CN111003022B - 一种基于磁栅测量的道岔动作全过程监测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于磁栅测量的道岔动作全过程监测方法及装置，相关方法包括：在主副表示杆以及摩擦联结器上分别安装双磁栅尺，在每一双磁栅尺设定距离内设置磁传感器组；双磁栅尺包含两条磁极数目不同的磁栅尺，每一条磁栅尺上均为且交替设有多个N磁极与S磁极；在道岔动作时，通过相应的磁传感器组各自读取主副表示杆上对应双磁栅尺中两条磁极的数量，并通过两条磁极的数量差值确定主副表示杆各自的绝对位置，进而得到主副表示杆的相对位置；同样的摩擦联结器上磁传感器组与双磁栅尺，测量出转动前后的绝对位置，得到转动后的相对距离，进而确定摩擦阻力。上述方案能够准确掌握道岔缺口和摩擦阻力，能够实现预测修，并延长转辙机的使用寿命。

Description

一种基于磁栅测量的道岔动作全过程监测方法及装置

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种基于磁栅测量的道岔动作全过程监测方法及装置。

背景技术

随着我国路网规模的不断扩大，在给人们出行带来便利的同时，也给铁路运输安全带来了更大的压力。转辙机是改变道岔开通方向，进而改变行车径路的重要的信号基础设备，因其转换频繁，也是故障高发设备，是铁路重点维护对象。目前，一般采用道岔缺口监测设备和信号集中监测设备实时监测转辙机工作过程，通过在天窗时间，加阻力块的方式来测量转辙机的摩擦电流，摩擦电流间接反映出摩擦联结器的转动摩擦力。

目前，很多铁路线路上都装备了道岔缺口监测、信号集中监测设备。

1、道岔缺口监测设备。

道岔缺口监测设备主要是监视道岔尖轨与基本轨的密贴度(要求不大于4mm)，采用的主要技术手段为在转辙机里加装摄像头，通过图像识别来测量表示杆道岔缺口位置。

主要存在以下问题：

(1)透镜：道岔缺口标称精度为±0.1mm，摄像镜头组由透镜组成，存在曲率，使视频像素点之间的距离呈非线性特点，不同摄像头之间的透镜也无法保证一致，很难人为调整保证精度一致，影响测量精度。

(2)被测物：被测物表面平坦度、干净程度及环境的温湿度直接测量精度。

(3)照度：摄像头为光学器件，对光极其敏感，在不同的光照强明下，直接影响精度。

(4)镜头的维护：由于转辙机内部既有灰尘又有油气，时间一长难免有污垢，在狭窄空间维护困难，影响测量精度。

(5)主、副表示杆相对位移：表示杆上的2个缺口分别在不同的表示杆上，它们之间的相对移动，表明道岔行程发生变化，或定位或反位道岔不能密贴，道岔缺口监测设备不能监测出这种相对位移，存在局部监测不足问题。

(6)数据量：监测测量的精度越高，要求CPU处理的数据能力越强、越复杂，产生的数据量越大，软硬件开销成本越高，同时通信的负担越重，采用视频方式，数据量大，影响道岔缺口监测设备的稳定工作。

2、信号集中监测设备。

信号集中监测设备主要是测量转辙机转换时的道岔动作电流、功率等等参数。转辙机的摩擦电流在转辙机正常转换过程中是监测不到的，需要靠人工加阻力块的方式来测量，在日常天窗检修时，在道岔尖轨和基本轨之间放置一个阻力块，使道岔不能密贴，从而测出其摩擦电流，通过摩擦电流间接反映出摩擦联结器转动摩擦力，通过调节摩擦联结器与电机变速器连接部位螺丝的松紧来调整摩擦力的大小。初始标定时需要通过特殊阻力块上的传感器压力值，来校准电机阻力电流值，通过标定的电流值反映摩擦力，达到调节的目的。热胀冷缩效应导致摩擦联结器摩擦带的松紧变化较大，摩擦故障电流亦相应随之改变。根据这一规律，每当季节变化时，都需要对摩擦电流重新进行调整。规律性调整是人为可控的，但是电动转辙机实际动作过程中，由于外部温差变化，内部摩擦带机械运转产生动摩擦系数、电机有用功率转换以及其表面是否清洁等各种因素，都会改变摩擦力电流，此方法产生故障隐患与危害都是不可控的。另外，摩擦阻力测量只能相隔很长时间测量一次，不能真实反映摩擦阻力的情况，只能近似于故障修，不能做到预测修。

