CN113286734A - 铁道车轴及外围设备的监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于监控铁道车轴及其外围设备的系统，该系统包括钢车轴(10)以及耦接到所述车轴及其元件(10)的至少一个监控装置(20)，其中，至少一个监控装置(20)对指示所述车轴(10)及其外围设备的被监控状况的数据执行测量，并且将测量传输到至少一个远程点。
Description
本发明涉及一种用于监控铁道车轴的系统，该系统能够更频繁、精确且可靠地监控铁路沿铁路线路轨道的车轴及其外围设备的运行状况。
背景技术
监控铁路运输车辆的服务状况对于事故预防和指定维护计划、提高可靠性和降低成本至关重要。
目前，这些测量通过布置在沿铁路轨道附近或铁路线路本身上的传感器来进行，然而，由于高成本以及难以沿着广泛的铁路轨道上维护传感器，所以该传感器相对于轨道尺寸的比例仍然很低。此外，同一列车可以在不同公司拥有的线路上行驶，该不同公司的基础设施和运行监控系统差异较大，因此，需要一种铁路线路独立系统。
线路上的装置数量的不足会影响车辆跟踪和安全，因为货车(wagon)可能会在传感器之间的部分出现故障，导致事故在被检测到之前发生。另一方面，沿铁路轨道的传感器数量的增加将导致成本的大幅增加。而且，由于问题的出现(例如，铁道车轴的轴承过热)与铁路事故发生之间的间隔可能非常短，所有即使传感器数量的增加也可能无法防止铁路车辆出现问题。例如，当发生被称为“过热轴承箱(Hotbox)”的车轴的轴承过热时，该轴承可能会锁定，从而使车轴熔化并且断裂，甚至导致铁路车辆脱轨。该因素是造成严重事故和铁路线路运营中断、使车辆流动停止的原因。
此外，目前嵌入货车中的替代传感器是临时解决方案，因为该替代传感器暴露在外并易受风化、破坏行为或潜在事故的影响，从而产生额外的维护成本。另一个技术难题是这些传感器在货车中的电源供应(主要是在维护停机之间的长时间，在某些情况下时间可以超过数年)。
代替具有更多材料量的实心车轴，铁道车轴的现有技术已经包括在客车、高速列车、机车和货运货车中使用的空心、穿孔或管状车轴的概念。目前的技术能够制造无缝管制成的管状铁道车轴，但能够以较少的原材料消耗实现与实心车轴相同的强度和其他机械性能。然而，到目前为止，实心车轴的使用在铁道行业仍然很普遍。
本发明的目的
本发明的第一目的是提供一种以比当前系统更高的准确性、频率及鲁棒性监控铁道车轴的状况的方式。
本发明的另一目的是通过监控技术参数并且防止铁路车辆中的缺陷(现有技术状态的系统无法正确检测该铁路车辆的外围设备和铁路线路)、及由这些缺陷引起的事故，来提高轨道的可用性并且降低铁路线路和铁路组合物的维护成本。
本发明的简要描述
本发明的目的通过用于监控铁道车轴的系统实现，该系统包括：
钢车轴，以及至附接到该车轴的少一个监控装置，
其中，至少一个监控装置对指示车轴及其外围设备的被监控状况的数据执行测量，并且将测量传输到至少一个远程点。
至少一个监控装置可包括至少一个传感器、一个微控制器、一个数据发射器、一个电源和一个存储单元。该装置包括温度传感器、加速度计和陀螺仪中的至少一个。被监控状况优选地包括轴承温度、由于颠簸引起的振动、应变、循环次数、速度、位置和不连续性(诸如裂纹)中的至少一个。测量数据通过移动网络、无线网络、蓝牙和射频中的至少一个来传输。
该测量可以以预定的测量时间间隔或实时地执行。
监控装置的电源可以是电池以及自发替代源(autonomous alternative source)中的一个。
监控装置可以与RFID装置通信和/或识别RFID装置，该RFID装置布置在铁路车辆的车轴、转向架和货车中的至少一个上。
车轴可以是无缝的空心管状钢车轴，并且至少一个监测装置被容纳在轴内部或轴的轴承的座内部。车轴可以是实心车轴，并且至少一个监控装置耦接到车轴的一端。该系统可以嵌入到车轴的任何外围设备中，例如盖子、螺钉或适配器。实心杆制成的车轴可具有通孔。
附图说明
为了更好地理解，将公开和描述本发明的特征和优点以及其相应的附图，这些附图示出了本发明的一些优选实施例。
