究愈加深入,此次试验采用新拓三维光学测量方案对铁轨进行测试,可以更好地分析结构材料在负载情况下的振动特性和减振效果,保障铁轨的平顺性,减少振动对沿线环境的影响,提升乘客的出行舒适感

另外,在轨道交通领域中的应用,除了铁轨振动测试和尺寸测量,新拓三维光学测量方案还可用于混凝土材料、沥青混合料、复合材料等的抗压强度、耐久性以及变形特性测试;车辆重载产生路面变形的测试,评估车辆行驶阻力和通行性能;锻铸件、钣金件、发动机零部件的质量检测,冲压件、精密模具的三维测量,助力轨道交通的安全高效运行

 

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