此外，现有道岔缺口及摩擦阻力测量，只是通过其它的参量来反映被测参量，只能反映被测参量的趋势或局部特性，不能反映被测参数的全部过程(如：缺口测量范围不大于20mm，精度为±0.1mm，而道岔动作范围160mm至190mm)，不能解决主、副表示杆之间的相对移动。并且，道岔缺口、道岔动作电流和摩擦力之间也没有形成联动，不能有效地对转辙机进行监测。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于磁栅测量的道岔动作全过程监测方法及装置，能够实时监测道岔动作过程，并能够实现摩擦阻力与表示杆测量的同步。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于磁栅测量的道岔动作全过程监测方法，包括：

在主副表示杆以及摩擦联结器上分别安装双磁栅尺，在每一双磁栅尺设定距离内设置磁传感器组；双磁栅尺包含两条磁极数目不同的磁栅尺，每一条磁栅尺上均为且交替设有多个N磁极与S磁极；

在道岔动作时，通过相应的磁传感器组各自读取主副表示杆上对应双磁栅尺中两条磁极的数量，并通过两条磁极的数量差值确定主副表示杆各自的绝对位置，进而得到主副表示杆的相对位置；基于同样的原理，摩擦联结器上磁传感器组与双磁栅尺，测量出转动前后的绝对位置，从而得到转动后的相对距离，进而确定摩擦阻力。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，通过安装双磁栅及对双磁栅信息的读取，完成对道岔的主、副表示杆及摩擦联结器高精度定位。克服了以往设备功能单一、只能间接测量等方面的不足；同时也克服了现有的道岔缺口监测设备，监测参数不全面及对环境要求过高等方面的不足；采用本发明，有利于道岔转辙机设备的预测维护，可实现减员增效，具有很好的社会效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于磁栅测量的道岔动作全过程监测方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的主副表示杆上双磁栅尺及磁传感器组的安装示意图；

图3为本发明实施例提供的摩擦联结器上双磁栅尺及磁传感器组的安装示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

为了解决现有技术所存在的技术问题，本发明实施例提供一种基于磁栅测量的道岔动作全过程监测方法，对道岔缺口监测，采用双磁栅测量替代视频监测方式，解决视频监测缺口存在的问题，同时能够实时监测道岔动作过程；采用双磁栅替代加阻力块测量方式，解决加阻力块测量摩擦力存在的问题，同时能够实现与表示杆测量的同步。而且采用双磁栅，全程实时测量出道岔动作过程中主、副表示杆和摩擦联结器的绝对位置，从而准确掌握道岔缺口和摩擦阻力，能够实现预测修，并延长转辙机的使用寿命。

如图1所示，该方法主要包括：

1、在主副表示杆以及摩擦联结器上分别安装双磁栅尺，在每一双磁栅尺设定距离内设置磁传感器组；双磁栅尺包含两条磁极数目不同的磁栅尺，每一条磁栅尺上均为且交替设有多个N磁极与S磁极。

如图2所示，道岔缺口分别位于主副表示杆上，通过测量主副表示杆的绝对位置与相对位置确定走行距离，从而确定道岔贴密度及缺口位置。安装要求，磁传感器组与磁栅尺(磁栅条)表面距离根据磁场强度确定，一般选取不大于1mm间隙。主、副表示杆都安有磁栅条，并且主、副表示杆每面安装2个磁栅条，共计安装4个磁栅条。

如图3所示，所述摩擦联结器为环形器件，在摩擦联结器的外侧布设环形的双磁栅尺。安装要求与表示杆相同。

本发明实施例中，由于采用传感器组，传感器之间读取的数据可以相互参考，具有互检功能，同时提高测量精度。传感器种类主要包括：磁场传感器、电流传感器、温湿度传感器、振动(加速度)传感器等。电流传感器、温湿度传感器、振动(加速度)传感器可以根据用户要求安装在被测点位置，采集电流、温湿度、加速度信息，可用于对道岔进行全方位的诊断(具体将在后文进行介绍)。

2、在道岔动作时，通过相应的磁传感器组各自读取主副表示杆上对应双磁栅尺中两条磁极的数量，并通过两条磁极的数量差值确定主副表示杆各自的绝对位置，进而得到主副表示杆的相对位置；基于同样的原理，摩擦联结器上磁传感器组与双磁栅尺，测量出转动前后的绝对位置，从而得到转动后的相对距离，进而确定摩擦阻力。