图1示出根据本发明的系统的实施例中的具有监控装置的管状铁道车轴的截面的前视图。
图2示出根据本发明的系统的实施例中的具有监控装置的铁道车轴(实心杆制成)的截面的前视图，该铁道车轴具有机加工的内通孔(或其他)。
图3是图1所示的本发明的实施例中所用类型的铁道车轴的透视图，该铁道车轴在其两端具有组成轮组的车轮和轴承。
图4示出根据本发明的实施例的监控装置的部件的框图。
具体实施方式
根据本发明，用于监控铁道车轴的系统包括铁路车辆中所使用的钢车轴10，该钢车轴10的端部可耦接车轮和轴承，如图3所示。在根据本发明的系统中，至少一个监控装置20耦接到铁道车轴10，以在车轴运行期间的任何时间以及铁路线路的轨道的任何位置监控车轴的运行状况。因此，监控装置20对指示关于车轴10及其部件或外围设备(货车和永久线路)的被监控状况的数据执行测量。监控装置监控到的一些可能状况是车轴和/或车辆轴承的温度、由于颠簸和车轴或车轮上的其他动态载荷引起的振动、车轴上的应变、循环次数、速度、位置和不连续性(诸如裂纹)。
为了测量这些状况，根据本发明的监控装置可以包括传感器(诸如温度传感器、加速度计、陀螺仪等)。根据需要监控的状况类型，其他类型的传感器或仪表也可用于监控装置中。这些装置(也被称为传感器)可包含在同一系统壳体中、或者沿着车轴分布并且耦接到无线或有线系统。
这些状况的代表性数据由监控装置捕获并且传输到至少一个远程点(例如，另一个传感器装置)，在传感器、车辆控制中心、机车或铁路线路之间建立本地网络，或者沿着铁路线路布置的天线，以将这些数据传送到控制中心和其他。从数据发送，铁路运营商控制中心或者甚至可以访问该远程点的铁路线路的操作员可以解释和了解监控的状况，并且将控制信号发送回铁路车辆或机车，以便根据所述状况管理车辆的运行。例如，如果这些情况中的一个可能危及车辆的运行，则将信号发送到车辆，并且命令停止。
图4示出根据本发明实施例的监控装置20，在该监控装置20中，一些温度传感器T、加速度计A和陀螺仪G用于测量车轴的状况。这些传感器连接到微控制器22，该微控制器22负责处理测量数据并且将该测量数据转换为存储或传输格式。该微控制器也可控制传感器的运行间隔，以测量与监控状况相对应的数据。微控制器还连接到发射器24，该发射器24负责将传感器测量的数据传输到至少一个远程点。发射器24使用移动网络、无线网络、蓝牙或任何其他形式的无线传输的技术与远程点通信。数据测量及到远程点的传输的间隔和频率可由铁路运营商或由控制中心控制并配置。这些测量可以规则的时间间隔或实时地执行、可以存储在监控装置20中的存储单元中并且不时地发送、甚至可以实时地发送到远程点。
监控装置20还包括电源23，以用于为该监控装置20的部件供电(未示出)。例如，该电源可以是电池或自发替代源，该自发替代源通过磁感应或其他物理原理，使用轮组运动时的自身的动能。监控装置20还可适于通过射频(RFID-射频识别)来与识别装置通信和/或识别识别装置，该射频装置耦接到附近位置上的铁路车辆的任何部件(例如车轴本身、转向架或货车上)，以用于跟踪和控制目的。
在图1所示的本发明实施例中，铁道车轴10是无缝空心管状钢车轴。在本实施例中，监控装置20优选地被容纳在车轴内部，在不干扰车辆的设计或操作的情况下，在车轴内存在安装该监控装置20的自由空间。根据需要监控的状况，可以在车轴内部的不同位置安装各种监控装置。
在图1所示的本实施例中，监控装置20位于管状车轴10的轴承11的座的内部，以执行管状车轴10的轴承的温度测量，以避免轴承过热，轴承过热可能导致管状车轴熔化，从而导致紧急停车或任何事故。在该情况下，使用监控装置20内部的至少一个温度传感器。温度传感器测量轴承附近区域中的车轴本身的温度，该车轴本身的温度将非常接近被监控轴承的温度，这与安装在沿铁路线路的现有技术状态的系统相比，保证了根据本发明的系统的准确性和鲁棒性，以用于在更远的距离和有障碍物的情况下执行铁路车辆的状况的测量。
