CN103158737A - 列车车轮磨损测量装置和测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种列车车轮磨损测量装置和测量方法，所述装置包括：速度测量单元，其测量列车的速度；位置测量单元，其测量所述列车的位置；和计算单元，其基于测量到的所述列车的速度和位置来计算所述列车上的列车车轮的磨耗度，从而可以精确获知列车车轮的状况以使得可能额外安装的设备的数量最小化，并且还可以快速测量列车车轮的磨耗度。

Description

列车车轮磨损测量装置和测量方法

技术领域

本公开涉及一种列车车轮磨损测量装置和测量方法，尤其涉及一种使用转速计和应答器测量列车车轮磨损的测量装置，以及使用该测量装置的测量方法。

背景技术

在此发明的背景技术部分中公开的信息仅用于加强对于本公开的一般背景技术的理解而不应被视为承认或者是任何形式的暗示：该信息构成了对于本领域的技术人员来说是已知的现有技术。

由于在列车运行过程中的连续磨损，列车车轮需要周期性的更换。因此，需要一种能够测量列车的周期性磨损的设备或方法。

为了测量在基于CBTC（基于通信的列车控制）的铁路信号***中的列车车轮磨损，常规地使用诸如照相机和光传感器的设备来测量列车车轮磨损。

图1为图示出列车车轮磨损测量装置的配置的方框图。参考图1，测量装置10包括照相机20-1、20-2、模数转换器（ADC）30-1、30-2、CPU（中央处理单元）40、存储器50、显示接口60、显示单元70、输入/输出接口80和光传感器90。

照相机20-1、20-2用于拍摄在铁轨上经过的列车车轮。拍摄凸缘的远侧端的照相机20-1、20-2的光接收镜头的中央位置与远侧端的高度对齐以允许面向远侧端和参考凹槽之间，其中照相机拍摄列车车轮与铁轨接触的区域。将预期通过参考凹槽的每个部件的尺寸与实际拍摄的图像的尺寸进行比较来计算车轮的尺寸。同时，设置了光传感器90来减小误差。

通过ADC 30-1、30-2将由照相机20-1、20-2拍摄的图像转换为数字信号。CPU 40接收该数字信号以将信号存储在存储器50中或发射信号到显示接口60。显示接口60显示接收到的信号以允许用户直观地获知车轮的磨耗度。同时，该装置可以包括使得能够从外部设备95进行输入的输入/输出接口80。

尽管常规装置具有使用照相机执行极精确的车轮磨损测量的优势，但是常规的装置不利地具有需要诸如照相机20-1、20-2和光传感器90的额外设备的缺陷。而且，在所有的列车上设置照相机20-1、20-2和光传感器90过于昂贵，并且其耐久性也不是很好。

另一个缺陷是：由于用于向列车车轮提供精确的安装参考点的列车车轮上的参考凹槽的形成，可能改变机械特性。又一个缺陷是：在列车运行期间测量列车车轮的尺寸是困难的，并且仅在测量列车车轮状况的保养/维修处理期间才可能这样使用。

因此，需要解决上述缺陷。

发明内容

本部分提供了对于本公开的一般性概述，而不作为其全部范围或者其所有技术特征的全面公开。

本发明的示例性的方案要基本上解决至少上述的问题和/或缺陷，并且提供至少以下优势。相应地，本发明的一个方案提供了一种列车车轮磨损测量装置和测量方法，其配置为仅仅使用应答接收机和转速计来精确地获知列车车轮的状况。

然而，应该强调的是，如以上解释所述，本公开不限于特定的公开。应当了解，这里没有提及的其他技术主题能够为本领域技术人员所理解。

在本发明的一个总体方案中，提出了一种列车车轮磨损测量装置，所述装置包括：速度测量单元，其测量列车的速度；位置测量单元，其测量所述列车的位置；和计算单元，其基于测量到的所述列车的速度和位置来计算列车上的列车车轮的磨耗度。