本发明实施例中，能够实现道岔缺口及摩擦阻力两个技术参数的全程测量、绝对位置的测量、以及重要参数测量的全程同步性。具体来说：

1)道岔缺口及摩擦阻力两个技术参数的全程测量。

道岔密贴是通过表示杆的动作走行距离反映出来的，道岔定位到反位走行距离理论上应该等于反位到定位走行距离，表示杆是由主、副表示杆组成(两个缺口分别在主、副表示杆上)，测准距离尤为关键。本发明采用磁栅非接触测量，精度理论上可以达到±0.01mm，远高于图像识别方式的±0.1mm精度；磁栅测量方式的测量范围不大于210mm(现有道岔动作范围在160-200mm)，图像识别方式的测量范围为0-20mm。

通过主副表示杆上各自安装的磁传感器组与双磁栅尺可以测量出主副表示杆各自的绝对位置(即绝对定位)，从而同步测量出主副表示杆的相对位置，相当于测量了道岔缺口位置，进而可以确定道岔贴密度。

同样的原理下，可以计算出摩擦联结器动作前后的绝对距离，其差值相对距离与摩擦阻力是存在对应关系的，因此，得到相对距离后可以直接得到摩擦阻力。此处提到的对应关系，是通过现场维修人员总结出来的规律。由于现场应用转辙机内的摩擦联结器的摩擦阻力不能直接测量，只能将转辙机拆回到实验室内，用特定的大型试验台人为形成阻力去标定摩擦联结器转动距离，间接检测摩擦片的摩擦阻力，与实际应用有一定的误差，此发明的每次实际工作都是一次摩擦阻力的测量，弥补了先前测量方法的不足。

2)绝对位置的测量。

磁栅是由N、S磁极组成平薄直尺，亦称磁栅尺，其测量原理是通过磁传感器识别N(或S)磁极的个数，从而计算出距离，但当设备受到干扰或瞬间断电时，磁传感器记录的磁极个数会变化或丢失，从而导致距离测量不正确。为解决此问题，采用双磁栅尺进行测量，在主、副表示杆和摩擦联结器上分别装一个一定长度的双磁栅尺，每个双磁栅尺的每条磁栅均匀分布磁极个数，但2条磁栅磁极个数不同，磁头(磁场传感器)可以同步读取2条磁栅的磁极，利用二者之间磁极个数的差值确定绝对位置，从而解决单条磁栅尺在受到干扰或断电情况下测量不正确问题。

下面通过示例的形式，介绍绝对位置测量的方式，该方式适用于主副表示杆与摩擦联结器。每一磁栅尺由N、S磁极组成，每一个磁极有一定距离，磁场传感器通过磁场强度大小及方向确定绝对距离，例如：第一磁栅尺的距离为1mm刻度单位，第二磁栅尺的距离为1.1mm刻度单位，假定两个磁栅尺初始对齐，当磁场传感器与双磁栅尺相对移动一个单位时，它们相差0.1mm单位，第二相差0.2mm单位...，以此类推，其单位差值为一次线性函数，即可映射为绝对位置。道岔缺口、摩擦阻力通过测量距离及绝对位置的显示装置，由现场调试人员现地标定。

本发明实施例中，采用双磁栅可以测量主、副表示杆绝对定位，并同步测量了主、副表示杆之间的相对位置，防止了虽然道岔缺口锁闭，但其定位或反位的不密贴，克服了视频测量缺口报警的不足，同时此方法包含了道岔缺口位置的测量。应用此方式，环境要求简单、测量精度高、抗干扰性强，为道岔预测维护奠定了很好的基础。

此外，当转辙机带动的道岔转至定位或反位时，其动作杆停止后，摩擦联结器由电机的短时工作及转动惯量，使摩擦联结器继续摩擦转动至停止，通过测量转动前后磁栅的绝对距离，可计算出摩擦阻力，此力为道岔密贴时的摩擦阻力。克服了采用加阻力块测试方法的不足，即用测量得到的道岔中间摩擦阻力去等效道岔密贴时摩擦阻力，这种等效是间接的、不精确的，同时损伤了摩擦带的使用寿命(此方法每工作一次，电机需持续转动40s)。

3)重要参数测量的全程同步性。

主、副表示杆动作全程同步测量，主要解决主、副表示杆的相对位移，保证道岔在定、反位都能密贴，同时能够测量道岔在运动过程中的受力情况，通过速度可推断有无障碍物或运动不畅。

表示杆与摩擦联结器动作全程同步测量，可以在每次道岔的正常工作过程中检验摩擦阻力情况，不必再用人工加阻力块的方式去间接推测摩擦阻力，也就减少了对道岔动作的干扰，对保障行车安全很有帮助。

总之，通过同步、全程测量，能够保证道岔工作更加安全可靠。

此外，引入转辙机电气参数、环境参数等辅助参数，能够对道岔进行全方位的诊断，完成道岔预测维护及更换。

电器参数：如转载机内电机的电流参数，表示电机的做功，即在不同的环境参数下(如季节变化、温湿度变化、轨道道床渣石变化导致其移位及倾斜等因素)，致使道岔动作过程中受到阻力的情况不同，预测出正常的工作参数及参数的变化趋势，保证道岔运行的安全；

