CN111422217A - 一种用于盘形制动机车恢复粘着力的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于盘形制动机车恢复粘着力的系统及方法，所述机车包括车体和轮对，所述车体在铁轨上通过轮对运行，轮对与铁轨接触部分形成轮对踏面，铁轨与轮对接触部分形成铁轨踏面，其特征在于，所述系统包括：中央控制器、速度传感器、激光输出箱和压缩空气管路系统，所述中央控制器分别与所述速度传感器、激光输出箱、红外线激光探测器和压缩空气管路系统电性连接；所述中央控制器、激光输出箱和压缩空气管路系统设于所述车体内部，所述速度传感器设于轮对上；所述方法利用所述系统实现。本发明的系统装置结构简单，设计合理，通过喷射高压气流清洗和激光清洗技术，使轮对能恢复到干燥气候条件下机车最大粘着牵引力。

Description

一种用于盘形制动机车恢复粘着力的系统及方法

技术领域

本发明属于机械制动领域，尤其涉及一种用于盘形制动机车恢复粘着力的系统及方法。

背景技术

我国机车的机械制动方式主要分为闸瓦制动和盘形制动。闸瓦制动的主要特点是制动时闸瓦直接作用在踏面，将巨大的动能转化为热能消散在空气中；缺点是摩擦会造成踏面的擦伤，热量升高到一定程度时会出现异常磨损、裂纹和剥离等安全隐患，目前已经逐渐淘汰。盘形制动的主要特点是使用机车轮对车轴或者轮辋两侧安装制动盘和制动夹钳和4个制动闸片作为基础制动，制动效能好，由于作用力不在轮对踏面上，盘形制动可以大大减轻轮对踏面热负荷和机械磨耗；轮对踏面圆润光滑，天气良好时粘着性能好；缺点是下雨天由于踏面光滑，踏面上容易聚集水、油脂和铁锈的混合物，造成粘着力降低，由于空转发挥不出牵引力，造成大吨位货运列车爬坡性能低下。

在雨天行车，机车拉载货物的机车不仅启动的时候需要较好的粘着力来发挥牵引力，使列车起动，在运行中爬长大上坡道，也需要机车有较好的粘着力，如果运行中机车牵引车辆爬坡，机车轮对的粘着力降低，发挥不出机车的牵引力，列车的速度也会逐渐降低，并伴随机车轮对空转，长期运行会机车轮对踏面偏磨，造成轮对不圆，轮对的维护成本极高，且运行会轮子跳动，不断的锤击钢轨，容易造成钢轨断裂，对安全运输生产造成严重安全隐患。

因此，机车设置防空转系统以增强机车轮对的粘着力十分必要。

传统的机车防空转系统称为撒沙装置，撒沙装置的作用原理：机车轮对踏面粘着力降低时会发生空转，空转会导致轮对在短时间内某一高速转动，严重的会使轮对踏面与钢轨摩擦造成擦伤和钢轨接触面凹陷，为了防止机车轮对踏面粘着力降低，使用了沙子作为介质，用沙箱储存的沙子，经过压缩空气吹出沙管，送到机车轮对踏面处，经过机车轮对的碾压，成为固态粉末，在雨天破坏铁锈和水的混合物的粘度和浓度，吸收踏面污物，天气干爽时，填平钢轨凹陷，恢复机车轮对的粘着力；针对启动困难或者为了紧急制动，使用的撒沙装置，如果发生紧急制动出现防控转/防滑行保护，会自动撒沙。如果必要的话，人为干预可以使用司机室内整体脚踏板处的脚踏开关撒沙。

但是，撒沙装置存在以下缺陷：(1)性能不可靠。机车的沙管经常发生堵塞或者出沙量少时不但不能阻止空转的发生，恢复粘着力，碾碎的固体粉末遇水变成泥浆，更不利于启动；在实践过程中发现由于盘形制动机车踏面没有擦伤非常光滑，雨天附着在踏面的污物更易造成粘着力下降，撒沙装置对于盘形制动机车轮对踏面没有清洁作用，对恢复粘着力也不理想，全国各路局出台各项措施，却难以有效防止坡停救援事件的发生。

