CN110160679A - 一种铁路道岔密贴力检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁路道岔密贴力检测方法及系统，所述方法包括：通过密贴力传感器获取锁闭铁与锁闭框之间的作用力并形成电荷信号传输至电路转换模块；控制所述电路转换模块将所述电荷信号转换成电信号并传输至传输单元；控制所述传输单元将一个或多个所述电信号传输至控制单元；所述控制单元将所述电信号转换为密贴力曲线。所述系统包括：密贴力传感器、电路转换模块、传输单元和控制单元。本发明直接反映了尖轨与基本轨、心轨与翼轨间的密贴力，装置安装简单方便，适应室外道岔环境，长期稳定性好，可靠性高，测量准确，可为现场密贴调整和维护维修提供定量依据。

Description

一种铁路道岔密贴力检测方法及系统

技术领域

本发明属于轨道交通技术领域，特别涉及一种铁路道岔密贴力检测方法及系统。

背景技术

道岔是机车车辆由其中一股道向另一股道转入时，所应用到的线路设备，是实现列车转线或跨线运行时必不可少的轨道设备，也是行车设备的薄弱环节，具有构造复杂、载荷大、使用寿命较短和养护维修投入量大等特点，成为了限制列车运行速度的关键技术之一。

正常运营状态下，开通方向的尖轨与基本轨内侧、心轨与翼轨内侧应紧密贴实，即道岔密贴(如图1所示)。但随着运营时间的延长，道岔因磨耗和环境等因素逐渐出现诸多的病害，主要有尖轨或心轨不密贴、尖轨贴靠基本轨时存在反弹、卡阻和零部件松动等，其中尖轨和心轨不密贴是工电结合部最为突出的病害。

在我国，道岔密贴的检查是由人工在天窗时期进行，虽然是日常工作的重点，但目前是通过调整尖轨与基本轨、心轨与翼轨间相对位置的方式，即以密贴间距进行密贴程度的调整，而且不是一种实时的监测手段。

针对上述问题，专利201310269246.4、201510630226.4、201420336978.0提出的都是以监测尖轨与基本轨或心轨与翼轨间相对位置，即监测道岔的密贴间距方法来反映道岔是否转换到位。但事实上在道岔密贴过程中，尖轨和心轨会出现不同程度的扭转和形变，密贴间距不能反映道岔密贴的松紧状态。另外，上述专利中所述方法结构复杂，在工程实施过程中极易造成安装和维护的不便，使得所述方法不便于推广应用。

因此，轨道交通系统迫切需要一种能及时地对道岔的密贴状态做出直接的和定量的监测方法。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种铁路道岔密贴力检测方法及系统。