环境参数：如温、湿度、振动等参数。此参数由温湿度及加速度传感器获得，此参数直接影响电机的电流、表示杆移动距离及速度、摩擦联结器转动位置等参数，当实际运行积累大量数据后，通过软件专家***分析上述参数可对道岔进行全方位的诊断，完成道岔预测维护及更换。

本发明实施例中，道岔缺口、道岔动作电流和摩擦力之间形成联动，一次道岔动作全过程，包括道岔电流开启、表示杆运动、到位后道岔电流关闭、表示杆停止、摩擦联结器转动到停止。它们是联动的，所有这些参数的测量是同步的，可以通过图形的方式显示(以时间为横坐标)。

本发明实施例另一实施例还提供一种基于磁栅测量的道岔动作全过程监测装置，其主要包括：三个双磁栅尺、以及三个磁传感器组；

主副表示杆以及摩擦联结器上分别安装有双磁栅尺，在每一双磁栅尺设定距离内设置磁传感器组；双磁栅尺包含两条磁极数目不同的磁栅尺，每一条磁栅尺上均为且交替设有多个N磁极与S磁极；

在道岔动作时，通过相应的磁传感器组各自读取主副表示杆上对应双磁栅尺中两条磁极的数量，并通过两条磁极的数量差值确定主副表示杆各自的绝对位置，进而得到主副表示杆的相对位置；基于同样的原理，摩擦联结器上磁传感器组与双磁栅尺，测量出转动前后的绝对位置，从而得到转动后的相对距离，进而确定摩擦阻力。

道岔缺口分别位于主副表示杆上，通过主副表示杆的绝对位置与相对位置确定走行距离，从而确定道岔贴密度及缺口位置。

所述摩擦联结器为环形器件，在摩擦联结器的外侧布设环形的双磁栅尺。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于磁栅测量的道岔动作全过程监测方法，其特征在于，包括：

在主副表示杆以及摩擦联结器上分别安装双磁栅尺，在每一双磁栅尺设定距离内设置磁传感器组；双磁栅尺包含两条磁极数目不同的磁栅尺，每一条磁栅尺上均交替设有多个N磁极与S磁极；

在道岔动作时，通过相应的磁传感器组各自读取主副表示杆上对应双磁栅尺中两条磁极的数量，并通过两条磁极的数量差值确定主副表示杆各自的绝对位置，进而得到主副表示杆的相对位置；基于同样的原理，摩擦联结器上磁传感器组与双磁栅尺，测量出摩擦联结器转动前后的绝对位置，从而得到转动后的相对距离，进而确定摩擦阻力。

2.根据权利要求1所述的一种基于磁栅测量的道岔动作全过程监测方法，其特征在于，道岔缺口分别位于主副表示杆上，通过测量主副表示杆的绝对位置与相对位置确定走行距离，从而确定道岔密贴度及缺口位置。

3.根据权利要求1所述的一种基于磁栅测量的道岔动作全过程监测方法，其特征在于，所述摩擦联结器为环形器件，在摩擦联结器的外侧布设环形的双磁栅尺。

4.一种基于磁栅测量的道岔动作全过程监测装置，其特征在于，包括：三个双磁栅尺、以及三个磁传感器组；

主副表示杆以及摩擦联结器上分别安装有双磁栅尺，在每一双磁栅尺设定距离内设置磁传感器组；双磁栅尺包含两条磁极数目不同的磁栅尺，每一条磁栅尺上均交替设有多个N磁极与S磁极；

在道岔动作时，通过相应的磁传感器组各自读取主副表示杆上对应双磁栅尺中两条磁极的数量，并通过两条磁极的数量差值确定主副表示杆各自的绝对位置，进而得到主副表示杆的相对位置；基于同样的原理，摩擦联结器上磁传感器组与双磁栅尺，测量出摩擦联结器转动前后的绝对位置，从而得到转动后的相对距离，进而确定摩擦阻力。

5.根据权利要求4所述的一种基于磁栅测量的道岔动作全过程监测装置，其特征在于，道岔缺口分别位于主副表示杆上，通过测量主副表示杆的绝对位置与相对位置确定走行距离，从而确定道岔密贴度及缺口位置。

6.根据权利要求4所述的一种基于磁栅测量的道岔动作全过程监测装置，其特征在于，所述摩擦联结器为环形器件，在摩擦联结器的外侧布设环形的双磁栅尺。

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