CN112158185B - 一种多功能铁路货车车辆运行安全监测装置与系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多功能铁路货车车辆运行安全监测装置，包括外壳和内部组件，所述内部组件包括主控及通信模块、电池组件、气压测量模块和测距模块，所述电池组件与所述主控及通信模块电连接，所述气压测量模块、测距模块分别与所述主控及通信模块电连接，所述外壳上设有与制动缸的测试孔密封对接的中空柱体，所述气压测量模块、测距模块均安装在所述中空柱体的空腔之内，所述空腔通过制动缸的测试孔与制动缸的气室连通。本发明还提供了一种多功能铁路货车车辆运行安全监测系统。本发明的有益效果是：可以持续自动检测制动机的性能和车辆运行平稳性，装置安装简单方便，不需要对车体和制动缸做改动。

Description

一种多功能铁路货车车辆运行安全监测装置与系统

技术领域

本发明涉及安全监测装置，尤其涉及一种多功能铁路货车车辆运行安全监测装置与系统。

背景技术

制动机对于铁路货车车辆运行安全起到了重要的保障作用。在铁路运用车辆普遍采用了空气制动机。空气制动机通过对主风管压力的控制，改变制动缸内压缩空气压力。制动时,制动缸内压力增加，使缸内活塞联动鞲鞴杆克服平衡弹簧的弹力向外伸出，通过机械传动产生对车轮制动力，制动缸压力的大小对应闸瓦抱紧车轮的制动力大小；缓解时，制动缸内压力减小，活塞带动鞲鞴杆在弹簧反向弹力作用下缩回，使闸瓦与车轮的结合面脱离接触,达到缓解的目的。

铁路货车车辆空气制动机性能检查采用静态试风的方法。在试风过程中，检查人员观察车辆制动缸鞲鞴杆伸缩动作及行程，主观判定是否合格。这种检查方式存在以下突出问题：作业效率不高；依靠人工目测，准确性和可靠性无法得到保障；无法获取制动力的准确大小，无法评估闸瓦抱紧车轮的制动力大小。

另外，车辆运行的平稳性对于行车安全也有重要的参考意义。车辆载重不均衡、车轮磨损、轨道磨损、轨道发生形变等因素都会对车辆运行平稳产生影响，如果对这种平稳性进行监测，也可以在一定程度上保障车辆的安全。目前，还没有安装在铁路货车上的车辆运行平稳性检测装置。

另外，根据文献资料，现在已经有一种制动缸监测装置，但这种装置仅检测制动缸内的压力，不检测鞲鞴行程和其他运行物理参数，不足以全面监测车辆制动机运行安全。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种多功能铁路货车车辆运行安全监测装置与系统。

本发明提供了一种多功能铁路货车车辆运行安全监测装置，包括具有安装腔体的外壳和内部组件，所述内部组件安装在所述外壳的安装腔体之内，所述内部组件包括主控及通信模块、电池组件、气压测量模块和测距模块，所述电池组件与所述主控及通信模块电连接，所述气压测量模块、测距模块分别与所述主控及通信模块电连接，所述外壳上设有与制动缸的测试孔密封对接的中空柱体，所述气压测量模块、测距模块均安装在所述中空柱体的空腔之内，所述空腔通过制动缸的测试孔与制动缸的气室连通。

作为本发明的进一步改进，所述外壳包括相互抱合锁紧连接的底壳和上盖，所述中空柱体设置在所述底壳的底部，所述中空柱体的外表面设有密封锥形管外螺纹，该密封锥形管外螺纹与制动缸的测试孔的密封锥形管内螺纹相匹配。

作为本发明的进一步改进，所述底壳为金属材质底壳，所述上盖为工程塑料材质上盖。

作为本发明的进一步改进，所述主控及通信模块包括主控电路板和焊接在所述主控电路板上的天线，所述主控电路板上安装有三轴加速度传感器、微控制器、无线电信号收发器件、电源处理电路、存储器，所述电池组件通过第一线缆连接到主控电路板上。

作为本发明的进一步改进，所述气压测量模块包括气压测量电路板和安装在所述气压测量电路板上的气压传感器，所述气压测量电路板通过第二线缆连接到所述主控电路板上。

作为本发明的进一步改进，所述测距模块包括测距电路板和安装在所述测距电路板上的测距传感器，所述测距电路板通过第三线缆连接到所述气压测量电路板上。

作为本发明的进一步改进，所述第一线缆为电源输送线，所述第二线缆、第三线缆均包括电源线和串行通信信号线。

作为本发明的进一步改进，所述中空柱体的空腔的顶部设有平台，所述测距电路板安装在所述平台上，所述气压测量电路板安装在所述空腔的底部，所述第三线缆从所述空腔中穿过，所述测距电路板与所述空腔的内壁之间设有间隙，使外部的空气可以透过间隙进入空腔内部。

