CN111645720B - 一种可列车自主控制的智能转辙机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可列车自主控制的智能转辙机，包括转辙机驱动装置、转辙机位置表示装置以及核心处理板，转辙机驱动装置包括电机、传动机构、动作杆，电机通过传动机构驱动动作杆，动作杆带动道岔尖轨动作，核心处理板控制电机动作，转辙机位置表示装置包括表示杆和表示杆监测传感器，表示杆随着道岔尖轨的动作进行移动，表示杆监测传感器用于监测表示杆位置以监测道岔尖轨当前位置；核心处理板设有接收车载控制器下发的道岔正位和反位控制命令的无线通讯模块。本发明可实现列车自主控制转辙机，转辙机的位置表示采用随着道岔尖轨进行移动的表示杆以及监测表示杆的表示杆监测传感器，代替现有自动开闭器机构，简化了结构。

Description

一种可列车自主控制的智能转辙机

技术领域

本发明属于智能轨道交通技术领域，具体涉及转辙机技术。

背景技术

目前的转辙机都是基于联锁设备对转辙机进行集中控制，转辙机仅需提供道岔表示状态，并根据联锁设备的控制命令进行动作，并将自身电流、电压信息，及道岔正反位状态被联锁设备采集。

目前的转辙机包括：动力单元，传动机构、锁闭装置、表示装置(自动开闭器及道岔表示电路)。该转辙机仅能通过联锁设备对其集中控制，随着车车通信的进一步发展，目前的转辙机无法实现列车的自主控制。

目前的转辙机道岔电路仅能实现道岔电机的转动控制及自身状态的电路表示，无法对自身的运行状态进行分析上报及故障预测。

自动开闭器机构比较巧妙和复杂，受转辙机箱体内部环境影响较大，随着动作次数的增长，弹簧的弹力也将逐渐减弱，及损耗速度也将明显加快；且其内部各部件不易打扫，长时间工作后检查柱易被油污、灰尘等包裹而导致落下不灵活的情况发生，检查柱在动作孔内形成卡阻的问题。这些情况都会对转辙机位置表示模块的可靠性造成很大的影响。

很多转辙机采用有刷电机，导致转辙机的寿命较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种可列车自主控制的智能转辙机，简化表示装置的结构，并实现列车对转辙机的自主控制。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种可列车自主控制的智能转辙机，包括转辙机驱动装置、转辙机位置表示装置以及核心处理板，所述转辙机驱动装置包括电机、传动机构、动作杆，所述电机通过传动机构驱动动作杆，动作杆带动道岔尖轨动作，所述核心处理板控制电机动作，

所述转辙机位置表示装置包括表示杆和表示杆监测传感器，所述表示杆随着道岔尖轨的动作进行移动，所述表示杆监测传感器用于监测表示杆位置以监测道岔尖轨当前位置；

所述核心处理板设有与车载控制器进行无线通讯以接收车载控制器下发的道岔正位和反位控制命令的无线通讯模块；

还包括用于监测转辙机状态的转辙机状态监测传感器，所述核心处理板设有转辙机状态监测模块，所述转辙机状态监测模块接收转辙机状态监测传感器监测的转辙机状态信息并通过有线或者无线通讯方式实时将转辙机状态上报给列车智能运维与综合自动化平台。

优选的，所述表示杆监测传感器为位置传感器。

优选的，所述表示杆监测传感器为行程开关，所述行程开关包括正位行程开关和反位行程开关，所述表示杆上安装有正位位置锁止件和反位位置锁止件，所述正位位置锁止件用于触发正位行程开关，所述反位位置锁止件用于触发反位行程开关。