一种铁路道岔密贴力检测方法，所述方法包括：

通过密贴力传感器获取锁闭铁与锁闭框之间的作用力并形成电荷信号传输至电路转换模块；

控制所述电路转换模块将所述电荷信号转换成电信号并传输至传输单元；

控制所述传输单元将一个或多个所述电信号传输至控制单元；

所述控制单元将所述电信号转换为密贴力曲线。

进一步地，所述电信号包括电流信号、电压信号中的一种。

进一步地，所述电荷信号通过线缆进行传输。

进一步地，通过一个或多个所述电路转换模块和传输单元形成传感网络进行密贴力传感器实时在线监测。

进一步地，根据所述密贴力曲线形成密贴力诊断系统。

一种铁路道岔密贴力检测系统，所述系统包括：密贴力传感器、电路转换模块、传输单元和控制单元；

所述密贴力传感器，用于获取锁闭铁与锁闭框之间的作用力并形成电荷信号；

所述电路转换模块，用于将所述电荷信号转换成电信号；

所述传输单元，用于传输所述电信号；

所述控制单元，用于将所述电信号转换为密贴力曲线。

进一步地，所述密贴力传感器包括壳体和敏感元件，所述敏感元件用于将所受压力转换成电荷信号,所述敏感元件嵌入在壳体一侧表面的密贴力敏感区域中。

进一步地，所述敏感元件包括压电元件、应变元件中的一种，所述敏感元件外侧设有封装片，所述封装片用于对所述敏感元件进行封装和防护处理。

进一步地，所述壳体位于锁闭铁与锁闭框之间，所述锁闭铁、壳体、锁闭框之间贯穿连接有固定螺栓，所述固定螺栓用于固定壳体。

进一步地，所述壳体被固定螺栓贯穿部一侧设有弹片，所述弹片用于减少紧固压力对密贴力传感器的影响。

进一步地，所述锁闭铁、固定螺栓和锁闭框位于道岔外锁闭装置内，所述电信号包括电流信号、电压信号中的一种。

进一步地，所述控制单元连接一个或多个传输单元，每个所述传输单元连接一个或多个电路转换模块，一个或多个所述传输单元和电路转换模块用于形成传感网络。

进一步地，所述敏感元件与电路转换模块之间连接有线缆，所述线缆用于传输电荷信号。

本发明通过测量道岔外锁闭装置的锁闭铁与锁闭框间的相互作用力，直接反映了尖轨与基本轨、心轨与翼轨间的密贴力，装置安装简单方便，适应室外道岔环境，长期稳定性好，可靠性高，测量准确，可为现场密贴调整和维护维修提供定量依据。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。

图1示出了根据现有技术的道岔密贴示意图；

图2示出了本发明铁路道岔密贴力检测方法示意图；

图3示出了本发明铁路道岔密贴力检测系统示意图；

图4示出了本发明的密贴力传感器上密贴力敏感区域位置示意图；

图5示出了本发明的密贴力传感器结构爆炸图；

图6示出了根据现有技术的密贴调整片示意图；

图7示出了本发明的壳体安装位置示意图。

图中：1、密贴力传感器；11、壳体；12、敏感元件；13、封装片；14、弹片；2、锁闭铁；3、锁闭框；4、固定螺栓；5、基本轨；6、尖轨；7、翼轨；8、心轨。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种铁路道岔密贴力检测方法及系统，如图2示出了本发明铁路道岔密贴力检测方法示意图，所述方法包括：

通过密贴力传感器1获取锁闭铁2与锁闭框3之间的作用力并形成电荷信号传输至电路转换模块；所述电荷信号通过线缆进行传输。

控制所述电路转换模块将所述电荷信号转换成电信号并传输至传输单元；所述电信号包括电流信号、电压信号中的一种。

控制所述传输单元将一个或多个所述电信号传输至控制单元；

所述控制单元将所述电信号转换为密贴力曲线；根据所述密贴力曲线形成密贴力诊断系统。

通过一个或多个所述电路转换模块和传输单元形成传感网络进行密贴力传感器1实时在线监测。

为了实现本发明的铁路道岔密贴力检测方法，设置了一种铁路道岔密贴力检测系统，如图3示出了本发明铁路道岔密贴力检测系统示意图，所述系统包括：密贴力传感器1、电路转换模块、传输单元和控制单元；其中，密贴力传感器1、电路转换模块和传输单元设置在室外，控制单元设置在室内。

如图7所示，壳体11的位置即为密贴力传感器1的位置，密贴力传感器1用于获取锁闭铁2与锁闭框3之间的作用力并形成电荷信号；具体的，如图5所示，所述密贴力传感器1包括壳体11和敏感元件12，所述敏感元件12用于将所受压力转换成电荷信号,所述敏感元件12嵌入在壳体11一侧表面的密贴力敏感区域中，如图4示出了本发明的密贴力敏感区域位置示意图，示例性的，密贴力敏感区域设置在壳体11的靠近顶部边沿的位置，且密贴力敏感区域的垂直中轴线与壳体11的垂直中轴线重合，但不限于此。所述敏感元件12包括压电元件、应变元件中的一种，所述敏感元件12外侧设有封装片13，所述封装片13用于对所述敏感元件12进行封装和防护处理。所述壳体11被固定螺栓4贯穿部一侧设有弹片14，所述弹片14用于减少紧固压力对密贴力传感器1的影响。