作为本发明的进一步改进，所述空腔为圆柱形空腔，所述测距模块与制动缸内的活塞相对设置，所述测距模块用来测量制动缸内的活塞与测距模块之间的距离。

本发明还提供了一种多功能铁路货车车辆运行安全监测系统，包括铁路货车车辆、外部接收设备和上述任一项所述的多功能铁路货车车辆运行安全监测装置，所述铁路货车车辆包括制动缸，所述多功能铁路货车车辆运行安全监测装置通过中空柱体与制动缸的测试孔密封对接，通过测距模块测量制动缸内的活塞与测距模块之间的距离，通过气压测量模块测量制动缸的缸内气压，通过主控及通信模块测量车辆在三个方向上的加速度，通过主控及通信模块获取测距模块的距离数据、气压测量模块的气压数据，通过主控及通信模块将测距模块的距离数据、气压测量模块的气压数据、车辆在三个方向上的加速度进行无线发射，传输给外部接收设备。

本发明的有益效果是：通过上述方案，提供了一种多功能铁路货车车辆运行安全监测装置，可以持续自动检测制动机的性能和车辆运行平稳性，装置安装简单方便，不需要对车体和制动缸做改动。

附图说明

图1是本发明一种多功能铁路货车车辆运行安全监测装置的示意图。

图2是本发明一种多功能铁路货车车辆运行安全监测装置的底壳的中空柱体的示意图。

图3是本发明一种多功能铁路货车车辆运行安全监测装置的安装示意图。

图4是本发明一种多功能铁路货车车辆运行安全监测装置的安装示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明作进一步说明。

一种多功能铁路货车车辆运行安全监测装置，用来持续自动检测制动机的性能和车辆运行平稳性。装置安装简单方便，不需要对车体和制动缸做改动。

该装置具有三个物理量检测功能：测量制动缸内压力、测量制动缸内活塞和鞲鞴杆运动行程、检测车辆在沿轨道方向、水平面垂直于轨道方向和垂直于地面三个方向的加速度。装置内还有无线电通信组件，可将上述检测到的数据通过无线通信发送给外部的数据接收装置。

如图1，多功能铁路货车车辆运行安全监测装置主要由外壳和内部组件组成。外壳由底壳7和上盖2组成。底壳7是金属材质，上盖2是工程塑料材质，整体呈圆柱形。底壳7和上盖2由4颗螺栓5锁紧。底壳7上虚线圆内部分是中空的柱体，表面有密封锥形管外螺纹15，螺纹规格和制动缸测试孔上的密封锥形管内螺纹204相匹配。

外壳内由以下组成部分：主控和通信模块、电池组件4、气压测量模块、测距模块和连接电缆。

1)主控电路板3和焊接在主控电路板3上的天线1组成的主控和通信模块。主控电路板3上安装有三轴加速度传感器、微控制器、无线电信号收发器件和电源处理电路、存储器等。

2)电池组件4通过第一线缆13连接到主控电路板3上。

3)气压传感器9安装在气压测量电路板8上，组成气压测量模块。气压测量电路板8通过第二线缆6连接到主控电路板3上。

4)测距传感器12安装在测距电路板11上，组成测距模块。测距电路板11通过第三线缆10连接气压测量电路板8。

5)第一线缆13是电源输送线，第二线缆6和第三线缆10中既有电源线，也有串行通信信号线。

图2是图1虚线圆圈部分的细节图。底壳7的虚线圆圈部分是中空的，内部有一个圆柱形的空腔14。空腔14顶部有一个平台，测距电路板11安装在平台上，气压测量电路板8安装在空腔14底部。第三线缆10 从空腔14中穿过，连接气压测量电路板8和测距电路板11。

测距电路板11边缘和空腔14内壁有间隙，外部的空气可以透过间隙进入空腔14内部。

安装后，测距模块用来测量制动缸内的活塞202与测距模块之间的距离。模块上的传感器一般为激光或超声测距传感器，向活塞202发射信号，通过计算反射信号的时间延迟，计算传感器和活塞202的距离。主控电路板3上的三轴加速度传感器可以测量车辆在三个方向上的加速度。

多功能铁路货车车辆运行安全监测装置的安装过程如下：

图3、4中，将制动缸200的测试孔201上原有堵头取下，将多功能铁路货车车辆运行安全监测装置100的密封锥形管外螺纹15缠上适量聚四氟乙烯薄膜（起密封作用），用专用工具卡住底壳7上的抓耳，将多功能铁路货车车辆运行安全监测装置100的密封锥形管外螺纹15旋入制动缸200的测试孔201，进行紧固，完成安装过程。制动缸内的活塞202随左侧气室内的压力变化左右移动，带动鞲鞴杆203一起运动。

本发明提供的一种多功能铁路货车车辆运行安全监测装置，其工作原理和过程如下：

主控电路板3上设置有微控制器和无线电信号收发器件。主控电路板3通过第一线缆6输送电源给气压测量电路板8，微控制器通过串行通信获取气压测量电路板8上面气压传感器9测量的气压数据。气压测量电路板8通过第三线缆10进一步将电能输送给测距电路板11，同时通过第二线缆6和第三线缆10中的串行通信线获取测距电路板11上测距传感器测量的距离数据。