(2)随着机车速度越高，撒沙装置对机车防空转的作用越小。粘着系数随着机车运行速度提高而降低，机车在运行中，会产生冲击、振动和蛇形运动，动轮在钢轨上会发生纵向和横向滑动。而钢轨表面不平整，运行速度越高，这些现象越严重，沙粒附着于踏面越困难，作用越小；撒在钢轨上的沙子会掉落到轨道岔尖上的滑板上，堆积到一定程度影响滑板润滑和岔尖的可靠移动，需要人工定时清扫维护机车单机紧急制动时，撒沙装置会自动撒沙，沙子是绝缘体，碾碎的沙子把机车轮对踏面与钢轨铺垫起来，起到隔离轮对与钢轨导电绝缘作用，使车站无法捕抓到机车位置的信号点，造成后部追随的列车发生追尾事故。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种用于盘形制动机车恢复粘着力的系统及方法，有助于增加机车轮对的粘着力，且避免了随着机车在恶劣环境运行，机车轮对粘着力减弱。为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于盘形制动机车恢复粘着力的系统，所述机车包括车体和轮对，所述车体在铁轨上通过轮对运行，轮对与铁轨接触部分形成轮对踏面，铁轨与轮对接触部分形成铁轨踏面，其特征在于，所述系统包括：中央控制器、速度传感器、激光输出箱和压缩空气管路系统，所述激光输出箱包括若干激光器，所述激光器通过光纤连接激光输出管，所述激光输出管包括光纤和保护管，所述激光输出管的末端设有激光发射器头，所述激光发射器头设于轮对上方和铁轨上方，所述激光发射器头用于射出激光至所述轮对踏面和铁轨踏面；

所述压缩空气管路系统包括气体压缩装置、压缩空气输出管和电磁阀，所述气体压缩装置通过连接管路连通压缩空气输出管，所述连接管路上设有电磁阀，所述压缩空气输出管的末端设有压缩空气喷射管，所述压缩空气喷射管设于轮对上方和铁轨上方，所述压缩空气喷射管用于喷射高压气流至所述轮对踏面和铁轨踏面，轮对上方的压缩空气喷射管的喷头向车体内侧弯曲，并指向轮对踏面和轮缘；

所述中央控制器、激光输出箱和气体压缩装置设于所述车体内部，所述速度传感器设于轮对上；所述中央控制器分别与所述速度传感器、激光器、气体压缩装置和电磁阀电性连接；

所述速度传感器用于检测轮对的实时转速并输出与实时转速成比例的方波脉冲信号序列，所述方波脉冲信号经过解码器转换为所述中央控制器可识别代码并传输至所述中央控制器；

优选地，轮对实时转速发生变化时，导致所述方波脉冲信号发生变化，所述中央控制器判断得出实时转速变化，所述中央控制器通过控制所述激光器使得激光发射器头射出激光，和通过控制所述气体压缩装置和电磁阀使得所述压缩空气喷射管喷射高压气流。

优选地，所述车体设有六对轮对，依次排列为第一轮对、第二轮对……第六轮对，轮对分成两组，每组三对，斜对称的设置在车体轴端的两侧，所述速度传感器设于所述第一、第二、第三轮对的右侧轴箱上以及第四、第五、第六轮对的左侧轴箱上。

更优选地，所述激光输出箱包括一号激光输出箱和二号激光输出箱，所述一号激光输出箱和二号激光输出箱分别包括十二个激光发射器，所述一号激光输出箱和二号激光输出箱设于所述中央控制器的两侧，所述一号激光输出箱设于所述第一、第二、第三轮对一侧，所述二号激光输出箱设于所述第四、第五、第六轮对一侧。

更优选地，每个激光输出箱设有十二对激光输出管，其中六对设置在轮对的上方，六对分别设置在车体左右两侧底端的铁轨上方；所述激光输出管包括单束激光输出管和多束激光输出管，所述单束激光输出管包括单根激光输出光纤和一个输出口；所述多束激光输出管包括并列的三根激光输出光纤和三个输出口；所述多束激光输出管设于铁轨上方用于射出激光至铁轨踏面上，所述单束激光输出管设于轮对上方用于射出激光至轮对踏面上；所述激光发射器头用于使得射出的激光在轮对和铁轨上的光斑呈一根直线，横截于轮对轮缘和铁轨表面，作用于轮对轮缘表面的激光线长度为110～120mm，作用于铁轨表面的激光线长度为70～75mm。

更优选地，所述压缩空气喷射管包括双向喷射管和单向喷射管，所述双向喷射管设于轮对上方用于喷射高压气流至所述轮对踏面上，所述单向喷射管设于铁轨上方用于喷射高压气流至所述铁轨踏面上。

更优选地，所述双向喷射管包括第一气管和第二气管，所述第一气管和第二气管沿轮对滚动方向设置，且第一气管和第二气管沿轮对垂直于铁轨的直径对称，所述第一气管和第二气管上分别设有电磁阀，所述电磁阀与所述中央控制器之间电性连接。

本优化方案所带来的优化效果，使得当机车向方向一的方向移动时，可以通过中央控制器控制打开二号气管上的电磁阀，更有利于对轮对踏面进行高压气流清洗；当机车向方向二的方向移动时，则通过中央控制器控制打开一号气管上的电磁阀，更有利于对轮对踏面进行高压气流清洗。

