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探伤车:行走中的钢轨“医生”
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本报记者 王静婷

重点专项巡礼

安全吗,人体能承受吗?“时速4000公里的地面飞行列车”一提出,点燃公众想象力的同时也引发各种疑问。

速度越来越快,安全怎么保障这个问题,让“中国速度”一路高歌猛进的同时无法回避。

“光环的背后有许多幕后工作者,比如,钢轨探伤车。”中国铁道科学研究院基础设施检测研究所探伤部主任石永生告诉科技日报记者,钢轨探伤基本伴随着钢轨的生产制作、铺轨、运营使用等各个阶段。钢轨在出厂前需要确认是否有制造缺陷,铺设后的钢轨是否有损伤以及焊接处是否有焊接缺陷,使用中的钢轨也会因磨耗、疲劳等产生外部和内部伤损等等,这些都少不了“探伤”程序。

作为科技部重大科学仪器设备开发重点专项,钢轨探伤车从依靠国外进口到自主研制时速80公里GTC-80X型钢轨探伤车,解决了许多关键技术难题。

2D激光自动对中 确保“瞄得准”

探测的第一步是“看”,而“看对”的前提是“探头在钢轨正上方”,“对中”技术就是用来解决探头“瞄得准”的问题。

石永生说,“对中”就好比人的眼睛,看到某个东西就要盯住它,一旦偏离了,视力再好也没用。

2D激光自动对中,与目前国外采用的电磁或点状激光对中技术相比,优势主要表现在准确度更高。2D激光自动对中通过采取线状探测方式,不仅能扫查轨腰,而且能扫查轨头,实现一次采样多点数据,从而有效滤除干扰信息,更能准确还原探头相对钢轨的位置。而后者采取点状探测,轨腰处的鱼尾板和轨头磨耗等均会对检测结果产生较大影响。另外,经过现场一年的验证,激光技术受刮风、下雨等恶劣天气影响较小,设备可靠性更高,石永生告诉记者。

目前,可以在时速80公里下实现普速铁路探轮偏移标准差不大于2.33mm、高速铁路探轮偏移标准差不大于0.78mm。

超声数据采集模块化 实现“采得到”

去医院做B超,医生会通过一个超声探头,来探查体内状况。钢轨探伤车同理,即通过超声来探测金属内部是否有裂纹。

发出超声波,收回电信号,这个发出和收回的过程就是采集。全面和准确是采集需要实现的两个目标,要实现全面,“快”和“并行”是关键,而准确是与信噪比和灵敏度相关的,系统灵敏度越高、噪音越小,信号质量才能更高。“我们的创新主要在于模块化,将采集系统分为不同模块,比如探头模块、超声发射接收模块、数字和空间转换模块等,每个模块负责不同功能,从而更好地提高效率并降低相互间的干扰。”石永生说。

模块化对于实现全面和准确是有好处的,可充分利用最新数字电路技术,最大限度降低30个超声通道回波处理时间,提高可靠性和可维修性,减少了相互之间的干扰。

建立伤损模式库 做到“认得清”

数据采集到后,怎么认识数据,伤损模式库是关键。

“伤损检测时,将‘伤损’从模式库中提取出来,与现实情况进行匹配,从而来认识不同伤损。”石永生说。

伤损模式库的建立主要依托智能识别技术,采用神经网络和决策树算法,将检测中获得的数据与模式库中的模式伤损进行对比,并给出伤损的具体类型和特征描述。

石永生用相机拍照打了比方,说有的相机有“笑脸识别”功能,会自动捕捉到笑脸然后拍下来,但是,如果相机中没有这个功能,就无法对比也无法捕捉。同理,模式库也是一样,需要对各种伤损进行分析和录入,收集到的模式越全面,识别时效果更好。

“我们的伤损模式库涵括了目前国铁所有常见的钢轨伤损类型,主要包括轨头核伤、轨头水平裂纹、螺孔裂纹、轨腰水平裂纹、轨腰斜裂纹、轨底横向裂纹等11类,并解决了现有探伤技术严重伤损的识别漏检问题。”石永生告诉记者。

石永生还向记者透露,我国完全自主研制的首台GTC-80X型钢轨探伤车采用上述各项关键技术,已生产了一辆样车,并在此基础上制定了整车技术标准和整车试验标准。

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