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准能集团铁路运营总里程为502 km，是国家能源集团路网的重要组成部分。准能集团大准（大同—准格尔）铁路作为国家煤炭系统专用铁路之一，全长为448 km，承担着我国西煤东运的重要任务［1］。自1995年运营以来，大准铁路累计发送货物8.5 亿t，2015 年年运量首次突破1 亿t。作为全国首开万吨列车的铁路，大准铁路依靠其独特的区位优势，在国家能源集团一体化发展和国家交通网战略部署中占据着重要地位。 本文首先分析了传统全桥整流电路与P-SSHI电路的工作原理;然后针对已有电路存在的缺点,提出了一种将超低压降有源整流与自适应P-SSHI结构相结合的高效压电能量俘获电路,并就所提电路的电路结构、工作原理及典型波形进行了详细阐述;最后,设计了原型电路并搭建了完整的实验平台,验证了所提技术的可行性。实验结果表明,所提电路可以实现同步开关的自适应控制,以及采用超低压降有源整流可以提高整流效率。在负载电阻100 kΩ的情况下,所提电路的真正输出功率为291.35 μW,全桥整流电路的输出功率为125.32 μW。与全桥整流电路相比,本文所提电路将输出功率提高了132%。 随着大准铁路运量逐年增加，该重载线路因轴重大、行车密集，轨头区域极易产生核伤等病害［2-3］，危及行车安全。目前，大准铁路主要采用基于常规超声的手推式数字超声波探伤仪，利用列车间隔或天窗点进行作业。未来随着大准铁路重载运输的进一步发展，人工作业方式已无法满足钢轨探伤需求，亟需一种新型探伤设备代替大部分人工作业，改变人工探伤作业效率低、成本高、风险高的现状［4-5］，实现铁路钢轨探伤机械化、现代化和信息化。 一个礼拜之后，王祥拿着这10万元真做起了小本买卖，不过处境也没有比自己摆地摊的时候好多少，同样是人生地不熟，少了老道这样的主心骨，王祥这几招还是稚嫩了些。而且王祥也不了解做生意都是先亏后赚，才一个礼拜，就怀念起和老道一起骗人骗财的生活。 1 大准铁路钢轨检测现状大准铁路钢轨探伤目前采用邢台先锋超声电子有限公司生产的GCT-8C型数字超声波探伤仪进行作业。该探伤仪基于常规超声技术，有9个检测通道，具备超声波A 型脉冲和B 型图像同屏、同步、分区显示，探头自动检测，GPS 缺陷定位等功能。 探伤作业人员分为内外2 部分。内部有3 个探伤班组，探伤人员共计30 人；委外的有7 个班组，探伤人员共计65 人。依据设备故障的“浴盆曲线”规律安排探伤周期，对大修换轨初期和超过大修周期的钢轨进行加密探伤。以大准铁路为例，单线地段正线及道岔上行线探伤密度为52 次/年（每周1 次），下行线为26次/年（每2 周1 次）；大修完成地段上下行线的探伤密度分别为18 次/年。自2006 年铺设无缝线路以来，共发现重伤钢轨3 320 处。其中钢轨核伤约占钢轨伤损的60%，螺孔裂纹约占21%，轨头掉块占16%，其他伤损约占3%。轨头缺陷是主要伤损类型。 大准铁路过度依赖人工探伤，检测速度慢，仅2～3 km/h，检测周期长，且需投入大量人力，增加探伤成本。此外，天窗点和年运量矛盾日趋增加，而利用列车间隔作业亦存在安全隐患。因此，为保证运营安全，节约探伤成本，须引入大型探伤车替代人工检测。 2 国内外探伤车对比2.1 国内探伤车我国铁路自20 世纪90 年代初开始引进大型钢轨探伤车。目前全国高速铁路、客运专线等200 km/h 以上的高等级线路已全面采用美国进口的大型钢轨探伤车进行检测［6］，且国内各铁路企业（包括朔黄铁路公司、神朔铁路公司）也逐渐引进了该大型钢轨探伤车，并取得了一定的使用效果。截至到2016年底，我国铁路在役钢轨探伤车57 台，其中40 km/h 等级1 台，60 km/h等级24台，80 km/h等级32台。 (1)因变量测度。旅游产业升级理应体现产品高附加值化和产业向技术密集型跃迁两个层面的含义。不过，现有研究置重于产业结构变迁程度的测量，容易忽视产业结构升级中生产率的变化。