CN108944998A - 一种列车车轮检测及维护系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种列车车轮检测及维护系统。该系统包括：力学测量装置，布设于测量区域内的轨道上，用于对驶过的列车车轮进行车轮‑轨道接触力检测，得到驶过的车轮‑轨道接触力数据；车轮‑轨道接触力数据预处理装置，与力学测量装置通信连接，用于对车轮‑轨道接触力数据进行信号转换并做放大处理；数据存储装置，与车轮‑轨道接触力数据预处理装置通信连接，用于对车轮‑轨道接触力数据的预处理结果进行存储；数据分析装置，与数据存储装置连接，用于根据车轮‑轨道接触力数据的预处理结果，分析车轮是否存在缺陷，或预测车轮是否将出现缺陷。本发明实施例的技术方案，可以实现对车轮的实时性检测，以及对车轮进行预防性维护的效果。

Description

一种列车车轮检测及维护系统

技术领域

本发明实施例涉及轮轨检测技术领域，尤其涉及一种列车车轮检测及维护系统。

背景技术

车轮作为列车的关键部件，进行实时的安全监测对于确保列车运行安全至关重要。随着我国高速列车与城市轨道列车的普及，运行速度和频次不断提升，伴随而来的车轮失圆缺陷也日益凸显，车轮失圆是车轮擦伤、踏面剥离、踏面突起、车轮多边形化、车轮偏心等现象的统称。它是引起车辆轮轨系统冲击振动的主要激励源，会引起轮轨系统动力响应的变化，对行车稳定性、安全性、舒适性以及车辆轮轨系统各个部件的寿命都有较大影响。

现有技术中，对车轮的完整性测量的方式主要以静态测量为主，具体包括采用激光检测的手段。然而，静态测量不仅需要在列车静止时进行，而且只能够在车轮出现失圆等问题以后才能够被发现和处理，而车轮出现失圆等问题时已经对行车安全形成隐患，以及造成车辆的保养和维护滞后，不利于车辆的行车安全，同时影响乘客的乘坐舒适度，也影响车轮自身的使用寿命以及车辆其它部件的使用寿命。