示例性的，如图5示出了本发明的密贴力传感器爆炸图，密贴力传感器1是基于现有密贴调整片(如图6)进行构建的，密贴力传感器1包括壳体11和敏感元件12，壳体11的外部轮廓与现有密贴调整片的轮廓相似，如图5所示，壳体11包括等腰梯形结构部分，等腰梯形结构部分的长底边两侧分别设有一个关于等腰梯形结构部分中轴线对称的矩形结构，矩形结构与等腰梯形结构部分一体成型，矩形结构侧部设有用于固定螺栓4固定用的通孔，通孔形状设计为圆形，但不限于圆形。在壳体11的密贴力敏感区域中嵌入有敏感元件12，敏感元件12为压电元件、应变元件中的一种，敏感元件12的数量设置为两个，但不限于两个，敏感元件12嵌入在壳体11中后，再在敏感元件12的外侧铺盖一层封装片13，对敏感元件12进行封装，有利于保护敏感元件12，延长敏感元件12的使用寿命。敏感元件12上接有线缆，线缆从壳体11中引出。在圆形通孔的外侧设置弹片14，弹片14由金属弹性材料制成，但不限于金属弹性材料，通过弹片14有利于减少紧固压力对密贴力传感器1的影响，提高了密贴力传感器1的测量精度。由于现有的密贴调整片的外形结构尺寸是单一的，因此基于现有的密贴调整片结构构建的密贴力传感器1结构尺寸也是单一的，易形成标准化的传感检测产品，安装方便，便于工程应用推广。

所述壳体11位于锁闭铁2与锁闭框3之间，所述锁闭铁2、壳体11、锁闭框3之间贯穿连接有固定螺栓4，所述固定螺栓4用于固定壳体11，所述锁闭铁2、固定螺栓4和锁闭框3位于道岔外锁闭装置内，如图7所示。

示例性的，以尖轨6和基本轨5之间的密贴力检测为例进行说明，如图7示出了本发明的壳体安装位置示意图，尖轨6位于基本轨5的内侧，外锁闭装置用于固定尖轨6和基本轨5。外锁闭装置包括锁闭铁2、固定螺栓4和锁闭框3，其中锁闭框3紧贴在基本轨5的外侧壁表面，通过固定螺栓4进行固定，锁闭铁2位于锁闭框3一侧，壳体11位于锁闭铁2与锁闭框3之间，即原密贴调整片的位置，通过固定螺栓4将壳体11固定在锁闭铁2与锁闭框3之间。道岔动作过程中，尖轨6向基本轨5运动直至密贴，锁闭铁2与锁闭框3之间的壳体11就会受到压力，弹片14受到压力会发生变形，以此来减少紧固压力对密贴力传感器1的影响，压力会集中作用于密贴力敏感区域上，进而压力会作用在敏感元件12上，敏感元件12将压力转换成电荷信号，通过线缆将电荷信号传输出去。需要说明的是，心轨8和翼轨7之间的密贴力检测与尖轨6和基本轨5之间的密贴力检测相同。

所述电路转换模块，用于将所述电荷信号转换成电信号；所述敏感元件12与电路转换模块之间连接有线缆，所述线缆用于传输电荷信号。所述电信号包括电流信号、电压信号中的一种。其中，电路转换模块安装在转辙机中。

所述传输单元，用于传输所述电信号；每个电路转换模块将电信号传输至传输单元，每个传输单元可连接多个电路转换模块。

所述控制单元，用于将所述电信号转换为密贴力曲线。所述控制单元连接一个或多个传输单元，每个所述传输单元连接一个或多个电路转换模块，一个或多个所述传输单元和电路转换模块用于形成传感网络。