更优选地，所述中央控制器还连接有红外探测器，所述红外探测器两个一组共设有七组，其中一组设于车体中部的下端两侧，所述红外探测器的探头面向铁轨踏面，其余六组分别设于轮对两侧所述红外探测器的探头水平设置且面向轮对踏面；所述红外探测器用于检测铁轨踏面和轮对踏面的温度并将温度信息传输至所述中央控制器，所述中央控制器根据接收到的温度信息判断铁轨踏面和轮对踏面的温度是否超出设定的阈值，当判断结果为超出设定阈值时，所述中央控制器控制所述激光器停止激光激发。

一种用于盘形制动机车恢复粘着力的方法，利用上述的一种用于盘形制动机车恢复粘着力的系统，包括两种模式，自控模式和联控模式；

所述自控模式包括以下步骤：

通过中央控制器选取自控模式，速度传感器检测轮对的实时转速并输出与实时转速成比例的方波脉冲信号序列，所述方波脉冲信号经过解码器转换为所述中央控制器可识别代码并传输至所述中央控制器；

当某一轮对粘着力降低发生空转时，所述中央控制器根据该轮对轴箱上的速度传感器检测到信息判断该轮对的转速发生变化，所述中央控制器控制压缩空气管路系统开始运行，所述压缩空气管路系统将压缩空气经过压缩空气输出管和压缩空气喷射管向轮对踏面和轮缘进行高压气流清洗；

所述中央控制器控制所述激光器运行，所述激光器通过光纤和激光输出管射出激光至所述轮对踏面和铁轨踏面；

所述压缩空气管路系统和激光器运行一定时间后，所述中央控制器控制激光器停止激光激发状态，并控制所述压缩空气管路系统停止运行；

所述联控模式下，所述中央控制器与机车自身的监控系统电性连接，监控系所述监控系统用于向所述中央控制器输出列车当前位置的坡道参数；

所述联控模式包括以下步骤：

通过所述中央控制器选取联控模式，所述中央控制器判断接收到所述监控系统传输的坡道参数为上下坡时，所述中央控制器控制压缩空气管路系统开始运行，所述压缩空气管路系统将压缩空气经过压缩空气输出管和压缩空气喷射管向铁轨踏面持续进行高压气流清洗；

所述中央控制器控制激光器运行，所述激光器通过光纤和激光输出管持续射出激光至所述铁轨踏面；

所述中央控制器接收到的坡道参数中坡道角度为0时或者机车停车时，铁轨踏面上方的压缩空气喷射管和激光器停止工作状态；

所述轮对踏面上方的压缩空气喷射管和激光器运行一定时间后，所述中央控制器控制轮对踏面上方的压缩空气喷射管和激光器停止工作状态。

优选地，所述中央控制器还连接有红外探测器，所述红外探测器用于检测铁轨踏面和轮对踏面的温度并将温度信息传输至所述中央控制器，所述自控模式和联控模式均包括以下步骤：

所述中央控制器根据接收到的温度信息判断铁轨踏面和轮对踏面的温度是否超出设定的阈值，当判断结果为超出设定阈值时，所述中央控制器控制轮对踏面和铁轨踏面对应的激光器停止激光激发状态。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明所述的一种用于盘形制动机车恢复粘着力的系统装置结构简单，设计合理，通过喷射高压气流清洁和激光清洗技术，利用特定频段激光作用于六个轮对踏面和铁轨踏面使铁锈和水吸收能量瞬间气化，而局部使用特定频率和功率激光，只作用于轮对踏面和铁轨表面，不会对踏面和钢轨有温升和烧蚀；高速时利用一定压力的高压气流清洗铁轨踏面和轮对踏面轮缘，去除油水渍，借助激光清洗技术，恢复机车轮对粘着力，在机车不同运行状态相互配合达到清洁和恢复粘着力的作用，作用效果能恢复到干燥气候条件下机车最大粘着牵引力。

2、本发明所述的一种用于盘形制动货运机车恢复粘着力的方法利用本系统结合机车运行的多种情况进行高压气流清洗和激光清洗技术，激光清洗技术不尽可以清除铁锈，还可以清洗油污水渍和油漆等，用途非常广泛，节能环保，且能最大程度的恢复机车轮对粘着力。