优选的，所述表示杆设有螺纹部，所述正位位置锁止件和反位位置锁止件与螺纹部螺纹连接。

优选的，所述表示杆监测传感器为监测表示杆位移变化的位移传感器。

优选的，所述电机设有电机转子位置传感器，通过电机转子位置传感器检测电机转子转动角度，以监测道岔尖轨当前位置。

优选的，还包括用于监测动作杆位置以监测道岔尖轨当前位置的动作杆监测传感器。

优选的，所述传动机构为滚珠丝杆机构、蜗轮蜗杆机构、齿轮齿条机构中的任意一种。

优选的，所述传动机构连接有推板套，所述推板套与动作杆连接，所述传动机构将电机转动转换为直线运动，并通过推板套带动动作杆直线运动。

优选的，所述推板套与动作杆之间设有挤切销钉，当挤岔时挤切销钉被切断，使动作杆和推板套分离。

本发明采用上述技术方案，具有如下有益效果：

1、针对目前的转辙机无法实现列车的自主控制，核心处理板设置无线通讯模块，实现与车载控制器的无线通讯，可以向车载控制器发送道岔尖轨当前位置，以及接收车载控制器下发的道岔正位和反位控制命令，并根据命令控制电机动作，因此，可实现列车自主控制转辙机。

2、电机可以采用无刷直流电机，解决有刷电机易磨损，可靠性低的问题，而且直流无刷电机配有电机驱动板，通过电机驱动板可对动作杆的运动进行精确控制，且具有可根据工作情况实现调速等自适应调节功能。

3、针对目前转辙机的自动开闭器机构存在的缺陷，转辙机的位置表示采用随着道岔尖轨进行移动的表示杆以及监测表示杆的表示杆监测传感器，代替现有自动开闭器机构，简化了结构，可以根据电机驱动力矩及表示杆位置信息自适应调节密贴表示，减少人工维护。表示杆监测传感器及核心处理板代替表示装置硬件结构，电路设计更简单、可靠。

4、当电机运动经过自锁式传动机构带动动作杆，推动道岔尖轨与基本轨密贴，且此时表示杆接触到转辙机的正位行程开关，同时切断电机避免电机误动作。当过车完成，列车命令转辙机运动到反位，电机反转，自锁式传动机构带动动作杆反方向运动，当动作杆运动到反位时，且表示杆接触到转辙机的反位行程开关，同时切断电机，避免电机误动作。

5、表示杆中间设有螺纹部，正位位置锁止件和反位位置锁止件均与螺纹部螺纹连接，以便于正、反位位置锁止件根据现场工况无级调整位置。

6、表示杆监测传感器及直流无刷电机的转子的位置传感器互为冗余，用于监测转辙机的运行情况及故障预测。

7、表示杆监测传感器及动作杆监测传感器互为冗余，用于监测转辙机的运行情况及故障预测。

8、为了避免挤岔时反作用于自锁式传动机构，造成损害，推板套与动作杆之间设有挤切销钉，挤岔时挤切销被切断，使动作杆和推板套分离。

9、采用多种类型的转辙机状态监测传感器监测转辙机状态，可实现电流、电压、位移、湿度、振动、图像等多传感器信息采集，便于MSS对转辙机自身工作状态进行预测。

10、转辙机核心处理板可实时可将自身各个参数状态上报给列车智能运维与综合自动化平台，便于平台对转辙机进行监控及故障预测。

本发明的具体技术方案及其有益效果将会在下面的具体实施方式中结合附图进行详细的说明。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：

图1为本发明实施例一中智能转辙机与列车以及列车智能运维与综合自动化平台的相互关系示意图；

图2为本发明智能转辙机实施例二的结构示意图；

图3为本发明智能转辙机实施例三的结构示意图；

图4为核心处理板原理框图；

图中：1-转辙机，11-电机，111-电机驱动板，12-传动机构，13-推板套，14-动作杆，15-表示杆，151-正位位置锁止件，152-反位位置锁止件，16-传感器组，161-正位行程开关，162-反位行程开关，163-动作杆监测传感器，17-核心处理板，18-齿轮机构；2-轨道，21-道岔尖轨；3-列车，31-车载控制器；4-列车智能运维与综合自动化平台。

具体实施方式

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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

本领域技术人员可以理解的是，在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。

实施例一

参考图1至图4所示，一种可列车自主控制的智能转辙机1，列车在轨道2上运行，转辙机1对道岔尖轨21进行控制，改变转换道岔位置，列车3上设置车载控制器31，可对转辙机1进行远程控制。其包括转辙机驱动装置、转辙机位置表示装置、传感器组16以及核心处理板17。所述转辙机驱动装置包括电机11、传动机构12、动作杆14，所述电机11通过传动机构12驱动动作杆14，动作杆14带动道岔尖轨21动作。

