智能轨道守护神

第二届“互联网+”大学生创新创业大赛西安理工大学参赛作品智能轨道交通技术有限公司11产品研制11前言111背景及意义铁路运输在我国的交通运输系统中占据着非常重要的地位，轨道作为列车运行的基础，是直接承受机车车辆各种荷载的部分，在机车车辆动载荷的重复作用下，由于钢轨本身的材质和构造上的原因，加上线路养护和气候条件等外界因素，使钢轨产生各种损伤，尤其在无缝线路区段，钢轨温度的变化使钢轨内部产生很大的温度力。当气温较低时，钢轨承受巨大拉力，此时在钢轨中存在各种缺陷的部位，很容易发生钢轨断裂，其中以钢轨焊缝断裂较为常见。据统计在冬季焊缝处断裂约占钢轨断裂的90%，断轨发生后，在列车驶过时就极有可能导致列车脱轨，发生重大的交通事故。在2007年12月19日，由于钢轨断裂，巴基斯坦南部发生火车出轨事故，造成至少58人死亡、120多人受伤。2008年1月27日，由于钢轨断裂，土耳其一辆客运列车在西部地区发生脱轨，造成8人死亡、21人受伤。2009年4月7日由陕西韩城开往北京西的1164次列车在行驶到河北沫水县野三坡时，因钢轨断裂，导致火车脱轨。虽然没有造成人员伤亡，但是造成京原线中断行车20多小时。当有断轨情况突发时，若不能及时地检测出来并提前报警，就极有可能导致严重交通事故的发生。因此，开发出具有智能化及自动化程度高、实时性高、低成本、高可靠性、安装方便等特点的实时断轨监测系统对于保障铁路的安全运行有着重大的现实意义。112国内外研究现状随着铁路在交通领域中地位的不断上升，国内外越来越重视对于断轨检测技术的研究，目前断轨检测的主要技术有手推式探伤小车、大型钢轨探伤车、轨道电路。除此之外，近年国内外研究者正在探索一些的创新的检测方法比如光导纤维检测、钢轨预埋应力传感器检测等。1）手推式探伤小车手推式超声波探伤小车是国内比较常用的便携式断轨检测装置如图1-1所示。小车在工作时可以通过超声波换能器向钢轨中打入超声波信号，当钢轨内部产生缺陷或断轨时，接收到的超声波回波信号会产生相应的变化，通过分析超声波回波信号，来判断钢轨的伤损情况。该检测装置具有重量轻、便于携带、检测灵敏度高、穿透力强、伤损检出率高等特点。

第二届“互联网+”大学生创新创业大赛西安理工大学参赛作品智能轨道交通技术有限公司3一些雨水充沛的地区经常会发生轨间短路、红光带误报等故障情况。4）光导纤维检测光导纤维检测是利用光纤光栅传感器来完成，传感过程是通过外界物理参量对光纤布拉格波长的调制来获取传感信息的。当发生断轨时，产生的应变会直接影响光纤光栅波长的漂移，从而可以通过光栅波长的变化来确定断轨位置。光导纤维检测具有灵敏度高的特点，但是光纤丝非常脆弱，如遇到过大的外力或弯曲，很容易断裂。在铁路环境下对光纤丝的安装不方便，维修技术较为复杂。5）钢轨预埋应力传感器检测该检测方法是在钢轨上布设测定钢轨纵向应力的传感器，每个传感器在固定的时间间隔内，通过无线网络将钢轨应力和温度数据发送到控制站进行数据处理，通过钢轨应力的变化来判断是否发生断轨。这种检测方法工作原理简单，易于维护和安装，但在安装前需要通过截断钢轨获取零压力点的校准位置，在实际应用中不可取。113项目研究内容及创新点1）研究内容本项目根据国内市场需求，为填补国内在基于机械波检测原理的无缝长轨断裂状态实时在线检测技术的空白，首次设计了针对无缝长轨线路的基于机械波检测原理的在线实时监测系统。内容安排主要有以下几个部分：1）主要讲述系统的整体方案设计及系统工作原理；2）主要对系统的硬件和软件设计作了具体的详细说明；3）主要对上位机软件的设计及功能作了具体说明；4）详细阐述了系统的整体测试过程及功能的验证；2）创新点1)填补了国内在基于机械波检测原理的无缝长轨断裂状态实时检测技术的空白；2)基于机械波的检测原理，不存在电磁干扰、不易受电气参数影响、不会对铁路系统其他设备造成任何影响；3)具有在线实时监测焊缝及钢轨其他位置断裂状态和判定断裂位置的功能；4)具有检测效率高、误报率低、价格低廉、易于安装、便于维护等优点。