所以，本文选用经典文献的测度指标[24-25]，即旅游业细分行业的收入份额与劳动生产率的极差标准化值的乘积求和变量。 对铁路总公司所属铁路以及开行重载列车的地方铁路的调研发现，国内大型钢轨探伤车均采用常规超声波探伤技术。虽然此类设备在现场实际运用中对轨腰纵向水平裂纹、螺栓孔裂纹等伤损检出率基本能够达到70%～80%，但受现有常规超声波探伤技术及探头布置的局限以及对中不良等因素的制约，该类探伤车对重载线路钢轨轨头核伤检出率较低，尤其是对于75 kg/m 钢轨检出率普遍只能达到30%～40%。在役探伤车只能作为人工探伤的辅助和补充手段，主要存在4 点因素制约其在铁路的发展与运用，分述如下。 2.1.1 对中效果不佳 在不平顺及磨耗严重线路探伤时，探轮会产生上下跳动和左右晃动，伴随A 显示波器的界面波、监视波、底波等剧烈抖动，导致出现对中不良现象，造成核伤漏检。根据核伤检测原理，前后偏斜70°探头主要通过二次波在轨颚的反射覆盖轨距角处核伤。如果探轮对中发生偏离，则声束在轨面入射点位置发生变化，导致二次波在轨颚的反射点发生偏移，无法覆盖到轨距角等区域，造成核伤漏检。不同偏移量下超声波传播如图1所示。  图1 不同偏移量下超声波传播示意 2.1.2 兼容性差 晚饭很早就送来了。那个伙夫老乡神色慌张，生怕我们找他搭腔，扔下饭碗就跑了。大约过了半个时辰，暮色刚刚落下，又进来两个兵，抓着我的肩膀就把我往门外推。赛十娘追在我后面嘱咐：“记住呵，去了就大声喊伊藤！” 重载铁路上行线为75 kg/m 钢轨，而下行线大多为60 kg/m 钢轨。不同轨型的轨颚倾斜角和轨头高度不同，其中60 kg/m 钢轨轨颚倾角18.4°，轨头高度42.6 mm；75 kg/m 钢轨轨颚倾角 14.0°，轨头高度50.5 mm。针对不同轨颚倾角和轨头高度，探头须采用不同倾斜角进行检测方能达到最佳效果。而既有探伤车探头被固定在探轮上，其倾斜角是固定的，无法适应不同轨型、不同磨耗钢轨的探伤。70°探头晶片倾斜角为17.5°，当检测60 kg/m 钢轨时效果较好；而检测75 kg/m 钢轨时超声波经钢轨下颚部位反射后，二次波不能有效覆盖轨距角范围，造成漏检，如图2所示。  图2 不同轨型及打磨量下超声波传播示意 2.1.3 检测速度受限 我国现有探伤车多数采用轮式探头进行探伤，超声波在探轮和钢轨内传播时，超声波声程由探轮声程L1和钢轨声程L2（一次波或二次波）组成。轮式结构声束传播如图3所示。  图3 轮式结构声束传播示意 根据75 kg/m 钢轨高度和探轨高度计算轮式结构超声波传播时间，结果见表1。可知37°通道具有最大声程，时间为250.0µs。 表1 轮式结构超声波传播时间 µs  通道0°37°70°(一次波)70°(二次波)探轮声程L1 92.0 100.0 78.0 78.0钢轨声程L2 64.5 150.0 100.0 173.0总声程156.5 250.0 178.0 250.0 为避免相邻2 次超声波发射周期之间产生干扰，超声波换能器连续发射时，最小发射间隔时间应大于250 µs，则超声波发射的最大重复频率为4 000 Hz。为满足我国探伤车灵敏度要求，国家标准规定超声波发射重复频率应满足扫查间距不大于6 mm。因此，轮式探头在6 mm 采样间隔下理论最大检测速度为86.4 km/h。探轮内声程占探伤总声程近2/5，严重浪费声束能量和有效探伤时间，制约轮式探伤车提速，无法达到我国探伤车理想检测速度80～100 km/h。 2.1.4 信号易串扰 探轮内部包含多种角度和频率的超声波换能器，外部包裹透声的橡胶外膜，轮内充满用于超声波传输的耦合液。当探轮高速旋转时，液体会强烈扰动并伴随发热现象，形成干扰信号。当耦合良好时，探头发射的超声波经耦合液、探轮外膜顺利进入到钢轨内部，在钢轨与探轮界面发生反射的声束较少。当耦合不佳时，在钢轨与探轮界面发生反射的声束增多且被相邻晶片接收到从而形成干扰；或在等距触发模式下，当探伤速度发生突变时，因在钢轨与探轮界面发生反射的声束没有足够衰减时间，从而导致相同晶片接收到幻影波形成干扰。 