发明内容

本发明实施例提供一种列车车轮检测及维护系统，可以实现对车轮的实时性检测，以及对车轮进行预防性维护的效果。

本发明实施例提供了一种列车车轮检测及维护系统，该系统包括：

力学测量装置，布设于测量区域内的轨道上，用于对驶过的列车车轮进行轮轨接触力检测，得到驶过的车轮-轨道接触力数据；

车轮-轨道接触力数据预处理装置，与所述力学测量装置通信连接，用于对车轮-轨道接触力数据进行信号转换并做放大处理；

数据存储装置，与所述车轮-轨道接触力数据预处理装置通信连接，用于对所述车轮-轨道接触力数据的预处理结果进行存储；

数据分析装置，与所述数据存储装置通信连接，用于根据所述车轮-轨道接触力数据的预处理结果，分析车轮是否存在缺陷，或预测车轮是否将出现缺陷。

进一步的，所述力学测量装置包括布设在测量区域内的轨道上的弹性贴片，并具体布设在测量区域内的轨枕上方的轨道上和轨枕之间的轨道上；其中，

轨枕上方的轨道上的所述弹性贴片用于探测车轮的垂向支反力；

轨枕之间的轨道上的所述弹性贴片用于探测车轮的垂向剪切力；

所述垂向支反力和所述垂向剪切力构成所述车轮-轨道接触力数据。

进一步的，所述系统还包括：

车辆识别装置，与所述数据存储装置相连，用于识别车辆身份信息；

所述数据存储装置，用于将所述车辆身份信息与车轮-轨道接触力数据的预处理结果进行关联存储。

进一步的，所述车辆识别装置包括：

在车辆上安装的追踪器，以及在所述测量区域的预设范围内安装追踪器识别装置；

所述车辆识别装置具体用于：

根据所述追踪器识别装置识别到的追踪器信息确定车辆身份信息。

进一步的，所述系统还包括：

车速获取装置，与所述数据存储装置相连，用于获取车辆实时运行速度；

所述数据存储装置，用于将所述车辆实时运行速度与车轮-轨道接触力数据的预处理结果进行关联存储。

进一步的，所述车速获取装置，包括在所述测量区域的预设范围内设置的测速雷达。

进一步的，所述数据分析装置包括缺陷检测单元和缺陷预测单元；

所述缺陷检测单元具体用于：根据所述车轮-轨道接触力数据的预处理结果，确定车轮的动态系数；根据所述动态系数的大小，确定车轮的缺陷程度等级；所述动态系数包括：轮轨力静态中值与最大值、轮轨力静态中值与最小值以及轮轨力最大值与最小值中的一组数据的差值或者比值；

所述缺陷预测单元具体用于：将所述车轮-轨道接触力数据的预处理结果输入至缺陷预测模型；根据所述缺陷预测模型，预测车轮是否将出现缺陷。

进一步的，所述缺陷预测模型是对车轮检测时的车轮-轨道接触力数据的预处理结果与车轮出现缺陷的时间或者进行维护的时间进行学习得到的模型。

进一步的，所述系统还包括：

维护方案确定装置，与所述数据分析装置连接，用于根据所述数据分析装置的分析结果，确定该车轮的维护方案。

进一步的，所述系统还包括：

温度检测装置，与所述数据存储装置相连，用于获取轮轨力检测时的环境温度信息；

所述数据存储装置，用于将所述环境温度信息与车轮-轨道接触力数据的预处理结果进行关联存储。

本申请实施例所提供的技术方案，通过力学测量装置，布设于测量区域内的轨道上，用于对驶过的列车车轮进行轮轨接触力检测，得到驶过的车轮-轨道接触力数据；车轮-轨道接触力数据预处理装置，与所述力学测量装置通信连接，用于对车轮-轨道接触力数据进行信号转换并做放大处理；数据存储装置，与所述车轮-轨道接触力数据预处理装置通信连接，用于对所述车轮-轨道接触力数据的预处理结果进行存储；数据分析装置，与所述数据存储装置通信连接，用于根据所述车轮-轨道接触力数据的预处理结果，分析车轮是否存在缺陷，或预测车轮是否将出现缺陷，可以实现对车轮的实时性检测，以及对车轮进行预防性维护的效果。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的列车车轮检测及维护系统；

图2是本发明实施例一提供的一种力学测量装置布设示意图；

图3是本发明实施例一提供的一种力学测量装置布设示意图；

图4本发明实施例一提供的一种结果展示示意图；

图5是本发明实施例一提供的车轮预防性维护系统的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各步骤描述成顺序的处理，但是其中的许多步骤可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各步骤的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。

实施例一

图1是本发明实施例一提供的列车车轮检测及维护系统，本实施例可适用车轮在线检测和维护的情况，该装置可以由软件和/或硬件的方式来实现。

如图1所示，所述车轮预防性维护系统包括：

力学测量装置110，布设于测量区域内的轨道上，用于对驶过的列车车轮进行轮轨接触力检测，得到驶过的车轮-轨道接触力数据；

车轮-轨道接触力数据预处理装置120，与所述力学测量装置110通信连接，用于对车轮-轨道接触力数据进行信号转换并做放大处理；

数据存储装置130，与所述车轮-轨道接触力数据预处理装置120通信连接，用于对所述车轮-轨道接触力数据的预处理结果进行存储；

数据分析装置140，与所述数据存储装置130通信连接，用于根据所述车轮-轨道接触力数据的预处理结果，分析车轮是否存在缺陷，或预测车轮是否将出现缺陷。

其中，力学测量装置可以是布设在车辆正常运行的轨道上，比如可以布设在轨道的轮轨测量路段，还可以是布设在专门的进行轮轨测量路段上，如在某一车站的边缘，设有足够长的轨道用来对车轮进行检测。