在本发明实施例的可能操作方式中，可以设置可接受的温度上限(例如90℃)。传感器监控车轴的温度，当达到或超过该上限时，根据本发明的监控装置向控制中心或控制点输出指示过热的信号。相应于该信号，铁路车辆接收到停止命令。
根据本发明的另一个未示出的实施例，铁道车轴10是实心车轴(优选地是圆柱形)，每端都有机加工的内孔。孔可以是通孔，也可以是其他的。在该情况下，监控装置20耦接到车轴的端部、被限制在轴承盖与车轴的端部之间，其中，通常形成小间隙，或者甚至附接到或嵌入到盖中。该系统还可包括两个监控装置，每个该监控装置耦接到车轴的一端。
在本文所述的任何实施例中，本发明的优点在于，由于监控装置20位于管状车轴10内部，或者在实心轴的情况下，该监控装置20由轴承盖保护，因此不存在破坏或损害系统良好运行的风化作用的风险。这显著地增加了根据本发明的系统的耐久性。
另一个优点是，与现有技术相比，可以在更多的点(所有轴承)上、更精确(在车轴内)地以更高的频率(以秒为间隔而不是以小时为间隔)建立数据库，该数据库具有更多的参数(温度、加速度和其他)，以用于后续离线分析，为铁路用户创造价值的可能性几乎是无限的。
Claims (17)
1.一种铁道车轴的监控系统，其特征在于，包括：
钢车轴(10)，以及耦接到所述车轴(10)的至少一个监控装置(20)，
其中，至少一个所述监控装置(20)对指示所述车轴(10)及所述车轴(10)的外围设备的被监控状况的数据执行测量，并且将测量传输到至少一个远程点。
2.根据权利要求1所述的监控系统，其特征在于，至少一个所述监控装置(20)包括至少一个传感器(21)、一个微控制器(22)、一个数据发射器(24)、一个电源(23)和一个存储单元。
3.根据权利要求1或2所述的监控系统，其特征在于，所述被监控状况包括轴承温度、与颠簸相关的振动、应变、循环次数、速度、位置和不连续性中的至少一个。
4.根据前述权利要求中任一项所述的监控系统，其特征在于，所测量的数据通过移动网络、无线网络、蓝牙和射频中的至少一个来传输。
5.根据前述权利要求中任一项所述的监控系统，其特征在于，所述测量以预定的测量时间间隔执行。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的监控系统，其特征在于，所述测量实时地执行。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的监控系统，其特征在于，所述监控装置(20)的所述电源是电池和自发替代源中的一个。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的监控系统，其特征在于，所述装置包括温度传感器、加速度计和陀螺仪中的至少一个。
9.根据前述权利要求中任一项所述的监控系统，其特征在于，所述监控装置(20)与RFID装置通信和/或识别RFID装置，所述RFID装置布置在铁路车辆的车轴、转向架和货车中的至少一个上。
10.根据前述权利要求中任一项所述的监控系统，其特征在于，所述车轴(10)是无缝空心管状钢车轴。
11.根据权利要求10所述的监控系统，其特征在于，至少一个所述监控装置(20)被容纳在所述车轴(10)的内部。
12.根据权利要求10或11中任一项所述的监控系统，其特征在于，所述监控装置(20)被容纳在所述车轴(10)的轴承(11)的座的内部。
13.根据权利要求1至9中任一项所述的监控系统，其特征在于，所述车轴(10)是实心车轴。
14.根据权利要求13所述的监控系统，其特征在于，至少一个所述监控装置(20)耦接到所述车轴(10)的一端。
15.根据前述权利要求中任一项所述的监控系统，其特征在于，所述监控系统被嵌入在所述车轴的任何外围设备中。
16.根据权利要求1至12、14和15中任一项所述的监控系统，其特征在于，所述车轴(10)是由实心杆制成的车轴，所述车轴的至少一端被机加工有内孔。
17.根据权利要求16所述的监控系统，其特征在于，由所述实心杆制成的所述车轴具有通孔。
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