2.2 国外探伤车国际上主流的大型超声波钢轨探伤车主要来自于欧美、俄罗斯等国家或地区，依据探头不同的布局和安装方式分为滑靴式、轮式和皮带轮式3种。 传统的滑靴式钢轨探伤车其探头布局方式简单，但不适用于普通线路，对接头错牙要求高，且硬接触造成轨面包裹性差。轮式钢轨探伤车与滑靴式相比，在保护探头晶片的同时对钢轨表面的包裹性更佳，但长期使用中发现该探伤车受探头布局及安装方式的局限，存在对中不良、易扎轮等问题。瑞士Speno 公司从20 世纪60 年代开始生产大型钢轨探伤车，在滑靴式探伤车领域处于行业领先地位；如今兼顾滑靴式与轮式优势而研制开发了新型皮带轮式钢轨探伤车，该探伤车不会出现扎轮停车等问题，同时采用自动伸缩轴式机械对中方式，从而在高速运动过程中保持对中效果稳定。 上述国内外现有钢轨探伤车主要采用常规超声波探伤技术，由于声束角度单一、覆盖区域有限等原因，钢轨伤损检出率较低，尤其是对轨头核伤的漏检率较高。因此，目前基于常规超声波探伤技术的钢轨探伤车无法满足我国重载铁路钢轨探伤的需求。 （2）在典型镉污染区域，稻草离田较常规还田处理能增加水稻-土壤系统中Cd的输出量，降低植株各部位Cd累积量。在稻草离田的基础上采用清洁水灌溉和沉降截源措施较稻草离田处理降低水稻不同部位Cd含量和累积量的效果更好。（3）T1、T2和T3处理较CK处理能降低成熟期土壤有效Cd含量，不同消减措施处理在早稻季较CK处理分别降低6.4%、5.4%和6.6%，晚稻时期分别下降6.4%、12.3%与8.3%。 3 相控阵钢轨探伤技术相控阵超声波探伤技术最早应用于医学、军事等领域，从21世纪开始逐渐应用到工业领域。该技术可实现多角度扫查、动态偏转、聚焦等功能，相比常规超声波探伤技术其检测灵活性更好，扫查覆盖区域更广，缺陷检出率更高，并已成熟运用于铁路车轮、车轴、钢轨焊缝等探伤领域［7-9］。图4 为既有成熟车轮、车轴相控阵探伤设备。  图4 既有成熟车轮、车轴相控阵探伤设备 2015 年，瑞士Speno 公司开展基于相控阵技术的大型钢轨探伤车研发，并在澳洲Rio Tinto 铁路公司成功运用。但由于澳洲与我国在重载线路气候条件、运营状态、主要检测缺陷类型等方面均不相同，该探伤车无法满足我国重载钢轨检测需求。因此亟需研发一款适应我国重载铁路的高速（80 km/h）新型相控阵钢轨探伤车。 此外，我们还积极地推动教育学的本土化或中国化。我们一向重视向西方学习，例如教材中引用了杜威的许多观点，但我们在引用西方教育思想的时候，会努力将适合我们的东西吸收进来，尽量把它纳入到本土化的思想体系当中，这也就是中国化。当然，我们在运用西方东西的时候也比较谨慎，竭力避免标新立异，含糊不清，把读者搞糊涂了。与此同时，我们很注重传承中国的文化，中国传统文化有其陈旧糟粕的一面，亦有其睿智、博通、恒久、能顺应潮流的一面，我们应当重新解读、弘扬与振兴中国文化。 2.3 siRNA能显著抑制lncRNA ASB16-AS1的表达 因为lncRNA ASB16-AS1在先前的研究中已经确定在肿瘤组高表达，并且与肿瘤分期分级显著相关。因此本研究选择使用siRNA抑制lncRNA ASB16-AS1的表达以观测细胞功能改变。LN382细胞和U87MG细胞在转染24～48 h后用qPCR验证转染效率，结果显示应用抑制剂后lncRNA ASB16-AS1表达量明显降低(见图2A)。这说明本实验中所使用的siRNA能有效抑制lncRNA ASB16-AS1的表达。 相控阵探头具备多角度多方向的扫查能力，如图5 所示。其不必更换探头即可同时满足43，50，60，75 kg/m 等不同型号的有缝、无缝钢轨探伤需求，提高探伤效率和缺陷检出率，解决现有钢轨探伤因对中不良、轨型无法兼容等造成的核伤漏检问题。  图5 相控阵探头声束扫查示意 经理论和试验验证，当相控阵探头折射角为70°时，为保证检测效果最佳，检测60 kg/m 钢轨时最佳偏转角为15.8°，检测75 kg/m 钢轨时最佳偏转角为11.2°，见表2。使用相控阵超声波探伤技术可产生0°～30°范围内任意偏转角度，满足现实中的检测需求。 