附图说明

图1是本发明所述的一种用于盘形制动机车恢复粘着力的系统的结构示意图。

图2是本发明所述的激光输出管和压缩空气喷射管结构示意图。

图3是本发明所述轮对的俯视图。

图4是本发明所述的多束激光输出管和铁轨的截面图。

图5是本发明所述的一种用于盘形制动机车恢复粘着力的系统的电路原理图。

图6是图5中电源电路示意图。

图7是图5中DC-DC升压电路示意图。

图8是图5中12V稳压电路示意图。

图9是图5中直流3.3V稳压电路示意图。

图10是图5中红外测温传感器示意图。

图11是图5中车轮测速编码器示意图。

图12是图5中ULN2803达林顿驱动芯片部分示意图。

图13是图5中ULN2803达林顿驱动芯片另一部分示意图。

图14是图5中STM32 ADC基准源示意图。

图15是图5中FLASH储存器示意图。

图16是图5中LED状态指示灯示意图。

图17是图5中USB转串口电路示意图。

图18是图5中STM32复位电路示意图。

图19是图5中STM32时钟电路示意图。

图20是图5中STM32F407VET6单片机最小系统电路示意图。

图21是图5中232串口示意图。

其中，1、车体；2、第一轮对；3、第二轮对；4、第三轮对；5、第四轮对；6、第五轮对；7、第六轮对；8、铁轨；9、中央控制器；10、导线；11、一号激光输出箱；12、二号激光输出箱；13、压缩空气管路系统；14、光纤；15、速度传感器；16、激光输出管；17、单束激光输出管；18、多束激光输出管；19、激光发射器头；20、压缩空气喷射管；21、第一气管；22、第二气管；23、单向喷射管；24、电磁阀。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合附图和实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。

实施例

在本发明的描述中，有必要理解的是，“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系均为基于附图所示的方位或位置关系，目标仅为便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指部件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1至图4所示，一种用于盘形制动机车恢复粘着力的系统，机车包括车体1和轮对，车体1在铁轨8上通过轮对运行。轮对，是机车车辆上与钢轨相接触的部分，由左右两个车轮牢固地压装在同一根车轴上所组成。轮对与铁轨8接触部分形成轮对踏面，铁轨8与轮对接触部分形成铁轨踏面，本系统包括：中央控制器9、速度传感器15、激光输出箱和压缩空气管路系统。激光输出箱包括若干激光器，激光器通过光纤14连接激光输出管16，激光输出管16包括光纤和保护管。激光输出管16的末端设有激光发射器头19，激光发射器头19设于轮对上方和铁轨8上方，激光发射器头19用于射出激光至轮对踏面和铁轨踏面。在实际应用中，除了激光输出管16一端的光纤设有保护管，所有的光纤都可以设有保护管以保护光纤。激光输出管16中还设有隔离器，激光发射器头19内部设有聚焦透镜，激光发射器头19把激光器发射出的点状激光经过隔离器变成线状的激光再经过输出端的聚焦透镜作用在受处理物体的表面。激光器可以采用锐科RFL-P200S或者更高功率的定制型号，中央控制器9通过开关激光器的DB25接口，第19针脚的电流通断来控制激光器的激光激发或者停止。激光箱中还设有电脑主机和交换机，用于调节激光器的功率输出和频率。电脑通过网线连接交换机，交换机再通过若干条网线连接所有激光器，就可以同时调节所有的激光器的功率和频率。

压缩空气管路系统包括气体压缩装置13、压缩空气输出管和电磁阀，气体压缩装置13通过连接管路连通压缩空气输出管，压缩空气输出管上设有电磁阀，压缩空气输出管的末端设有压缩空气喷射管20，压缩空气喷射管20设于轮对上方和铁轨8上方，压缩空气喷射管20用于喷射高压气流至轮对踏面和铁轨踏面，轮对上方的压缩空气喷射管20的喷头向车体内侧弯曲，并指向轮对踏面和轮缘。

其中，中央控制器9、激光器和气体压缩装置13设于车体1内部，速度传感器15设于轮对上，中央控制器9分别与速度传感器15、激光器、气体压缩装置13和电磁阀电性连接。

速度传感器15用于检测轮对的实时转速并输出与实时转速成比例的方波脉冲信号序列，方波脉冲信号经过解码器转换为中央控制器9可识别代码并传输至中央控制器9。在本实施例中，速度传感器15具体采用车轮测速编码器。

轮对实时转速发生变化时，导致方波脉冲信号发生变化，中央控制器9判断得出实时转速变化，中央控制器9通过控制激光器使得激光发射器头19射出激光，和通过控制气体压缩装置13和电磁阀使得压缩空气喷射管20喷射高压气流。

本发明适用于四轴机车、六轴机车和八轴机车等，现以六轴机车为例进行说明：车体1设有六对轮对，依次排列为第一轮对2、第二轮对3、第三轮对4、第四轮对5、第五轮对6和第六轮对7，轮对分成两组，每组三对，斜对称的设置在车体1轴端的两侧底部，速度传感器15设于第一轮对2、第二轮对3和第三轮对4的右侧轴箱上以及第四轮对5、第五轮对6和第六轮对7的左侧轴箱上。

激光输出箱包括一号激光输出箱11和二号激光输出箱12，一号激光输出箱11和二号激光输出箱12设于中央控制器9的两侧，一号激光输出箱11设于第一轮对2、第二轮对3和第三轮对4一侧，二号激光输出箱12设于第四轮对5、第五轮对6和第六轮对7一侧。