在一些示例性实施例中，该装置可以进一步包括：存储器，其存储由所述计算单元计算出的列车车轮的磨耗度。

在一些示例性实施例中，该装置可以进一步包括：显示单元，其向用户显示由所述计算单元计算出的所述列车车轮的磨耗度。

在一些示例性实施例中，所述计算单元可以通过基于测量到的列车的速度和位置测量列车车轮的尺寸来计算列车车轮的磨耗度。

在一些示例性实施例中，所述计算单元可以使用以下等式计算列车车轮的尺寸：r=l/2πn_axis，其中r是列车车轮的尺寸，l为移动距离，和n_axis为列车车轮的转数。

在一些示例性实施例中，所述速度测量单元可以包括转速计，并且所述转速计可以测量列车车轮的转数。

在一些示例性实施例中，位置测量单元可以包括应答接收机，所述应答接收机接收来自应答器的位置信号。

在一些示例性实施例中，所述应答接收机可以使用无线通信来接收来自所述应答器的信号。

在本发明的另一个总体方案中，提供了一种列车车轮磨损测量方法，所述方法包括：使用转速计测量列车车轮的转数和列车的速度；通过接收来自应答器的位置信号来测量列车的位置；以及通过使用测量到的列车车轮的转数及列车的速度和位置计算列车车轮的尺寸来测量列车车轮的磨耗度。

在一些示例性实施例中，该方法进一步包括：存储测量到的列车车轮的磨耗度；以及向用户显示测量到的列车车轮的磨耗度。

根据本公开的列车车轮磨损测量装置和测量方法具有以下有益的效果：可以精确获知列车车轮的状况以使得可能额外安装的设备的数量最小化，并且还可以快速测量列车车轮的磨耗度。

通过下面结合附图公开了本发明的示例性实施例的详细描述的说明书，对于本领域普通技术人员而言，本公开的其他示例性方案、优势和显著特征将变得更加显而易见。

本发明的上述和其他特征将在下文讨论。

附图说明

现将参考在附图中图示的一些示例性实施例来详细描述本公开的上述和其他特征，这些附图仅仅是通过阐释而在下文中给出，并且因此不是对本发明进行限制，并且其中：

图1为图示出根据现有技术的列车车轮磨损测量装置的配置的方框图；

图2为图示出根据本公开的示例性实施例的列车车轮磨损测量装置的配置的方框图；

图3为图示出根据本公开的示例性实施例的列车车轮磨损测量装置的操作的示意图；

图4为详细地图示出在根据本公开的示例性实施例的列车车轮磨损测量装置中检测列车车轮尺寸的过程的示意图；以及

图5是图示出根据本公开的示例性实施例的列车车轮磨损测量方法的示意图。

本发明的其他优势、目的和特征将部分地在说明书中阐明，通过考察以下说明，这些优势、目的和特征中的部分将对于本领域技术人员而言是显而易见的，或者可以从本公开的实践中得到。本公开的目标和其他优势可以通过在书面的说明书及其权利要求书以及附图中特别指出的结构来实现和获得。

应当理解的是，本公开的前述一般性说明和下文的详细描述均是示例性和阐释性的，并且这些说明旨在提供所宣称的本公开的进一步的解释。

具体实施方式

下文中，将参考附图详细描述本公开的示例性的实施例。

在描述本公开时，为了避免由于对已知的结构和功能的不必要的详细描述使得本领域技术人员对本发明产生模糊的理解，本领域已知的结构和过程的详细描述将被省略。相应地，在说明书和权利要求书中使用的特定术语或词语的含义不应当限定为字面或通常使用的含义，而应当根据用户或操作者的意图和惯常用法来进行解释，或者可以根据使用者或操作员的意图和惯常用法的解释而不同。因此，在全文中特定的术语或词语的定义将基于整个说明书的内容。