表2 不同折射角探头检测不同轨型钢轨时最佳偏转角 （°）  轨型60 kg/m 75 kg/m探头折射角/（°）65 20.5 14.4 66 19.5 13.7 67 18.6 13.1 68 17.6 12.4 69 16.7 11.8 70 15.8 11.2 目前普通相控阵技术可以通过生成多个声束而实现钢轨轨头全覆盖检测，但因数据处理硬件和系统脉冲触发周期的限制，采用串行方式激发不同角度声束时，若激发声束越多则检测周期越长，导致探伤速度很难达到40 km/h，难以满足国内高速检测的需求。为实现高速、高效、高检出率的探伤目标，引入快速相控阵技术。快速相控阵技术声束发射模式如图6 所示，该技术通过相控阵探头在1 个脉冲触发周期内产生多个不同角度声束，然后接收所有通道的缺陷回波信号进行并行实时处理，可将数据处理速度提高到普通相控阵技术的8 倍以上（快速相控阵技术激发8 个角度声束的时间是普通相控阵技术激发8个角度声束的时间的1/8），理论检测速度可达110 km/h以上。  图6 快速相控阵技术声束发射模式 相比既有大型钢轨探伤车，基于快速相控阵技术的新型相控阵钢轨探伤车从检出率、兼容性、探伤效率等各方面更具优势和推广价值。 选煤厂浮选车间于2011年10月16日进行了设备单机试运转，自检合格后，立即进行了联合试运转、带料试运转。试运转过程中整个浮选系统运行稳定，实现了一次试机成功。随后，进行了浮选车间试生产，单班试运转完成后即改成三班运转。 基于快速相控阵技术的大型钢轨探伤车可连续检测350 km 及以上线路，检测速度可达80 km/h 及以上。按检测速度80 km/h计算，应配置30名操作人员，预计年节省成本600 万元以上。此外，相控阵探头扫查角度灵活可调，一套系统即可满足不同需求，将带来上千万的附加价值。此外，系统具备自学习功能，可辅助人工探伤，提高数据分析效率，进一步缩短探伤时间。 4 结语大准铁路联合国内优秀相控阵集成设备开发企业共同研发满足我国重载铁路钢轨探伤需求的基于快速相控阵技术的探伤车，以解决现有钢轨探伤车存在的伤损检出率低、对中不良等问题，并兼顾重载铁路60，75 kg/m 轨型的检测需求，同时具备智能判伤、实时报警、直观显示等功能。通过使用该新型钢轨探伤车可大大减少人工作业量，从而实现减少用工、降低探伤成本的目标。 本项目的成果可在国家能源集团铁路系统及国内其他重载铁路推广应用，对提升我国重载铁路行业装备技术水平具有重要意义。 参考文献 ［1］王会民.大准铁路开行万吨列车安全对策研究［J］.中国科技博览，2013（31）：175-176. ［2］李瑞俊.神朔重载铁路断轨原因分析及预防措施［J］.神华科技，2011，9（4）：82-84. ［3］习年生，李晓宇，王卫东.大秦铁路钢轨轨角型核伤的扩展与安全评估［J］.失效分析与预防，2011，6（1）：15-18. ［4］秦怀兵.钢轨探伤车漏检伤损原因分析及对策研究.铁道建筑，2016，56（12）：117-120. ［5］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员.大型超声波钢轨探伤车：GB/T 28426—2012［S］.北京：中国标准出版社，2012. ［6］徐其瑞，刘峰.钢轨探伤车技术发展与应用［J］.中国铁路，2011（7）：38-41. ［7］彭良武.高速铁路基础设施的检测（一）［J］.铁道勘察与设计，2008（8）：24-25. ［8］SONG S J，YE J，KIM H J，et al.Model-based Optimization of Phased Array Ultrasonic Testing［J］.Chinese Journal of Acousitics，2010，29（3）：209-219. ［9］靳世久，杨晓霞.超声相控阵检测技术的发展及应用［J］.电子测量与仪器学报，2014，29（9）：925-932. |
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