每个激光输出箱设有十二对激光输出管16，其中六对设置在轮对的上方，六对分别设置在车体左右两侧底端的铁轨上方。激光发射器头19包括单束激光输出管17和多束激光输出管18，单束激光输出管17包括单根激光输出光纤和一个输出口，多束激光输出管18包括并列的三根激光输出光纤和三个输出口。

多束激光输出管18设于铁轨8上方用于射出激光至铁轨踏面上，单束激光输出管17设于轮对上方用于射出激光至轮对踏面上。激光发射器头19使得射出的激光在轮对和铁轨上的光斑呈一根直线，横截于轮对轮缘和铁轨表面，作用于轮对轮缘表面的激光线长度为110～120mm，作用于铁轨表面的激光线长度为70～75mm。

在本实施例中，单束激光输出管17的功率为30W至100W，激光波长1064nm，脉宽范围8至120ns，频宽80至1000khz，光束质量M2<2，能量密度56.6J/cm²，铁轨8上方多束激光输出管18的功率为35W至100W。

本实施例中，第一轮对2、第二轮对3和第三轮对4上方的三对激光输出管16通过光纤14与一号激光输出箱11连接，第四轮对5、第五轮对6和第六轮对7上方的三对激光输出管16通过光纤14与二号激光输出箱12连接。

十二对24个激光输出端，六对作用于铁轨踏面正上方，六对分别设置于轮对正上方藏于车体1内，有利于保护路边行人。

压缩空气喷射管20包括双向喷射管和单向喷射管23，双向喷射管设于轮对上方用于喷射高压气流至轮对踏面上，单向喷射管23设于铁轨8上方用于喷射高压气流至铁轨踏面上。

双向喷射管包括第一气管21和第二气管22，第一气管21和第二气管22沿轮对滚动方向设置，且第一气管21和第二气管22沿轮对垂直于铁轨8的直径对称，第一气管21和第二气管22上分别设有电磁阀24，电磁阀24与中央控制器9之间电性连接。此时当机车向方向一的方向移动时，可以通过中央控制器9控制打开二号气管上的电磁阀24，更有利于对轮对踏面进行干燥处理；当机车向方向二的方向移动时，则通过中央控制器9控制打开一号气管上的电磁阀24，更有利于对轮对踏面进行干燥处理。

六个轮对及机车运行端各一处设置压缩空气喷射管20，连通300-350kpa压缩空气管路，压缩空气喷射管20可设置八对，两对用于高压气流清洗铁轨踏面，其余六对分别作用于六对轮对的踏面和轮缘，在轮对运转时，先利用高压气流清洗轮对的踏面和轮缘，清除附着污染物，再经过激光清洗技术处理，使踏面恢复干燥洁净恢复最高粘着力。气体压缩装置13可以选用气泵，也可以选用车体1自带的气缸。本实施例中的气体压缩装置13为车体1自带的气缸，中央控制器9通过控制电磁阀控制气缸与压缩空气喷射管20的导通。具体的，在车体1现有设备总风缸中接一根管道作为本实施例的气体压缩装置13提供风源，安装截断塞门(管路泄露时用来关闭风管防止持续漏气的)、Y型止回阀(防止压缩控制倒灌)和JTY-1型减压阀(把900Kpa的压力减压为300至350Kpa的压力)，管道连接六个蓄能罐(作为喷管持续输出的能量来源)，机车头部各一个，蓄能罐上安装一对单向喷管，喷管上安装二位二通电磁阀2V025-08；车体内侧墙上左右两侧各一对；侧墙上的4个蓄能罐上分别安装三个双向喷管，喷管上安装二位二通电磁阀2V025-08。

中央控制器9还连接有红外探测器，红外探测器两个一组共设有七组，其中一组设于车体中部的下端两侧，红外探测器的探头面向铁轨踏面，其余六组分别设于轮对两侧红外探测器的探头水平设置且面向轮对踏面；红外探测器用于检测铁轨踏面和轮对踏面的温度并将温度信息传输至中央控制器9，中央控制器9根据接收到的温度信息判断铁轨踏面和轮对踏面的温度是否超出设定的阈值，当判断结果为超出设定阈值时，中央控制器9控制激光器停止激光激发。

本发明的运行原理是，轮对上每一个牵引电机特性相同，分配的电流相等，转速也相同，当机车的某一轮对粘着力降低，发生空转，该轮对的转速发生变化。速度传感器15检测轮对的实时转速并输出与转速成比例的方波脉冲信号序列，方波脉冲信号经过解码器转换为中央控制器9可识别的代码，某一轮对转速发生变化时，导致方波脉冲信号发生变化，中央控制器9会根据接收的信息判断出该轮对转速改变，并通过控制对应的激光器使得激光发射器头19射出激光，和通过控制压缩空气管路系统使得压缩空气喷射管20喷射高压气流。