对于力学测量装置，本申请不做具体限定，可以是粘贴在轨道侧面的弹性贴片，还可以是其他测力组件，如也可以布设在轨枕下面，或者其他方式进行布设。力学测量装置只要能够将车辆在轨道上行驶过程中，将车辆对轨道造成的压力进行采集即可。得到的车轮-轨道接触力数据如果是在理想状态下，呈现的应该是一条近似水平的直线，该压力值就是车轮行驶过程中，测得的车轮及车厢及其承载物的重力。

其中，车轮-轨道接触力数据可以是连续的，也可以是离散的，或者准连续的，如力学测量装置为测点型力学测量装置时，可以通过控制布设力学测量装置的距离来确定，相应的，如果力学测量装置为连续的测量装置，则得到的车轮-轨道接触力数据就可以是连续的力学数据。

在本实施例中，可选的，所述力学测量装置包括布设在测量区域内的轨道上的弹性贴片，并具体布设在测量区域内的轨枕上方的轨道上和轨枕之间的轨道上；其中，轨枕上方的轨道上的所述弹性贴片用于探测车轮的垂向支反力；轨枕之间的轨道上的所述弹性贴片用于探测车轮的垂向剪切力；所述垂向支反力和所述垂向剪切力构成所述车轮-轨道接触力数据。

其中，测量区域可以是在车辆正常运行的轨道中的一段，长度可以是5米、10米甚至更长或者更短。对于最短的长度要求，只要该长度能够覆盖每个车轮的周长即可。当测量的长度超过这个长度时，可以将一个车轮的多个转动周期的数据进行统计分析，这样可以避免因为偶然因素形成的车轮-轨道接触力数据突刺，影响对于车轮检测过程中的轮轨力测量的准确性。

轨枕上方的轨道上的力学测量装置，由于有轨枕的支撑，可以用于测量车辆经过时，车轮对轨道造成的压力。轨枕之间的轨道上的力学测量装置，由于其位于轨枕之间，没有轨枕的支撑，可以通过测量轨道上的车辆经过时对与轨枕之间位置的轨道造成的垂向剪切力。由于车辆在转弯等情况下，会导致形成横向剪切力的情况，所以本申请中测量路段可以尽量设置在车辆直行的轨道上，这样可以避免横向剪切力影响轨枕之间的力学测量装置测量得到的力学数据的准确性。

图2是本发明实施例一提供的一种力学测量装置布设示意图。如图2所示，力学测量装置可以是弹性贴片，则可以在轨枕上方的轨道上布设来检测车轮经过时的压力，还可以在轨枕之间布设来检测车轮经过时的垂向剪切力。图3是本发明实施例一提供的一种力学测量装置布设示意图。如图3所示，可以将力学测量装置连续布设在轨道上的侧面部位，因为这样可以得到连续的车轮-轨道接触力数据的同时，布设在轨道侧面可以避免其与高速驶过的车轮接触造成力学测量装置损坏。相应的，还可以布设在轨道底面，但是这样布设就必须要在轮轨力测量过程中减去轨道自身的重量，增大计算误差。

通过车轮-轨道接触力数据预处理装置对车轮-轨道接触力数据进行信号转换并做放大处理。其中，通过车轮-轨道接触力数据可以吧力学测量装置得到的电信号转化为相应的力学信号。将该电信号进行放大，以使放大后的增强信号，能够实现远距离传输。值得说明的是，如果不经过转换和放大，仅以最初的电信号也能够完成车轮的缺陷检测，但是在转换和放大之后，可以使本方案得到的输出结果更加准确。

