CN105539487A - 基于侧架定位的脱轨检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于侧架定位的脱轨检测装置及其检测方法，其中，脱轨检测装置安装于转向架的侧架端部，包括支承座、横梁、激光位移计与处理器***；另外本发明还提供其检测方法，通过该脱轨检测装置及检测方法，实现铁道车辆脱轨前的预警功能，解决了铁道车辆无法预测脱轨的问题，为确保铁路运输安全，减少货车脱轨事故提供了保障。

Description

基于侧架定位的脱轨检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及铁路运输装备技术领域，具体涉及一种基于侧架定位的脱轨检测装置及其检测方法。

背景技术

列车脱轨是铁道车辆运行中的重大行车事故。脱轨事故的发生，将造成车辆、货物、交通设备和通讯设备的损坏，严重时还将伤及生命，因此受到世界各国的高度重视。自1997年我国铁路提速以后，货物列车脱轨有上升趋势；近l0年来，脱轨事故在我国铁路行车重大、大事故中的比率高达70％左右。为确保铁路运输安全，找出防范的对策，减少货车脱轨事故是一项重要而紧迫的任务。

引起脱轨事故的原因比较复杂，即有人为因素、设备因素，还有自然灾害等。脱轨事故在改善列车运行性能、加强职工素质和安全教育后可以大大减少，但不可能完全杜绝，因为无法抗拒的自然灾害是引起脱轨的主要原因之一。

脱轨虽不可避免，但是可以在车辆上增加脱轨检测装置达到脱轨前预警和脱轨后制动减损的效果。目前，脱轨制动技术比较成熟，南车公司研制的脱轨自动制动装置已经广泛应用于70t级以上货车，效果显著；相对的，能够实现预警功能的脱轨检测技术还没有可靠产品投入运用。当前铁路总公司已经开始组织快运货车的研制工作，晋中南重载运煤专线也将投入运用，铁路货车的快运重载需求越来越紧迫，而实现这些目标的关键技术之一就是防止车辆脱轨。然而当前针对脱轨问题主要发展的是脱轨制动技术，具有脱轨预警功能的产品还处于试验阶段，因技术难度大，未见规模化成功案例，尚处于市场空白期，其潜力和价值十分巨大。因此研制脱轨检测装置及检测方法是具有重大意义的研究课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于侧架定位的脱轨检测装置及其检测方法，实现铁道车辆脱轨前的预警功能，解决铁道车辆无法预测脱轨的问题，为确保铁路运输安全，减少货车脱轨事故提供了可能。

为实现上述目的，本发明所设计的基于侧架定位的脱轨检测装置，成对安装于转向架上平行布置的两个侧架的两端端部，其特殊之处在于：

它包括两对支承座、两根横梁和两对激光位移计与处理器***；

所述支承座经铸造模具一体成型，由安装基面、筋板和连接板组合而成；所述安装基面一端和筋板一端连接处形成折角，所述连接板为类似三角板形状，其一边与安装基面连接，其另一边与筋板连接，所述安装基面开设有安装孔；所述筋板另一端末尾设有安装铰接孔；

所述支承座的安装基面固定安装于侧架的端部位置，所述横梁位于两个侧架同向端端部的两个支承座之间，且所述横梁的两端分别与两个支承座的安装铰接孔铰接；

所述激光位移计与处理器***对称安装在横梁的两端内侧，且所述激光位移计与处理器***位于铁路钢轨正上方，从而用于测量车轮相对于铁路钢轨的抬升量，并根据抬升量进行数据处理和判断。

优选地，所述支承座的安装基面通过与其安装孔相配合的铆钉或螺栓固定安装于侧架的端部位置。

优选地，所述激光位移计与处理器***的处理器为单片机。

进一步地，所述安装基面开设安装孔的数量为四个，且安装孔呈矩阵分布。

另外，本发明还提供所述基于侧架定位的脱轨检测装置的脱轨检测方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：

1)激光位移计与处理器***开机，通过激光位移计采集激光位移计本身距离钢轨上表面的垂向距离数据，第m次采集的数据记为H_m；通过处理器计算数据的平均值作为本次测量的基准点，记为H₀；