一种用于盘形制动机车恢复粘着力的方法，利用上述的一种用于盘形制动机车恢复粘着力的系统，两种模式，自控模式和联控模式。现具体说明如下：

(1)自控模式

通过中央控制器9选取自控模式，速度传感器15用于检测轮对的实时转速并输出与实时转速成比例的方波脉冲信号序列，方波脉冲信号经过解码器转换为中央控制器9可识别代码并传输至中央控制器9。

当某一轮对粘着力降低发生空转时，中央控制器9根据该轮对轴箱上的速度传感器15检测到信息判断该轮对的转速发生变化，中央控制器9控制压缩空气管路系统开始运行，压缩空气管路系统将压缩空气经过压缩空气输出管和压缩空气喷射管20向轮对踏面和轮缘进行高压气流清洗。

中央控制器9控制激光器运行，激光器通过光纤和激光输出管16射出激光至轮对踏面和铁轨踏面。

压缩空气管路系统和激光器运行一定时间后，中央控制器9控制激光器激光激发状态，并控制所述压缩空气管路系统停止运行。

(2)联控模式，联控模式下，中央控制器9与机车自身的监控系统电性连接，监控系所述监控系统用于向中央控制器9输出列车当前位置的坡道参数。联控模式具体包括以下步骤：

通过中央控制器9选取联控模式，中央控制器9判断接收到监控系统传输的坡道参数为上下坡时，中央控制器9控制压缩空气管路系统开始运行，压缩空气管路系统将压缩空气经过压缩空气输出管和压缩空气喷射管20向铁轨踏面持续进行高压气流清洗。

中央控制器9控制激光输出箱运行，激光输出箱通过光纤和激光输出管持续射出激光至铁轨踏面。

中央控制器9接收到的坡道参数中坡道角度为0时或者机车停车时，铁轨踏面上方的压缩空气喷射管20和激光器停止工作状态。

轮对踏面上方的压缩空气喷射管20和激光发射器头19运行一定时间后，中央控制器9控制轮对踏面上方的压缩空气喷射管20和激光器停止工作状态。

中央控制器9还连接有红外探测器，红外探测器用于检测铁轨踏面和轮对踏面的温度并将温度信息传输至中央控制器9，自控模式和联控模式均包括以下步骤：

中央控制器9根据接收到的温度信息判断铁轨踏面和轮对踏面的温度是否超出设定的阈值，当判断结果为超出设定阈值时，中央控制器9控制轮对踏面和铁轨踏面对应的激光器激光激发状态。

本实施例中所述系统的电路原理图如图5所示，其具体内容显示可见图6至图21。其中，图6为电源电路，P50为直流电源输入接口，3脚接VCC，2脚接电源负极GND，1脚接外壳GND，D2为防反接二极管，利用二极管单相导电性，接反不运行，保护后级电源芯片不被烧毁，C35为电源滤波电容，TA1为共模电感，滤除电源杂波，保证电源供电稳定。U11为TPS5430DC-DC降压芯片，稳定出直流5V给继电器以及其他外设供电。图7为DC-DC升压电路，因为机车电源供电不稳定，而车轮测速编码器供电电压为直流15V，所以需要升压电路，U16XL6009为升压芯片，RP1电位器为反馈取样电阻，调节电位器RP1可以改变输出电压，C41、C42为电源滤波电容，保证输出直流15V电源稳定。图8为12V稳压电路，C37、C36、C38、C39为电源滤波电容，保证电源供电稳定，U15 LM2596S-12为直流12V电源稳压芯片，稳定出直流12V给TY300C红外测温传感器使用。图9为直流3.3V稳压电路，因为主芯片STM32F407VET6单片机需要用到直流3.3V供电，所以需要3.3V稳压电路，U17 AMS1117-3.3为3.3V降压LDO，稳定出直流3.3V，R70 D9为电源指示灯电路，通电灯亮，代表电源供电正常。图10为红外测温传感器，电路中一共用到了14组传感器，型号形同，所以不单独阐述，TY300C红外传感器采用直流12V电源供电，两线制4-20ma电流信号输出，R50为电流转电压电阻，把电流修好转为电压信号，送到STM32自带的ADC接口，进行ADC转换，即可知道温度值。图11为车轮测速编码器，具体型号为F-TQG15，整个电路中一共用到了8组传感器，运行原理电路形同，车轮测速传感器采用直流15V供电，当检测车轮转速不同输出脉冲数量不同，R21、R22通过两个电阻串联分压送到单片机采样，读取脉冲数即可知道车轮转速。图12和图13为ULN2803达林顿驱动芯片，把单片机的小信号放大驱动继电器，继电器控制对应负载是否运行。图14为STM32ADC基准源，U4为基准芯片，输出基准信号2.5V到STM32内部做参考，因为STM32进行ADC转换需要用到基准保证检测精度，所以需要用到基准源。图15为FLASH储存器，用来储存数据，掉电不丢失，U3 W25Q16通过SPI接口和STM32通讯，采用直流3.3V供电，C14为电源滤波电容，靠近芯片供电引脚，保证电源供电稳定。图16为LED状态指示灯，用来指示运行状态，R13、R16为两个LED限流分压电阻。图17为USB转串口电路，T1为USB接口，用来连接电脑，进行串口通讯，U2为USB转TTL电平转换芯片，U2 CH340E的8、9脚连接STM32串口，C4、C3、C2、C1为电源滤波电容，L1为USB状态指示。图18为STM32复位电路，R20、C13构成上电自动复位电路，S1为手动复位按钮，当按下按钮，单片机复位引脚为低电平复位，松开按钮，NRST引脚被R20拉高，正常运行。图19为STM32时钟电路，Y2 XT7050为有源晶振，2、4脚位电源引脚，C12为电源滤波电容，3为时钟信号输出，送到STM32。图20为STM32F407VET6单片机最小系统，最小系统电路包含时钟电路、复位电路、时钟电路。图21为232串口，U10为MAX232电平转换芯片，11、12脚连接STM32TTL电平，14、13脚连接DB9母座，和232设备通讯，C29、C30、C31、C32为电荷泵电容，C28为电源滤波电容。