为了方便内容公开，后缀“模块”、“单元”和“部件”可用于表示元件。重要的含义或角色不是给予后缀本身，应当知道“模块”、“单元”和“部件”可以一起使用或者相互替代。也就是说，在说明书中描述的术语“-器”、“-仪”、“部件”和“模块”意味着用于处理至少一种功能和操作的装置单元，并且可以通过硬件组件或软件组件和二者的结合来实施。

在此处使用时，“示例性”仅仅表示一个示例，而不是最佳示例。还应该理解，这里描述的特征、层和/或元件使用与一个相关的特定的尺寸和/或朝向来解释只是出于简化和容易理解的目的，并且实际的尺寸和/或方位与描述的可以完全不同。即，为了清晰，在附图中，层、范围和/或其他元件的尺寸和相对尺寸可以被放大或缩小。全文中相同的附图标记表示相同的元件，相同的解释将被省略。

此处使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而非旨在限制总体发明构思。除非上下文明确指出，此处使用的单数形式“一”、“一个”和“所述”旨在也包括复数形式。

除非另外地特别说明，否则从下面的讨论显而易见的是，应当知道，整篇说明书中使用的诸如“处理”、“运算”、“计算”、“确定”等类似的术语是指计算机或计算***或类似的电子计算设备的动作和/或程序，这些设备操作和/或将在计算***的寄存器和/或存储器中描述为物理（诸如电子）量的数据转换为在计算***的存储器、寄存器或其他这种信息存储、传输或显示的设备中描述为物理量的其他数据。

应当理解的是，当提及一元件“连接”或者“联接”到另一元件时，其可以直接地连接或直接地联接到另一元件或者也可以存在中间元件。相反地，当提及一元件“直接地连接”或“直接地联接”到另一元件时，则不存在中间元件。

图2为图示出根据本公开的示例性实施例的列车车轮磨损测量装置100的配置的方框图。

参考图2，根据本公开的示例性实施例的列车车轮磨损测量装置100包括速度测量单元110、位置测量单元120、计算单元130、显示单元140和存储器150。

速度测量单元110用于测量行驶列车的速度。该速度测量单元110可以由转速计构成。所述转速计，即转数计数器，是测量旋转速度的器械，其单位为每分钟转数，并且显示为rpm。通过使用转速计进行列车的速度测量是可行的，并且也可以通过使用转速计来实现转数的累积计数。

位置测量单元120用于测量行驶列车的位置。更详细地，位置测量单元120测量关于行驶列车的绝对行驶距离的信息。

位置测量单元120包括应答接收机，其接收来自应答器的位置信号，其中应答器是一种能够提供关于绝对列车位置的信息，并且安装在列车的铁路侧的设备（设施）。应答接收机使用无线通信从应答器接收关于绝对位置信息的信号，因此位置测量单元120能够测量列车的位置和行驶距离。

计算单元130基于速度测量单元110测量到的速度、位置测量单元120测量到的车轮的转数和列车的当前位置或行驶距离来计算列车车轮的尺寸。车轮的尺寸可以按照车轮的直径或半径来计算。

同时，与初始的车轮尺寸比较，计算出的当前车轮的尺寸可能由于磨损而实时减小，因此能够获取车轮的磨耗度（磨损度）。更加详细地，计算单元130可以使用以下等式1来计算车轮尺寸。

【等式1】

$r=\frac{l}{{2\mathrm{\πn}}_{\mathrm{axis}}}$

其中，r为列车车轮的尺寸，l为移动的距离，n_axis为列车车轮的转数。

显示单元140用于将计算单元130计算出的车轮的尺寸或磨耗度显示给用户。显示单元140可以通过LCD（液晶二极管）或LED（发光二极管）来实施。

此外，除了使用数字或文本简单地向用户显示车轮的尺寸或磨耗度，通过向用户显示状况（其中将存储在存储器（稍后描述）中的参考磨耗度与当前测量到的车轮的磨耗度进行比较），显示单元140使得用户能够迅速处理状况，并且假如当前测量到的车轮磨耗度小于参考磨耗度，则将当前测量到的车轮的磨耗度小于参考磨耗度的事实通知给用户。