示例性的，如图3所示，本实施例以四个密贴力传感器1、四个电路转换模块、两个传输单元、一个控制单元为例进行说明，但不限于此，其中密贴力传感器1、电路转换模块、传输单元均部署在室外，而控制单元部署在室内。每个密贴力传感器1对应连接一个电路转换模块，每两个电路转换模块连接一个传输单元，也可以是其中三个电路转换模块连接一个传输单元，剩下的一个电路转换模块连接一个传输单元，不限于此，此处以每两个电路转换模块连接一个传输单元为例进行说明，所有的传输单元与控制单元相连接。密贴力传感器1通过线缆将电荷信号传输给电路转换模块，电路转换模块将电荷信号转换成电信号，其中电信号包括电流信号、电压信号中的一种，电路转换模块将转换后的电信号传输给传输单元，各个传输单元将所有的电信号汇集到控制单元。控制单元将电信号转换为密贴力曲线，提取每个检测点的密贴力信息，可获知每个检测点的密贴力大小，每个检测点有预设的密贴力阈值，分为预警密贴力阈值和报警密贴力阈值，控制单元根据每个检测点实测密贴力大小，与预设的密贴力阈值进行比较，当超过预设的预警和报警密贴力阈值时，控制单元可进行预警和报警，其中预警和报警的判断依据和原理如下：

示例一：四个密贴力传感器1受到的压力分别为10kN、11kN、12kN、13kN，然后敏感元件12产生的电荷信号分别为1C、2C、3C、4C，即10kN的压力，敏感元件12产生的电荷信号为1C；11kN的压力，敏感元件12产生的电荷信号为2C；12kN的压力，敏感元件12产生的电荷信号为3C；13kN的压力，敏感元件12产生的电荷信号为4C。四个密贴力传感器1将电荷信号传输给各个对应的电路转换模块，电路转换模块将1C的电荷信号转换成1V的电压信号，2C的电荷信号转换成2V的电压信号，3C的电荷信号转换成3V的电压信号，4C的电荷信号转换成4V的电压信号。四个电路转换模块将电压信号传输给各自连接的传输单元，所有的传输单元将电压信号汇集到控制单元，控制单元根据电压信号绘制成密贴力曲线，提取每个检测点的密贴力信息，即将密贴力曲线上的每个检测点的电压信号对应转换成密贴力的大小，具体的，1V的电压信号转换成10kN的密贴力，2V的电压信号转换成11kN的密贴力，3V的电压信号转换成12kN的密贴力，4V的电压信号转换成13kN的密贴力。设置预警密贴力阈值为12kN，报警密贴力阈值为13kN。由此可见，10kN、11kN密贴力的检测点的密贴状态为正常，12kN密贴力的检测点的密贴状态为预警，13kN密贴力的检测点的密贴状态为报警。

示例二：四个密贴力传感器1受到的压力分别为10kN、11kN、12kN、13kN，然后敏感元件12产生的电荷信号分别为1C、2C、3C、4C，即10kN的压力，敏感元件12产生的电荷信号为1C；11kN的压力，敏感元件12产生的电荷信号为2C；12kN的压力，敏感元件12产生的电荷信号为3C；13kN的压力，敏感元件12产生的电荷信号为4C。四个密贴力传感器1将电荷信号传输给各个对应的电路转换模块，电路转换模块将1C的电荷信号转换成13mA的电流信号，2C的电荷信号转换成14mA的电流信号，3C的电荷信号转换成15mA的电流信号，4C的电荷信号转换成16mA的电流信号。四个电路转换模块将电流信号传输给各自连接的传输单元，所有的传输单元将电流信号汇集到控制单元，控制单元根据电流信号绘制成密贴力曲线，提取每个检测点的密贴力信息，即将密贴力曲线上的每个检测点的电流信号对应转换成密贴力的大小，具体的，13mA的电流信号转换成10kN的密贴力，14mA的电流信号转换成11kN的密贴力，15mA的电流信号转换成12kN的密贴力，16mA的电流信号转换成13kN的密贴力。设置预警密贴力阈值为12kN，报警密贴力阈值为13kN。由此可见，10kN、11kN密贴力的检测点的密贴状态为正常，12kN密贴力的检测点的密贴状态为预警，13kN密贴力的检测点的密贴状态为报警。