2)H_m与H₀求差，即得到车轮相对于钢轨的抬升量为h_m＝H_m-H₀，用于执行判断；

3)如果第m次数值h_m值大于所设定的安全值，处理器记录本次数据h_m，标记为1次；

4)如果第m+1次数值h_m+1大于第m次数值h_m，处理器记录本次数据h_m+1，标记为2次；

5)如果第m+2次数值h_m+2大于第m+1次数值h_m+1，标记为3次；

6)如果连续满足上述步骤3)、步骤4)和步骤5)，则处理器发送报警信号，直至h_m值小于所设定的安全值；

7)如果没有连续满足上述步骤3)、步骤4)和步骤5)，则继续采样判断，不报警。

在上述技术方案中，通过安全值与h_m，h_m与h_m+1，h_m+1与h_m+2的三次连续比较，大大降低了因为线路损坏、轨缝和道岔等线路损伤造成的误报。

激光位移计与处理器***在使用中主要起到两个作用：一是监控转向架的运行状态；二是在车辆发生脱轨危险之前发送报警信息。

本发明有益效果：通过该基于侧架定位的脱轨检测装置及检测方法，实现铁道车辆脱轨前的预警功能，解决了铁道车辆无法预测脱轨的问题，为确保铁路运输安全，减少货车脱轨事故提供了保障。

附图说明

图1为一种基于侧架定位的脱轨检测装置的结构示意图；

图2为图1中支承座的立体结构示意图；

图3为图2中支承座的主视结构示意图；

图4为一种基于侧架定位的脱轨检测装置的检测方法流程示意图；

图5为轮轨正常接触状态示意图；

图6为轮缘贴靠状态示意图；

图7为持续爬轨状态示意图；

图8为脱轨状态示意图。

图中，侧架1、支承座2、安装基面2a、筋板2b、连接板2c、安装孔2d、安装铰接孔2e、横梁3、激光位移计与处理器***4、车轮5、钢轨6。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：

如图1至图3所示的基于侧架定位的脱轨检测装置，它成对安装于转向架上平行布置的两个侧架1的两端端部；

它还包括两对支承座2、两根横梁3和两对激光位移计与处理器***4；

所述支承座2经铸造模具一体成型，由安装基面2a、筋板2b和连接板2c组合而成；所述安装基面2a一端和筋板2b一端连接处形成折角；所述连接板2c为类似三角板形状，其一边与安装基面2a连接，其另一边与筋板2b连接，所述安装基面2a开设有安装孔2d；所述筋板2b另一端末尾设有安装铰接孔2e；所述安装基面2a开设安装孔2d的数量为四个，且安装孔2d呈矩阵分布；

所述支承座2的安装基面2a通过与其安装孔2d相配合的铆钉或螺栓固定安装于侧架1的端部位置，所述横梁3位于两个侧架1同向端端部的两个支承座2之间，且所述横梁3的两端分别与两个支承座2的安装铰接孔2e铰接；

所述激光位移计与处理器***4对称安装在横梁3的两端内侧，且所述激光位移计与处理器***4位于铁路钢轨6正上方，从而用于测量车轮5相对于铁路钢轨6的抬升量，并根据抬升量进行数据处理和判断；

所述激光位移计与处理器***4的处理器采用单片机结构。

本实施例公开的脱轨检测方法，如图4所示，包括以下步骤：

步骤1)：激光位移计与处理器***4开机，通过激光位移计其本身距离钢轨6上表面的垂向距离数据，第m次采集的数据记为H_m；本实施例选择t＞5s后，通过处理器计算数据的平均值作为本次测量的基准点，记为H₀；

步骤2)：H_m与H₀求差，即得到车轮5相对于钢轨6的抬升量为h_m＝H_m-H₀，用于执行判断；

步骤3)：如果第m次数值h_m值大于所设定的安全值，本实施例设定安全值为12mm，处理器记录本次数据h_m，标记为1次；

步骤4)：如果第m+1次数值h_m+1大于第m次数值h_m，处理器记录本次数据h_m+1，标记为2次；

步骤5)：如果第m+2次数值h_m+2大于第m+1次数值h_m+1，标记为3次；

步骤6)：如果连续满足上述步骤3)、步骤4)和步骤5)，则处理器发送报警信号至司机室，直至h_m值小于所设定的安全值；

步骤7)：如果没有连续满足上述步骤3)、步骤4)和步骤5)，则继续采样判断，不报警。

结合车轮5爬轨脱轨过程，其脱轨检测具体描述如下：

一、正常状态

如图5所示，铁道车辆在轨道上正常运行时，车轮5以钢轨6中心线为中心做小幅蛇形运动，车轮5轮缘没有贴靠到钢轨6上，车轮5相对于钢轨6的抬升量h_m为零；

二、轮缘贴靠状态

如图6所示，如果在某种特定条件下，车轮5给钢轨6的横向力很大，而车轮5给钢轨6的垂向力很小，以至车轮5在滚动过程中新的接触点逐渐移向轮缘顶部，车轮5逐渐升高。车轮5相对于钢轨6的抬升量h_m逐渐增大，当h_m值大于安全值，处理器记录本次数据h_m，标记为1次；