存储器150用作存储由计算单元130计算出的车轮尺寸或磨耗度。更加具体地，存储器150可以根据时间、日期和年份来存储车轮尺寸或磨耗度。而且，存储器150可存储参考磨耗度，假如车轮尺寸或当前测量到的车轮磨耗度小于参考尺寸或参考磨耗度，则参考磨耗度用来警示用户计算出的车轮尺寸或车轮磨耗度小于参考尺寸或参考磨耗度的事实。

通过这里描述的配置，用户能够获知列车车轮的精确状况，从而使得要安装的设备的数量最小，并且快速地测量车轮的磨耗度。

图3为图示出根据本公开的示例性实施例的列车车轮磨损测量装置的操作的示意图。

在图3中显示为①的上图表示列车开始沿着轨道行驶，以及在图3中显示为②的下图显示为列车在沿着轨道行驶后，定位在紧接着的下一个应答器所在的位置处。在图3中的应答器每隔500m安装，并且安装间隔是不变的。

根据本公开的示例性实施例的列车车轮磨损测量装置100通过将在下文描述的方法计算车轮的尺寸来测量磨耗度。

尽管对于基于测量到的车轮尺寸的计算累计距离的情况，假如累计距离与应答器距离相同，似乎车轮的尺寸可以是可理解地没有改变的，但是对于累计距离小于应答器距离的情况，这意味着车轮磨损了，并且用于累计距离的测量的车轮尺寸变小了。而且，假如累计距离大于应答器距离，这意味着用于测量的车轮尺寸已经改变。关于使用上述方法的车轮的数值计算的信息可通过监控室获知，这样便于维修和保养列车车轮。

图4为详细地图示出在根据本公开的示例性实施例的列车车轮磨损测量装置中检测列车车轮的尺寸的过程的示意图。

参考图4（a），用于在列车起点{列车起点为当列车到达第一个应答器210时}处测量列车车轮磨损的装置100使用速度测量单元110来测量列车速度。同时，在第一应答器201处的位置测量单元120接收通过与所述第一应答器201无线通信而发射的绝对列车位置。位置测量单元120包括应答接收机，应答接收机接收从应答器发射的信号。通过速度测量单元110和位置测量单元120测量到的信息被发射到计算单元130。

在图4（b）中的列车经过第一应答器201而向相同的方向移动，并且到达第二应答器202的情况下，位置测量单元120接收来自第二应答器202的位置信号。图4（c）图示出列车已经到达第二应答器202。速度测量单元110和位置测量单元120连续测量速度信息和位置信息，并且将信息发射到计算单元130。计算单元130使用上 述等式1来计算车轮尺寸以便测量车轮的磨耗度或者磨损度。

更加具体地，当速度测量单元110遇到第一应答器201时，在图4（a）中的速度测量单元110将存储在转速计中的脉冲计数初始化为零（0），并且在遇到第二应答器202之前增加转速计脉冲。

在列车移动的情况下，转速计脉冲计数增加以累计移动通过转速计的距离。在如图4a所示的列车速度为每分钟200米的情况下，对于新的车轮车轮转动了74次（转或圈），而到达使用极限的车轮可能旋转82圈。此时，对于新车轮来说车轮尺寸可以为860mm，而对于使用极限的车轮，其尺寸为774mm。

在列车保持移动而到达第二应答器202的情况下，装置100可以将移动通过转速计的距离与通过第一和第二应答器201、202获知的精确距离（即500m）进行比较来计算输入的车轮尺寸。车轮尺寸可使用等式1来得到。同时，n_axis可以通过转速计输出脉冲/转速计上的每圈的脉冲来获得。特别地，因为在没有产生滑移的区段中操作该装置是重要的，所以优选地在倾斜度小并且未载有乘客的区段使用该装置。