本实施例通过四个密贴力传感器1、四个电路转换模块、两个传输单元形成传感网络，可以对各个道岔位置实现在线监测，监测行车和道岔转换时尖轨6与基本轨5、心轨8与翼轨7间的密贴力，实时显示道岔密贴状态。

控制单元将检测到的密贴力进行存储，并建立密贴力监测数据库，通过对监测数据的分析与处理，掌握行车及道岔转换过程的密贴力变化规律，从而及时地掌握道岔的安全状态，为密贴调整和维护维修提供服务。同时分析道岔在不同工况、不同故障条件下的密贴力特点，形成密贴力状态监测的诊断系统。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (13)

1.一种铁路道岔密贴力检测方法，其特征在于，所述方法包括：

通过密贴力传感器获取锁闭铁与锁闭框之间的作用力并形成电荷信号传输至电路转换模块；

控制所述电路转换模块将所述电荷信号转换成电信号并传输至传输单元；

控制所述传输单元将一个或多个所述电信号传输至控制单元；

所述控制单元将所述电信号转换为密贴力曲线。

2.根据权利要求1所述的铁路道岔密贴力检测方法，其特征在于，所述电信号包括电流信号、电压信号中的一种。

3.根据权利要求1或2所述的铁路道岔密贴力检测方法，其特征在于，所述电荷信号通过线缆进行传输。

4.根据权利要求3所述的铁路道岔密贴力检测方法，其特征在于，通过一个或多个所述电路转换模块和传输单元形成传感网络进行密贴力传感器实时在线监测。

5.根据权利要求1、2、4任一所述的铁路道岔密贴力检测方法，其特征在于，根据所述密贴力曲线形成密贴力诊断系统。

6.一种铁路道岔密贴力检测系统，其特征在于，所述系统包括：密贴力传感器、电路转换模块、传输单元和控制单元；

所述密贴力传感器，用于获取锁闭铁与锁闭框之间的作用力并形成电荷信号；

所述电路转换模块，用于将所述电荷信号转换成电信号；

所述传输单元，用于传输所述电信号；

所述控制单元，用于将所述电信号转换为密贴力曲线。

7.根据权利要求6所述的铁路道岔密贴力检测系统，其特征在于，所述密贴力传感器包括壳体和敏感元件，所述敏感元件用于将所受压力转换成电荷信号,所述敏感元件嵌入在壳体一侧表面的密贴力敏感区域中。

8.根据权利要求7所述的铁路道岔密贴力检测系统，其特征在于，所述敏感元件包括压电元件、应变元件中的一种，所述敏感元件外侧设有封装片，所述封装片用于对所述敏感元件进行封装和防护处理。

9.根据权利要求7或8所述的铁路道岔密贴力检测系统，其特征在于，所述壳体位于锁闭铁与锁闭框之间，所述锁闭铁、壳体、锁闭框之间贯穿连接有固定螺栓，所述固定螺栓用于固定壳体。

10.根据权利要求7或8所述的铁路道岔密贴力检测系统，其特征在于，所述壳体被固定螺栓贯穿部一侧设有弹片，所述弹片用于减少紧固压力对密贴力传感器的影响。

11.根据权利要求9所述的铁路道岔密贴力检测系统，其特征在于，所述锁闭铁、固定螺栓和锁闭框位于道岔外锁闭装置内，所述电信号包括电流信号、电压信号中的一种。

12.根据权利要求11所述的铁路道岔密贴力检测系统，其特征在于，所述控制单元连接一个或多个传输单元，每个所述传输单元连接一个或多个电路转换模块，一个或多个所述传输单元和电路转换模块用于形成传感网络。

13.根据权利要求7、8、11、12任一所述的铁路道岔密贴力检测系统，其特征在于，所述敏感元件与电路转换模块之间连接有线缆，所述线缆用于传输电荷信号。