其中，所述转辙机位置表示装置包括表示杆15和表示杆监测传感器，表示杆15与道岔尖轨21连接，动作杆14推动道岔尖轨21运动，进而表示杆15随着道岔尖轨21的动作进行移动，所述表示杆监测传感器用于监测表示杆15位置以监测道岔尖轨21当前位置，可以判断道岔尖轨21动作是否到位。

另外，传感器组16包括转辙机状态监测传感器，所述转辙机状态监测传感器用于监测转辙机状态，所述核心处理板17设有转辙机状态监测模块，所述转辙机状态监测模块接收转辙机状态监测传感器监测的转辙机状态信息并通过有线或者无线通讯方式实时将转辙机状态上报给列车智能运维与综合自动化平台4，由列车智能运维与综合自动化平台4判断转辙机1是否正常运行，然后所述核心处理板17接收转辙机是否正常运行的判断结果。

所述核心处理板17设有无线通讯模块，与车载控制器31进行无线通讯，通过无线通讯模块向车载控制器31发送道岔尖轨21当前位置，以及接收车载控制器31下发的道岔正位和反位控制命令，并根据命令控制电机11动作。当列车3在轨道2上行驶，靠近道岔尖轨21时，车载控制器31通过无线通讯模块向核心处理板17发送道岔正位和反位控制命令。

其中，传动机构12为自锁式传动机构，可以为齿轮传动自锁式滚珠丝杆，也可以是蜗轮蜗杆、齿轮齿条等具有自锁功能的传动机构。上述的自锁式传动机构均设有直线运动部件，通过上述的自锁式传动机构将电机转动转换为直线运动，直线运动部件与推板套13连接，推板套13与动作杆14连接，因而可通过推板套13，带动动作杆14运动，再由动作杆14带动带动道岔尖轨21动作。

挤岔是指列车直向通过道岔时，由于道岔位置不正确，道岔尖轨未能与基本轨密贴，车轮碾压时，将道岔尖轨与基本轨挤开的过程。此时道岔即不在定位，也不在反位，呈四开状态，极易导致列车出轨和倾覆。为了避免挤岔时，反作用于自锁式传动机构，造成自锁式传动机构损坏，推板套13与动作杆14之间设有挤切销钉，挤岔时挤切销被切断，使动作杆14和推板套13分离。

在本实施例中，表示杆15由限位孔限制实现直线移动。所述表示杆监测传感器为监测表示杆位置状态的位置传感器。例如，所述位置传感器为图像传感器和/或行程开关和/或接近开关等。当然，本领域技术人员可以理解的是，所述表示杆监测传感器也可以为监测表示杆位移变化的位移传感器。例如，所述位移传感器为磁致伸缩位移传感器和/或电感式位移传感器和/或电容式位移创感器等。

本实施例中，电机11采用直流无刷电机，直流无刷电机设有电机驱动板111，用于驱动直流无刷电机按控制命令动作。解决了有刷电机易磨损，可靠性低的问题。通过电机驱动板，可在转动过程中实现调速等功能。另外，参考现有技术，电机可以设置对自身参数进行监测的传感器，可实时获取电机速度、加速度、电压、电流、驱动力矩等信息。这样可以根据自身参数状态对转辙机故障进行预测。例如可以设置一个理想的电流转速曲线模型，比如节能模型，该转辙机按照这个曲线模型进行运行，同时将采样到实际工作曲线与理想曲线模型进行对比分析，判断与理想曲线模型偏离是否超过预定阈值，从而判断转辙机是否出现故障。

为了保证安全可靠，轨道交通信号系统均设置安全冗余。因而除了上述的表示杆监测传感器，还可以通过以下技术手段实现道岔尖轨位置监测的冗余。

进一步的，所述电机11设有电机转子位置传感器，通过电机转子位置传感器监测道岔尖轨当前位置。其中电机转子位置传感器可以是旋转变压器、光电或者电容编码器、霍尔效应器等。上述的电机转子位置传感器与表示杆监测传感器互为冗余。确保动作杆运动到位，且可用于预测转辙机运动是否故障。

进一步的，传感器组16还包括用于监测动作杆位置以监测道岔尖轨21当前位置的动作杆监测传感器163，所述动作杆监测传感器163与表示杆监测传感器互为冗余。确保动作杆运动到位，且可用于预测转辙机运动是否故障。动作杆监测传感器163可以设有两个互为冗余。

