道岔钢轨轨底缺陷的导波检测技术研究

为检测道岔钢轨轨底缺陷而开发的导波检测系统由工控机、信号发生模块、功率放大模块、线状道岔钢轨导波传感器、信号放大模块和数据采集模块组成。其中,作为关键部件的线状道岔钢轨导波传感器是按磁致伸缩原理设计的,它由线圈、磁致伸缩材料和耦合剂构成,并布置在道岔钢轨的轨腰和轨底处。与点状道岔钢轨导波传感器相比,线状道岔钢轨导波传感器克服了道岔尖轨变截面结构对导波传播的影响,实现了截面质点整体波动;采用ABAQUS/Explicit有限元方法确定道岔钢轨轨底检测的导波频率为64kHz。采用研制的道岔钢轨轨底缺陷导波检测系统对实际道岔钢轨轨底缺陷检测的结果表明:该检测系统能够检测道岔基本轨轨底占截面面积1%及以上、道岔尖轨轨底占截面面积5%及以上的缺陷或裂纹,并且不受列车通行的影响,具有在线检测的能力。

我国高速铁路钢轨早期伤损研究

对我国高速铁路出现的典型钢轨早期伤损进行现场跟踪及总结分析,对伤损原因进行讨论,并提出相应的维修措施。结果表明:钢轨擦伤、波磨、异物压入轨面、锈蚀、母材缺陷产生的重伤以及小半径曲线侧磨是我国高速铁路主要的早期伤损形式;伤损原因包括开通运营前的工程作业、高速运营中的问题、母材缺陷等。针对伤损及原因,提出大机打磨、合理使用钢轨、提高钢轨质量稳定性等建议措施。

钢轨失效分析数据库的开发与研制

总结钢轨失效分析数据库研究的主要工作。具体包括两部分内容:(1)钢轨失效分析数据库软件的设计、开发及功能;(2)钢轨失效分析数据库包括的主要内容:基本知识库、钢轨失效类型子库、钢轨失效分析图库、钢轨标准和技术条件子库和钢轨失效分析案例子库。钢轨失效分析数据库主要供从事钢轨失效分析工作及铁路工务部门的有关人员使用。

基于改进Faster R-CNN的钢轨踏面块状伤损检测方法

针对钢轨踏面块状伤损存在的尺度变化大、样本数据集小的问题,提出了基于改进Faster R-CNN的钢轨踏面块状伤损检测方法。首先,基于ResNet-101基础网络结构来构建多尺度特征金字塔(FPN),以实现深、浅层特征信息的融合,从而提高了小尺度伤损的检测精度;然后,采用广义交并比(GIoU)损失解决了Faster R-CNN中回归损失SmoothL1对预测边框位置不敏感问题;最后,提出引导锚定的区域提名网络(GA-RPN)方法,从而解决了区域生成网络(RPN)生成的锚点大量冗余而导致的检测网络训练中正负样本失衡问题。训练过程中,基于翻转、裁剪、噪声扰动等图像预处理方法对RSSDs数据集进行扩充,解决了钢轨踏面块状伤损训练样本不充足问题。实验结果表明,所提改进方法对钢轨踏面块状伤损检测的平均精度均值(mAP)可达到82.466%,相较于Faster R-CNN提高了13.201个百分点,能够更加准确地检测钢轨踏面块状伤损。

钢轨母材超声波探伤方法探讨研究

根据标准检测要求的不同、侧重点不同,现今钢轨母材超声波探伤分为生产线在线探伤和钢轨线路的在役探伤两种,钢轨母材生产当中产生的原发性缺陷和铺设线路以后随服役时间的长短产生的疲劳缺陷,这两项探伤所探测的主要伤损类型及产生的重点部位有诸多的不同。只有钢轨母材的在线探伤和在役探伤方法相结合,研究精细探伤检测部位,改进出尽可能完善的探伤检测方式,才能最大程度保证钢轨母材探伤的伤损挑出率及探伤检测质量。

服役钢轨轨底缺陷的超声无损检测方案及装置设计

我国铁路向高速和重载方向发展对服役钢轨的质量提出了越来越高的要求,服役钢轨缺陷危及行车安全,因此及时有效检测服役钢轨中的缺陷具有重要意义。当前主要采用超声方法对服役钢轨轨头、轨腰及轨底中部的缺陷进行检测,尚未有适用于轨底两侧缺陷的超声自动化检测方法,轨底两侧缺陷因无法被有效检出而持续扩展,成为钢轨断轨的主要原因之一。针对当前轨底缺陷检测的不足,提出适用于服役钢轨轨底缺陷的超声无损检测方法,并研制设计相应的检测装置。以检测轨底两侧的横向裂纹为主,通过对超声探头主声束覆盖范围的分析,制定轨底缺陷全面检测的方案;考虑轨底扣件等影响,设计专用的装夹装置,确保探头处于可检测位置,提出淋水耦合方法解决轨底耦合的难题。选取60 kg/m钢轨,在轨底不同位置设计并人工加工为横向裂纹,通过改进的钢轨探伤车进行检测试验,结果表明,研究方法可以实现不同位置缺陷的有效检测。研究成果为后续服役钢轨轨底缺陷乃至全断面缺陷的自动检测提供了有效的解决方案。

重轨表面轧辊粘钢压痕缺陷研究

针对河北钢铁集团邯钢公司大型轧钢厂重轨生产过程中轧辊粘钢压痕缺陷问题,对其类型、主要缺陷成因及其治理进行了深入研究。结果表明:轧辊粘钢压痕缺陷约占重轨表面缺陷的70%,对百米轨合格率指标影响较大;其中UF轧机平辊轨底内侧粘钢压痕缺陷约占42%以上,是轧辊粘钢压痕缺陷的主要类型,其成因为UF轧机水平辊与轨底立辊对轧件施加轧制力,在轨底内侧双斜线交汇处连接弧部位形成了最大局部挤压力,导致辊面氧化膜薄弱点被破坏而发生局部粘钢;另外,U_(2)轧机平辊轨腹粘钢压痕缺陷约占38%以上,是轧辊粘钢压痕缺陷另一主要类型,其成因为轧件咬入位置和咬入冲击力发生变化而失稳,轧件前尖在咬入U_(2)轧机时,其接触点温度较低、变形抗力较大,刺破U_(2)轧机平辊轨腹部位的辊面氧化膜而发生局部粘钢,当粘结不牢固轧辊旋转1~2周即掉落时则形成非周期性缺陷,当粘结牢固始终附着在辊面不掉落时则形成周期性缺陷。针对该两类主要缺陷的成因制定了窄域石墨间隔防粘钢方案、局部润滑及辊面清洁方案,并研发、投用了专用装置,有效解决了辊面局部粘钢问题,轧辊粘钢压痕缺陷得到了大幅改善,达到了较好的控制效果。