三、持续爬轨状态

如图7所示，如果轮缘上接触点的位置到达轮缘圆弧面上的拐点，即轮缘根部与中部圆弧连接处轮缘倾角最大的一点时，就到达爬轨的临界点。如果在到达临界点以前横向力减小或垂向力增大，则轮对仍可能向下滑动，恢复到原来稳定位置。当接触点超过临界点以后，如果横向力、垂向力的变化不大，车轮5有可能逐渐爬上钢轨6而脱轨。

此过程中，车轮5相对于钢轨6的抬升量h_m值继续增大，h_m+1大于h_m，标记为2次，h_m+2大于h_m+1，标记为3次，然后发送报警信号；

四、脱轨状态

如图8所示，如果车轮5继续爬轨，就会爬上钢轨6直到轮缘顶部达到钢轨6顶面而脱轨。

Claims (5)

1.一种基于侧架定位的脱轨检测装置，成对安装于转向架上平行布置的两个侧架(1)的两端端部，其特征在于：

它包括两对支承座(2)、两根横梁(3)和两对激光位移计与处理器***(4)；

所述支承座(2)经铸造模具一体成型，由安装基面(2a)、筋板(2b)和连接板(2c)组合而成；所述安装基面(2a)一端和筋板(2b)一端连接处形成折角，所述连接板(2c)为类似三角板形状，其一边与安装基面(2a)连接，其另一边与筋板(2b)连接，所述安装基面(2a)开设有安装孔(2d)；所述筋板(2b)另一端末尾设有安装铰接孔(2e)；

所述支承座(2)的安装基面(2a)固定安装于侧架(1)的端部位置，所述横梁(3)位于两个侧架(1)同向端端部的两个支承座(2)之间，且所述横梁(3)的两端分别与两个支承座(2)的安装铰接孔(2e)铰接；

所述激光位移计与处理器***(4)对称安装在横梁(3)的两端内侧，且所述激光位移计与处理器***(4)位于铁路钢轨(6)正上方，从而用于测量车轮(5)相对于铁路钢轨(6)的抬升量，并根据抬升量进行数据处理和判断。

2.根据权利要求1所述的基于侧架定位的脱轨检测装置，其特征在于：所述支承座(2)的安装基面(2a)通过与其安装孔(2d)相配合的铆钉或螺栓固定安装于侧架(1)的端部位置。

3.根据权利要求1所述的基于侧架定位的脱轨检测装置，其特征在于：所述激光位移计与处理器***(4)的处理器为单片机。

4.根据权利要求1所述的基于侧架定位的脱轨检测装置，其特征在于：所述安装基面(2a)开设安装孔(2d)的数量为四个，且安装孔(2d)呈矩阵分布。

5.一种权利要求1所述基于侧架定位的脱轨检测装置的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)激光位移计与处理器***(4)开机，通过激光位移计采集激光位移计本身距离钢轨(6)上表面的垂向距离数据，第m次采集的数据记为H_m；通过处理器计算数据的平均值作为本次测量的基准点，记为H₀；

2)H_m与H₀求差，即得到车轮(5)相对于钢轨(6)的抬升量为h_m＝H_m-H₀，用于执行判断；

3)如果第m次数值h_m值大于所设定的安全值，处理器记录本次数据h_m，标记为1次；

4)如果第m+1次数值h_m+1大于第m次数值h_m，处理器记录本次数据h_m+1，标记为2次；

5)如果第m+2次数值h_m+2大于第m+1次数值h_m+1，标记为3次；

6)如果连续满足上述步骤3)、步骤4)和步骤5)，则处理器发送报警信号，直至h_m值小于所设定的安全值；

7)如果没有连续满足上述步骤3)、步骤4)和步骤5)，则继续采样判断，不报警。