数据存储装置，与所述车轮-轨道接触力数据预处理装置通信连接，用于对所述车轮-轨道接触力数据的预处理结果进行存储。

数据分析装置，与所述数据存储装置通信连接，用于根据所述车轮-轨道接触力数据的预处理结果，分析车轮是否存在缺陷，或预测车轮是否将出现缺陷。

在得到车轮-轨道接触力数据之后，根据车轮-轨道接触力数据所呈现出来的情况，确定当前车轮是否存在缺陷。其中，得到的车轮-轨道接触力数据可以是通过力学测量装置得到的电信号，也可以是通过转换和放大之后的力学信号。

根据得到的车轮-轨道接触力数据，可以确定当前车轮与轨道之间的压力情况，其中针对离散数据可以根据力学测量装置的距离近似看作是一组连续的数据。当压力表现中，存在某一个位置的压力过大或者过小的情况时，则可以确定过大可能因为车轮某一位置突出造成，过小可能由于车辆某一位置凹陷造成，则根据车轮-轨道接触力数据，就能够判断车辆是否存在缺陷的结果。

在本实施例中，可以通过对车轮-轨道接触力数据的分析，得到车轮缺陷在车轮周长方向上的具体为止，也可以对车轮缺陷位置进行预测，即根据接触力数据的变化规律预测车轮缺陷的所在位置。在实时检测过程中，可以根据接触力数据，确定精度为达到5毫米以上的车轮径向缺陷。其中，对于车轮的局部缺陷来说，比如凹陷，可以在凹陷深度超过5毫米时确定当前车辆存在缺陷，在车轮失圆缺陷来说，比如椭圆，可以在椭圆的长轴半径和短轴半径的长度差超过5毫米时确定当前车辆存在缺陷。

在本实施例中，可选的，所述数据分析装置包括缺陷检测单元和缺陷预测单元；所述缺陷检测单元具体用于：根据所述车轮-轨道接触力数据的预处理结果，确定车轮的动态系数；根据所述动态系数的大小，确定车轮的缺陷程度等级；所述动态系数包括：轮轨力静态中值与最大值、轮轨力静态中值与最小值以及轮轨力最大值与最小值中的一组数据的差值或者比值；所述缺陷预测单元具体用于：将所述车轮-轨道接触力数据的预处理结果输入至缺陷预测模型；根据所述缺陷预测模型，预测车轮是否将出现缺陷。

图4本发明实施例一提供的一种结果展示示意图。如图4所示，纵坐标可以是转换后得到的轮轨力，也可以是其他能够表征车轮-轨道接触力数据大小的数据，横坐标可以表示在一个测量区域内的某一段多个测力数据的位置，针对于同一个车轮进行测量时，可以将测得的轮轨力分布在图中，再经过在每一个车轮周长中，以经过6个力学测量装置为例，则在第5个力学测量装置得到的车轮-轨道接触力数据明显相对于其他位置测得的数据存在差距，而且在第二个车轮周长的测力数据中，与第一个车轮周长的测力数据基本一致，都在第5个力学测量装置的位置出现了异常点，则可以确定在相应位置的车轮存在缺陷，由于其突然升高，所以可能是由于车轮的某个部位突出所引起的。另外，值得说明的是，每个车轮的测量周期可以是一个车轮周长，也可以是多个车轮周长，可以在同一检测路段内对其是否存在缺陷进行判断，也可以是结合多个测量路段的数据综合计算后得到结果，这样可以使车轮是否存在缺陷的判断结果更加准确。

除此之外，还可以根据车轮的某一个固定位置力学测量装置呈现出来的数值是偏低的，来确定车轮该位置存在凹陷。还可以根据车轮-轨道接触力数据的周期性浮动确定当前车轮是否存在失圆的问题。

在另外一个可以实现的实施例中，在得到车轮-轨道接触力数据之后，其中，可以是进行转换或者未进行转换的数据，将其输入至缺陷检测模型。其中，缺陷检测模型可以集成在智能终端当中，如手机、电脑等，还可以被存储在服务器当中，通过网络将车轮-轨道接触力数据上传至服务器进行模型的数据输入。