图5为图示出根据本公开示例性实施例的列车车轮磨损测量方法的示意图。

首先，使用转速计来测量列车的转数和速度（S200），其通过速度测量单元110来执行。此外，从应答器接收位置信号（S210）以测量列车的位置（S220），其中能够使用列车的位置来计算列车的移动距离，其通过位置测量单元120来执行。

一旦计算出列车的转数、速度和移动距离，使用等式1来计算车轮的尺寸（S230）。之后，使用车轮的尺寸来测量磨耗度（磨损度）（S240）。此时，关于磨耗度的测量，原始的车轮尺寸给定为100%，并且磨耗度能够通过车轮尺寸的递减来定义。

尽管没有在图5中示出，该方法可以进一步包括存储测量到的车轮磨耗度以及向用户显示测量到的车轮磨耗度。

根据本公开的示例性实施例的列车车轮磨损测量方法有利地使得能够在不受维修人员干扰的基段处在车轮破坏之前通过列车的保养和维修数据的自动执行来进行车轮维修。而且，通过将在起点处测量到的车轮尺寸与在到达时测量到的车轮尺寸进行比较，可以对在列车运行期间产生的信息进行累计，这些信息也可以用作故障发生时用于验证的基础数据。

然而，上述根据本公开的示例性实施例的列车车轮磨损测量装置和测量方法可以各种不同形式实施，并且不应当解释为这里所阐述的实施例。因此，本公开的实施例想要覆盖本发明的改进和变型例，只要这些改进和变型例落在附带的权利要求书及其等同方案的范围内即可。

尽管已经针对多个实施例公开了特定的特征或方案，如果需要，这样的特征或方案可选择地与一个或多个其他特征和/或其他实施例的方案进行组合。

本公开具有以下工业实用性：在基于CBTC的列车***中可以使得新设备的增加最少，和常规的***不同，其无需改变照相机或车轮，从而可以节省由于新设备的增加导致的金钱方面和时间方面的负担。

Claims (10)

1.一种用于测量设置在列车上的车轮的磨耗度的列车车轮磨损测量装置，所述装置包括：

速度测量单元，其测量所述列车的速度；

位置测量单元，其测量所述列车的位置；和

计算单元，其基于测量到的所述列车的速度和位置来计算列车上的列车车轮的磨耗度。

2.如权利要求1所述装置，进一步包括：

存储器，其存储由所述计算单元计算出的所述列车车轮的磨耗度。

3.如权利要求1所述装置，进一步包括：

显示单元，其向用户显示由所述计算单元计算出的所述列车车轮的磨耗度。

4.如权利要求1所述装置，其中，通过基于测量到的所述列车的速度和位置来测量所述列车车轮的尺寸，所述计算单元计算所述列车车轮的磨耗度。

5.如权利要求4所述装置，其中，所述计算单元使用以下等式来计算所述列车车轮的尺寸：

其中r为列车车轮的尺寸，l为移动的距离，和na_xis为所述列车车轮的转数。

6.如权利要求5所述装置，其中，所述速度测量单元包括转速计，并且所述转速计测量所述列车车轮的转数。

7.如权利要求1所述装置，其中，所述位置测量单元包括应答接收机，所述应答接收机接收来自应答器的位置信号。

8.如权利要求7所述装置，其中，所述应答接收机使用无线通信来接收来自所述应答器的位置信号。

9.一种用于测量设置在列车上的车轮的磨耗度的列车车轮磨损测量方法，所述方法包括：

使用转速计来测量列车车轮的转数和所述列车的速度；

通过接收来自应答器的位置信号来测量所述列车的位置；以及

通过使用测量到的列车车轮的转数及列车的速度和位置计算列车车轮的尺寸来测量所述列车车轮的磨耗度。

10.如权利要求9所述方法，进一步包括：

存储测量到的所述列车车轮的磨耗度；以及

向用户显示测量到的所述列车车轮的磨耗度。

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