其中，表示杆监测传感器为主传感器，电机转子位置传感器和动作杆监测传感器作为辅助传感器。如果动作杆及表示杆都到位，表明道岔尖轨到位，其他情况可以根据具体情况进行故障分析。

另外，还可以通过电机电流，以及表示杆监测传感器、动作杆监测传感器的综合判断进行转辙机故障监测。电机设定阈值电流，当电机达到阈值电流，动作杆及表示杆没有运动到预订位置，表明道岔尖轨处有异物堵塞。当电机没有达到阈值电流，而表示杆、动作杆运动到预订位置，说明道岔尖轨由于应力释放与基本轨没有密贴，需要重新维护表示装置。动作杆运动到位，且电机达到阈值电流，表示杆不到位，表明表示杆与道岔尖轨的连接有故障。

其中，转辙机状态监测传感器包括音频传感器和/或振动传感器和/或视频传感器和/或温湿度传感器。振动传感器用于监测过车状态，音频传感器监测内部机械运转噪声；视频传感器采集内部图像，温湿度传感器用于监测转辙机的温湿度状态。可以根据上述转辙机状态监测传感器的监测信息判断转辙机状态。例如记录转辙机工作正常音频状态，当音频状态异常时在后台进行分析，判断是否出现传动机构运转故障。温湿度传感器不正常，说明可能转辙机进水。对上述传感器的具体分析可以参考现有技术。为了简化转辙机电路，上述分析一般不在转辙机核心处理板进行，而是实时将转辙机状态上报给列车智能运维与综合自动化平台4进行分析。列车智能运维与综合自动化平台4具有ATS、MSS以及轨旁控制器，具体结构及功能参考现有技术。当然，本领域技术人员可以理解是，还可以增加其他类型的传感器。

如图4所示，核心处理板17冗余采用隔离电源，满足轨交设备的安全设计要求。而且对应预留有音频传感器、振动传感器、视频传感器、温湿度传感器等接口，与对应的音频传感器、振动传感器、视频传感器、温湿度传感器连接，便于全面获得转辙机工作状态信息。

核心处理板17设有无线通信接口，通过无线通信接口与车载控制器31无线通讯。进一步的，该核心处理板17同时预留另外的通信接口，支持光纤等通讯方式，既支持无线通信，也支持有线通信，可与联锁/轨旁控制器通信，适用于目前的联锁/轨旁控制器控制。

实施例二

如果转辙机1出现故障，电机11无法驱动动作杆14复位。如图2所示，转辙机1设有齿轮机构18，该齿轮机构18与自锁式传动机构连接，齿轮机构18连接手柄，可以在转辙机1故障时，通过摇动手柄，手动使得动作杆14复位。

实施例三

如图3所示，在本实施例中，所述表示杆监测传感器为行程开关，所述表示杆15上安装有正位位置锁止件151和反位位置锁止件152，且对应正位位置锁止件151设有正位行程开关161，对应反位位置锁止件152设有反位行程开关162。正位位置锁止件151用于触发表示杆的正位行程开关161，监测表示杆15正位。反位位置锁止件152用于触发表示杆的反位行程开关162，监测表示杆15反位。

可以选择的，正位行程开关161设有两个互为冗余，反位行程开关162也设有两个互为冗余。

当电机11运动经过传动机构12带动动作杆14，推动道岔尖轨21与基本轨密贴，且此时表示杆15接触到转辙机的正位行程开关161，同时切断电机11避免电机11误动作。当过车完成，列车命令转辙机运动到反位，电机11反转，传动机构12带动动作杆14反方向运动，当动作杆14运动到反位时，且表示杆15接触到转辙机的反位行程开关162，同时切断电机11，避免电机11误动作。

表示杆15中间设有螺纹部，正位位置锁止件151和反位位置锁止件152均与螺纹部螺纹连接，以便于正、反位位置锁止件根据现场工况无级调整位置。

实施例四

可列车自主控制的智能转辙机控制方法，包括如下步骤：

S1:车载控制器通过无线通讯向转辙机核心处理板发送道岔正位控制命令，当转辙机核心处理板接收到道岔正位控制命令时，发命令给电机驱动板，驱动电机转动，电机转动由传动机构转换为推板套的直线运动并带动动作杆推动道岔尖轨贴近正位基本轨运动；