在本实施例中，可选的，所述缺陷预测模型是根据的车轮检测时的车轮-轨道接触力数据，以及车轮出现缺陷的时间或者进行维护的时间进行学习得到的。其中，模型训练的基础是以往的车轮检测数据与车轮实际出现缺陷的时间或者实际需要维修的时间之间的对应关系。这样，就可以根据当前车辆的车轮-轨道接触力数据推算出车轮可能会出现缺陷或者需要进行维护的时间。

可以是根据缺陷预测模型，预测当前车轮在预设时间段内是否将出现缺陷；或，根据所述缺陷预测模型，预测当前车轮出现缺陷的时间长度。

在本实施例中，可选的，还包括：维护方案确定装置，与所述数据分析装置连接，用于根据所述数据分析装置的分析结果，确定该车轮的维护方案。

在根据所述缺陷预测模型，预测当前车轮是否将出现缺陷之后，根据预测当前车轮是否将出现缺陷的结果，确定该车轮的维护方案。车轮的维护方案包括是否在一段时间内需要进行维护，预计多长时间需要进行维护，以及进行维护的具体方式，如更换或者缺陷消除等。这样设置的好处是可以使工作人员更加直接的了解当前车轮的全部情况，便于工作人员对车辆维护的具体操作，如，有第一天检测的有需要维护的车轮，并进行维护后，第二天又检测出现有其他车轮需要维护的情况，通过采用本发明实施例所提供的技术方案，可以根据车轮的车轮-轨道接触力数据的预测结果，进行分批处理对几天内出现缺陷的车轮进行批次处理。

在上述技术方案的基础上，可选的，所述系统还包括：车辆识别装置，与所述数据存储装置相连，用于识别车辆身份信息；所述数据存储装置，用于将所述车辆身份信息与车轮-轨道接触力数据的预处理结果进行关联存储。

具体的，可以采用在车辆上设置用于进行车辆识别的追踪装置，并在车轮到达测量区域时或者之前，获取该追踪装置的信号来对车辆进行识别。这样就可以根据每个车辆的编码来存储车轮检测数据及结果，便于对车辆的快速确认。

在上述技术方案的基础上，可选的，所述系统还包括：车速获取装置，与所述数据存储装置相连，用于获取车辆实时运行速度；所述数据存储装置，用于将所述车辆实时运行速度与车轮-轨道接触力数据的预处理结果进行关联存储。

具体的，可以通过测速雷达等装置测量车辆经过检测区域的运行速度，从而便于对数据的整理和分析，还可以用于确定车辆运行的速度系数，对于车轮是否存在缺陷提供辅助判定条件。

在上述技术方案的基础上，可选的，车速获取装置，包括在所述测量区域的预设范围内设置的测速雷达。这样设置的好处是可以用来得到车辆运行过程中的实时速度，例如在离散数据测量过程中，可以结合车辆速度来确定同一个车轮经过各个位置时候的车轮-轨道接触力数据，使得到的数据更加准确，不会出现数据不匹配的错误出现。

在本实施例中，可选的，所述系统还包括：温度检测装置，与所述数据存储装置相连，用于获取轮轨力检测时的环境温度信息；所述数据存储装置，用于将所述环境温度信息与车轮-轨道接触力数据的预处理结果进行关联存储。

其中，温度可以是影响轨道刚度的元素之一，当温度不同时，可以适当的调整对于车轮是否存在缺陷的判定范围，或者调整预估车轮需要进行维护的时间长度。这样可以使得本发明实施例中的判断结果更加准确。