现摘取本实施例中的自控模式、联控模式以及联控模式中央控制器9与机车自身监控系统接收坡道数据的通信协议的部分具体程序，仅作为提供一种方案参考。其中，自控模式、联控模式切换采用的是SW-PB的复位开关。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种用于盘形制动机车恢复粘着力的系统，所述机车包括车体和轮对，所述车体在铁轨上通过轮对运行，轮对与铁轨接触部分形成轮对踏面，铁轨与轮对接触部分形成铁轨踏面，其特征在于，所述系统包括：中央控制器、速度传感器、激光输出箱和压缩空气管路系统，所述激光输出箱包括若干激光器，所述激光器通过光纤连接激光输出管，所述激光输出管包括光纤和保护管，所述激光输出管的末端设有激光发射器头，所述激光发射器头设于轮对上方和铁轨上方，所述激光发射器头用于射出激光至所述轮对踏面和铁轨踏面；

所述压缩空气管路系统包括气体压缩装置、压缩空气输出管和电磁阀，所述气体压缩装置通过连接管路连通压缩空气输出管，所述连接管路上设有电磁阀，所述压缩空气输出管的末端设有压缩空气喷射管，所述压缩空气喷射管设于轮对上方和铁轨上方，所述压缩空气喷射管用于喷射高压气流至所述轮对踏面和铁轨踏面，轮对上方的压缩空气喷射管的喷头向车体内侧弯曲，并指向轮对踏面和轮缘；

所述中央控制器、激光输出箱和气体压缩装置设于所述车体内部，所述速度传感器设于轮对上；所述中央控制器分别与所述速度传感器、激光器、气体压缩装置和电磁阀电性连接；

所述速度传感器用于检测轮对的实时转速并输出与实时转速成比例的方波脉冲信号序列，所述方波脉冲信号经过解码器转换为所述中央控制器可识别代码并传输至所述中央控制器。

2.根据权利要求1所述的一种用于盘形制动机车恢复粘着力的系统，其特征在于，轮对实时转速发生变化时，导致所述方波脉冲信号发生变化，所述中央控制器判断得出实时转速变化，所述中央控制器通过控制所述激光器使得激光发射器头射出激光，和通过控制所述气体压缩装置和电磁阀使得所述压缩空气喷射管喷射高压气流。

3.根据权利要求2所述的一种用于盘形制动机车恢复粘着力的系统，其特征在于，所述车体设有六对轮对，依次排列为第一轮对、第二轮对……第六轮对，轮对分成两组，每组三对，斜对称的设置在车体轴端的两侧，所述速度传感器设于所述第一、第二、第三轮对的右侧轴箱上以及第四、第五、第六轮对的左侧轴箱上。

4.根据权利要求3所述的一种用于盘形制动机车恢复粘着力的系统，其特征在于，所述激光输出箱包括一号激光输出箱和二号激光输出箱，所述一号激光输出箱和二号激光输出箱分别包括十二个激光发射器，所述一号激光输出箱和二号激光输出箱设于所述中央控制器的两侧，所述一号激光输出箱设于所述第一、第二、第三轮对一侧，所述二号激光输出箱设于所述第四、第五、第六轮对一侧。