S2:电机驱动板实时采集的电机传感器信息、表示杆监测传感器信息、动作杆监测传感器信息、转辙机状态监测传感器实时监测转辙机状态，同时核心处理板获取各个传感器数据，用以判别转辙机是否正常运行，道岔尖轨及基本轨是否密贴；

S3；当转辙机工作正常，且道岔尖轨基本轨密贴，转辙机通过无线通讯方式将状态上报给车载控制器，且核心处理板将电机断电，避免电机误动作。

在上述过程中，转辙机核心处理板可实时将自身各个参数状态上报给列车智能运维与综合自动化平台，便于平台对转辙机进行监控及故障预测。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (8)

1.一种可列车自主控制的智能转辙机，包括转辙机驱动装置、转辙机位置表示装置以及核心处理板，所述转辙机驱动装置包括电机、传动机构、动作杆，所述电机通过传动机构驱动动作杆，动作杆带动道岔尖轨动作，所述核心处理板控制电机动作，其特征在于：

所述转辙机位置表示装置包括表示杆和表示杆监测传感器，所述表示杆随着道岔尖轨的动作进行移动，所述表示杆监测传感器用于监测表示杆位置以监测道岔尖轨当前位置；

所述核心处理板设有与车载控制器进行无线通讯以接收车载控制器下发的道岔正位和反位控制命令的无线通讯模块；

还包括用于监测转辙机状态的转辙机状态监测传感器，所述核心处理板设有转辙机状态监测模块，所述转辙机状态监测模块接收转辙机状态监测传感器监测的转辙机状态信息并通过有线或者无线通讯方式实时将转辙机状态上报给列车智能运维与综合自动化平台；

所述电机设有电机转子位置传感器，通过电机转子位置传感器检测电机转子转动角度，以监测道岔尖轨当前位置，还包括用于监测动作杆位置以监测道岔尖轨当前位置的动作杆监测传感器，所述电机转子位置传感器与表示杆监测传感器互为冗余，所述动作杆监测传感器与表示杆监测传感器互为冗余；

通过电机电流以及表示杆监测传感器、动作杆监测传感器的综合判断进行转辙机故障监测，电机设定阈值电流，当电机达到阈值电流，动作杆及表示杆没有运动到预订位置，表明道岔尖轨处有异物堵塞；当电机没有达到阈值电流，而表示杆、动作杆运动到预订位置，说明道岔尖轨由于应力释放与基本轨没有密贴，需要重新维护表示装置，动作杆运动到位，且电机达到阈值电流，表示杆不到位，表明表示杆与道岔尖轨的连接有故障。

2.根据权利要求1所述的一种可列车自主控制的智能转辙机，其特征在于：所述表示杆监测传感器为位置传感器。

3.根据权利要求1所述的一种可列车自主控制的智能转辙机，其特征在于：所述表示杆监测传感器为行程开关，所述行程开关包括正位行程开关和反位行程开关，所述表示杆上安装有正位位置锁止件和反位位置锁止件，所述正位位置锁止件用于触发正位行程开关，所述反位位置锁止件用于触发反位行程开关。

4.根据权利要求3所述的一种可列车自主控制的智能转辙机，其特征在于：所述表示杆设有螺纹部，所述正位位置锁止件和反位位置锁止件与螺纹部螺纹连接。

5.根据权利要求1所述的一种可列车自主控制的智能转辙机，其特征在于：所述表示杆监测传感器为监测表示杆位移变化的位移传感器。

6.根据权利要求1所述的一种可列车自主控制的智能转辙机，其特征在于：所述传动机构为滚珠丝杆机构、蜗轮蜗杆机构、齿轮齿条机构中的任意一种。

7.根据权利要求6所述的一种可列车自主控制的智能转辙机，其特征在于：所述传动机构连接有推板套，所述推板套与动作杆连接，所述传动机构将电机转动转换为直线运动，并通过推板套带动动作杆直线运动。

8.根据权利要求7所述的一种可列车自主控制的智能转辙机，其特征在于：所述推板套与动作杆之间设有挤切销钉，当挤岔时挤切销钉被切断，使动作杆和推板套分离。

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