图5是本发明实施例一提供的车轮预防性维护系统的示意图。如图5所示，在车辆运行的轨道上，布置有列车车轮检测及维护系统。在测量区域，轨道的外侧面(与车轮的非接触面)布置有力学测量装置，如弹性贴片。在车辆到达测量区域时或者到达测量区域前，通过车辆识别装置识别当前运行过来进行车轮检测的车辆，在车辆进行检测时，还可以通过车速获取装置确定车辆的当前运行速度，如测速雷达。力学测量装置、车辆识别装置和车速获取装置分别将获取到的数据发送至主机，主机可以是智能终端，可以存储、处理上述数据，如可以包括车轮-轨道接触力数据预处理装置、数据存储装置以及数据分析装置，这三种装置可以是集成于主机的处理器或者存储器中的功能模块，也可以是由至少一块数据处理芯片和至少一块数据存储芯片构成，数据存储装置可以采用移位寄存器来实现。这样，工作人员可以根据每个位置的力学测量装置获取到同一个车轮在不同位置时与轨道的接触力，确定车轮是否存在突出、凹陷以及失圆等问题。从而达到对车轮的实时性检测，以及对车轮进行预防性维护的效果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种列车车轮检测及维护系统，其特征在于，包括：

力学测量装置，布设于测量区域内的轨道上，用于对驶过的列车车轮进行车轮-轨道接触力检测，得到驶过的车轮-轨道接触力数据；

车轮-轨道接触力数据预处理装置，与所述力学测量装置通信连接，用于对车轮-轨道接触力数据进行信号转换并做放大处理；

数据存储装置，与所述车轮-轨道接触力数据预处理装置通信连接，用于对所述车轮-轨道接触力数据的预处理结果进行存储；

数据分析装置，与所述数据存储装置通信连接，用于根据所述车轮-轨道接触力数据的预处理结果，分析车轮是否存在缺陷，或预测车轮何时将出现缺陷。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述力学测量装置包括布设在测量区域内的轨道上的弹性贴片，并具体布设在测量区域内的轨枕上方的轨道上和轨枕之间的轨道上；其中，

轨枕上方的轨道上的所述弹性贴片用于探测车轮的垂向支反力；

轨枕之间的轨道上的所述弹性贴片用于探测车轮的垂向剪切力；

所述垂向支反力和所述垂向剪切力构成所述车轮-轨道接触力数据。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：

车辆识别装置，与所述数据存储装置相连，用于识别车辆身份信息；

所述数据存储装置，用于将所述车辆身份信息与车轮-轨道接触力数据的预处理结果进行关联存储。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述车辆识别装置包括：

在车辆上安装的追踪器，以及在所述测量区域的预设范围内安装追踪器识别装置；

所述车辆识别装置具体用于：

根据所述追踪器识别装置识别到的追踪器信息确定车辆身份信息。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：

车速获取装置，与所述数据存储装置相连，用于获取车辆实时运行速度；

所述数据存储装置，用于将所述车辆实时运行速度与车轮-轨道接触力数据的预处理结果进行关联存储。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述车速获取装置，包括在所述测量区域的预设范围内设置的测速雷达。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据分析装置包括缺陷检测单元和缺陷预测单元；

所述缺陷检测单元具体用于：根据所述车轮-轨道接触力数据的预处理结果，确定车轮的动态系数；根据所述动态系数的大小，确定车轮的缺陷程度等级；所述动态系数包括：轮轨力静态中值与最大值、轮轨力静态中值与最小值以及轮轨力最大值与最小值中的一组数据的差值或者比值；

所述缺陷预测单元具体用于：将所述车轮-轨道接触力数据的预处理结果输入至缺陷预测模型；根据所述缺陷预测模型，预测车轮是否将出现缺陷。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述缺陷预测模型是对车轮检测时的车轮-轨道接触力数据的预处理结果与车轮出现缺陷的时间或者进行维护的时间进行学习得到的模型。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：

维护方案确定装置，与所述数据分析装置连接，用于根据所述数据分析装置的分析结果，确定该车轮的维护方案。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：

温度检测装置，与所述数据存储装置相连，用于获取轮轨力检测时的环境温度信息；

所述数据存储装置，用于将所述环境温度信息与车轮-轨道接触力数据的预处理结果进行关联存储。