5.根据权利要求3所述的一种用于盘形制动机车恢复粘着力的系统，其特征在于，每个激光输出箱设有十二对激光输出管，其中六对设置在轮对的上方，六对分别设置在车体左右两侧底端的铁轨上方；所述激光输出管包括单束激光输出管和多束激光输出管，所述单束激光输出管包括单根激光输出光纤和一个输出口；所述多束激光输出管包括并列的三根激光输出光纤和三个输出口；所述多束激光输出管设于铁轨上方用于射出激光至铁轨踏面上，所述单束激光输出管设于轮对上方用于射出激光至轮对踏面上；所述激光发射器头用于使得射出的激光在轮对和铁轨上的光斑呈一根直线，横截于轮对轮缘和铁轨表面，作用于轮对轮缘表面的激光线长度为110～120mm，作用于铁轨表面的激光线长度为70～75mm。

6.根据权利要求3所述的一种用于盘形制动机车恢复粘着力的系统，其特征在于，所述压缩空气喷射管包括双向喷射管和单向喷射管，所述双向喷射管设于轮对上方用于喷射高压气流至所述轮对踏面上，所述单向喷射管设于铁轨上方用于喷射高压气流至所述铁轨踏面上。

7.根据权利要求6所述的一种用于盘形制动机车恢复粘着力的系统，其特征在于，所述双向喷射管包括第一气管和第二气管，所述第一气管和第二气管沿轮对滚动方向设置，且第一气管和第二气管沿轮对垂直于铁轨的直径对称，所述第一气管和第二气管上分别设有电磁阀，所述电磁阀与所述中央控制器之间电性连接。

8.根据权利要求3所述的一种用于盘形制动机车恢复粘着力的系统，其特征在于，所述中央控制器还连接有红外探测器，所述红外探测器两个一组共设有七组，其中一组设于车体中部的下端两侧，所述红外探测器的探头面向铁轨踏面，其余六组分别设于轮对两侧所述红外探测器的探头水平设置且面向轮对踏面；所述红外探测器用于检测铁轨踏面和轮对踏面的温度并将温度信息传输至所述中央控制器，所述中央控制器根据接收到的温度信息判断铁轨踏面和轮对踏面的温度是否超出设定的阈值，当判断结果为超出设定阈值时，所述中央控制器控制所述激光器停止激光激发。

9.一种用于盘形制动机车恢复粘着力的方法，利用权利要求1-8任意一项所述的一种用于盘形制动机车恢复粘着力的系统，其特征在于：

包括两种模式，自控模式和联控模式；

所述自控模式包括以下步骤：

通过中央控制器选取自控模式，速度传感器检测轮对的实时转速并输出与实时转速成比例的方波脉冲信号序列，所述方波脉冲信号经过解码器转换为所述中央控制器可识别代码并传输至所述中央控制器；

当某一轮对粘着力降低发生空转时，所述中央控制器根据该轮对轴箱上的速度传感器检测到信息判断该轮对的转速发生变化，所述中央控制器控制压缩空气管路系统开始运行，所述压缩空气管路系统将压缩空气经过压缩空气输出管和压缩空气喷射管向轮对踏面和轮缘进行高压气流清洗；

所述中央控制器控制所述激光器运行，所述激光器通过光纤和激光输出管射出激光至所述轮对踏面和铁轨踏面；

所述压缩空气管路系统和激光器运行一定时间后，所述中央控制器控制激光器停止激光激发状态，并控制所述压缩空气管路系统停止运行；

所述联控模式下，所述中央控制器与机车自身的监控系统电性连接，监控系所述监控系统用于向所述中央控制器输出列车当前位置的坡道参数；

所述联控模式包括以下步骤：

通过所述中央控制器选取联控模式，所述中央控制器判断接收到所述监控系统传输的坡道参数为上下坡时，所述中央控制器控制压缩空气管路系统开始运行，所述压缩空气管路系统将压缩空气经过压缩空气输出管和压缩空气喷射管向铁轨踏面持续进行高压气流清洗；

所述中央控制器控制激光器运行，所述激光器通过光纤和激光输出管持续射出激光至所述铁轨踏面；

所述中央控制器接收到的坡道参数中坡道角度为0时或者机车停车时，铁轨踏面上方的压缩空气喷射管和激光器停止工作状态；

所述轮对踏面上方的压缩空气喷射管和激光器运行一定时间后，所述中央控制器控制轮对踏面上方的压缩空气喷射管和激光器停止工作状态。

10.根据权利要求9所述的一种用于盘形制动机车恢复粘着力的方法，其特征在于，所述中央控制器还连接有红外探测器，所述红外探测器用于检测铁轨踏面和轮对踏面的温度并将温度信息传输至所述中央控制器，所述自控模式和联控模式均包括以下步骤：

所述中央控制器根据接收到的温度信息判断铁轨踏面和轮对踏面的温度是否超出设定的阈值，当判断结果为超出设定阈值时，所述中央控制器控制轮对踏面和铁轨踏面对应的激光器停止激光激发状态。

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