主控电路板3可以通过无线电收发器件和天线1将传感器测量的数据进行无线发射，传输给外部接收设备。

本发明还提供了一种多功能铁路货车车辆运行安全监测系统，包括铁路货车车辆、外部接收设备和上述任一项所述的多功能铁路货车车辆运行安全监测装置100，所述铁路货车车辆包括制动缸，所述多功能铁路货车车辆运行安全监测装置100通过中空柱体与制动缸200的测试孔201密封对接，通过测距模块测量制动缸200内的活塞202与测距模块之间的距离，通过气压测量模块测量制动缸200的缸内气压，通过主控及通信模块测量车辆在三个方向上的加速度，通过主控及通信模块获取测距模块的距离数据、气压测量模块的气压数据，通过主控及通信模块将测距模块的距离数据、气压测量模块的气压数据、车辆在三个方向上的加速度进行无线发射，传输给外部接收设备。

本发明提供的一种多功能铁路货车车辆运行安全监测装置与系统，具有以下优点：

1)本发明公开的多功能铁路货车车辆运行安全监测装置最大的创新点是同时具备制动缸内气压检测、制动机鞲鞴行程测量和车辆在三个方向上的加速度三种功能。前两种物理量可以全面反映制动机性能。单独测量制动缸压力或单独测量制动缸鞲鞴行程的其他装置，都不足以全面监测制动机性能。加速度测量数据可用于评估车辆运行的平稳性和安全性。

2)本发明公开的多功能铁路货车车辆运行安全监测装置安装在制动缸测试孔内，安装简单方便，不需要对车体和制动缸做改动。内部结构设计巧妙。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种多功能铁路货车车辆运行安全监测装置，其特征在于：包括具有安装腔体的外壳和内部组件，所述内部组件安装在所述外壳的安装腔体之内，所述内部组件包括主控及通信模块、电池组件、气压测量模块和测距模块，所述电池组件与所述主控及通信模块电连接，所述气压测量模块、测距模块分别与所述主控及通信模块电连接，所述外壳上设有与制动缸的测试孔密封对接的中空柱体，所述气压测量模块、测距模块均安装在所述中空柱体的空腔之内，所述空腔通过制动缸的测试孔与制动缸的气室连通，所述主控及通信模块包括主控电路板和焊接在所述主控电路板上的天线，所述主控电路板上安装有三轴加速度传感器、微控制器、无线电信号收发器件、电源处理电路、存储器，所述电池组件通过第一线缆连接到主控电路板上，所述气压测量模块包括气压测量电路板和安装在所述气压测量电路板上的气压传感器，所述气压测量电路板通过第二线缆连接到所述主控电路板上。

2.根据权利要求1所述的多功能铁路货车车辆运行安全监测装置，其特征在于：所述外壳包括相互抱合锁紧连接的底壳和上盖，所述中空柱体设置在所述底壳的底部，所述中空柱体的外表面设有密封锥形管外螺纹，该密封锥形管外螺纹与制动缸的测试孔的密封锥形管内螺纹相匹配。

3.根据权利要求2所述的多功能铁路货车车辆运行安全监测装置，其特征在于：所述底壳为金属材质底壳，所述上盖为工程塑料材质上盖。

4.根据权利要求1所述的多功能铁路货车车辆运行安全监测装置，其特征在于：所述测距模块包括测距电路板和安装在所述测距电路板上的测距传感器，所述测距电路板通过第三线缆连接到所述气压测量电路板上。

5.根据权利要求4所述的多功能铁路货车车辆运行安全监测装置，其特征在于：所述第一线缆为电源输送线，所述第二线缆、第三线缆均包括电源线和串行通信信号线。

6.根据权利要求4所述的多功能铁路货车车辆运行安全监测装置，其特征在于：所述中空柱体的空腔的顶部设有平台，所述测距电路板安装在所述平台上，所述气压测量电路板安装在所述空腔的底部，所述第三线缆从所述空腔中穿过，所述测距电路板与所述空腔的内壁之间设有间隙，使外部的空气可以透过间隙进入空腔内部。

7.根据权利要求6所述的多功能铁路货车车辆运行安全监测装置，其特征在于：所述空腔为圆柱形空腔，所述测距模块与制动缸内的活塞相对设置，所述测距模块用来测量制动缸内的活塞与测距模块之间的距离。

8.一种多功能铁路货车车辆运行安全监测系统，其特征在于：包括铁路货车车辆、外部接收设备和如权利要求1至7中任一项所述的多功能铁路货车车辆运行安全监测装置，所述铁路货车车辆包括制动缸，所述多功能铁路货车车辆运行安全监测装置通过中空柱体与制动缸的测试孔密封对接，通过测距模块测量制动缸内的活塞与测距模块之间的距离，通过气压测量模块测量制动缸的缸内气压，通过主控及通信模块测量车辆在三个方向上的加速度，通过主控及通信模块获取测距模块的距离数据、气压测量模块的气压数据，通过主控及通信模块将测距模块的距离数据、气压测量模块的气压数据、车辆在三个方向上的加速度进行无线发射，传输给外部接收设备。

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