CN115703489A - 全路及列车状态检测和轨道养护作业及设备承载平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及全路状态及列车车辆状态检测和轨道养护作业及设备承载平台，具体涉及轨道及轨道信号状态、弓网状态、沿线无线通信频点状态、机车车辆状态、车载列控设备状态和列尾状态检测监测系统，以及实现轨道养护和维修作业、参与列车运行和列车制动控制的设备，以及设备承载平台的方法、设备和系统。

Description

全路及列车状态检测和轨道养护作业及设备承载平台

技术领域

本发明属于轨道交通领域，具体涉及轨道及轨道信号设备状态、弓网状态、沿线无线通信频点状态、机车车辆状态、车载列控设备状态和列尾状态检测监测系统，以及实现轨道养护和维修作业、参与列车运行和列车制动控制的设备，以及设备承载平台。

背景技术

随着社会的发展进步，轨道列车运行的速度越来越快、载重越来越大、车次越来越多、运行间隔越来越短，为了保证轨道交通的行车安全，需要检测的对象及范围变多变宽，同时需要快速实时检测监测这些状态包括但不限于对轨道道床、钢轨和轨道沿线信号设备等状态检测监测，对弓网状态、沿线无线通信状态、车载列控设备和列车状态进行检测监测，保证轨道沿线状态及设备状态、沿线信号及通信状态、列车状态工作正常。同时能对轨道进行养护作业，降低或消除实施状态检测监测和沿线轨道维护作业对作业窗口时段要求，降低劳动强度，保障列车安全运行。

现有的轨道列车和轨道状态检测现状存在下述问题：

1)需要检测监测的状态对象越来越多，涉及工务、电务、供电、机务、车辆等多个部门，目前检测监测设备针对单一或较少状态进行检测监测，设备繁多，分别由各段自行安排检测监测所负责部分，造成工作量大，占据时间多。

2)目前部分设备智能化不高，需要人工深度参与现场工作，包括高强度体力工作及面对现场恶劣环境。

3)部分状态检测监测需要检测设备匀速均匀检测，而通过人工、或不具备匀速运行的检测设备很难保证检测结果的一致性。

4)目前采用的轨检车使用机车、动车或车辆改造，成本高昂，灵活性差。

5)目前轨道维护工程作业采用轨道工程车，而对于一些简易的轨道维护作业如除锈去污等就不需要这么大的工程车。

6)因铁路运输向着高速化和重载化发展，为保证运输安全，列车尾部车辆需安装各种状态采集检测设备、监测设备、控制设备和通信设备，这些设备目前很难找到合适安装空间，尤其是货运列车尾部车辆；同时这些设备需要供电，而货运列车车厢本身是没有电源的，这又需要安装储电和发电设备，又增加设备安装和固定难度。

7)目前列车制动主要通过机车操控，制动通过空气波传播，速度慢，且没有冗余后备制动，影响铁路运输。

经专利检索，与本发明有一定关系的专利主要有以下专利：

1、申请号为“201911358768.5”、申请日为“2019.12.25”、公开号为“CN111045004A”、公开日为“2020.04.21”、名称为“一种铁路道砟厚度无损快速测量系统及测量方法”、申请人为“中国铁路设计集团有限公司”的中国发明专利，该发明公开了一种铁路道砟厚度无损快速测量系统及测量方法，属于无损检测技术领域。该发明设计加工了用于搭载探地雷达、GPS定位设备、测距轮的轻便式轨道小车，研发了特征层自动追踪人机交互技术，形成了集探测、定位于一体的铁路道砟厚度快速测量系统，具有轻便、定位准确、分辨率高、测量成果连续等优点，解决了既有铁路道砟厚度难以测量的问题，以无损测量的方法替代了传统人工挖掘道砟测量的方式，同时能够提供线路下方连续的道砟厚度值，便于精细化设计工作的开展，并且效率非常高，每小时可测量几十公里以上的道砟厚度值。

2、申请号为“201811238767.2”、申请日为“2018.10.23”、公开号为“CN109291946A”、公开日为“2019.02.01”、名称为“一种铁路牵引站巡检机器人”、申请人为“深圳市朗驰欣创科技股份有限公司”的中国发明专利，该发明涉及工业机器人技术领域，具体是一种铁路牵引站巡检机器人，包括升降机械臂和第一电机座，所述升降机械臂上沿竖直方向分别安装有齿条和滑轨，所述第一电机座上设有可沿滑轨滑动的滑槽，所述第一电机座上安装有升降步进电机，所述升降步进电机的电机轴上安装有与所述齿条啮合的齿轮；所述第一电机座连接有第二电机座，所述第二电机座上安装有执行步进电机，所述执行步进电机连接有谐波减速器，所述谐波减速器铰接有机械大臂，所述机械大臂铰接有末端执行器。该发明通过在升降机械臂上沿竖直方向分别安装有齿条和滑轨，从而可以带动机械大臂和末端执行器等沿竖直方向上下移动，从而可以使机械大臂下降和上升的区间增大。

3、申请号为“201710427686.6”、申请日为“2017.06.08”、公开号为“CN107139958A”、公开日为“2017.09.08”、名称为“一种货运重载铁路探伤车转向架”、申请人为“中车洛阳机车有限公司”的中国发明专利，该发明涉及铁路机车车辆制造技术领域，具体说是一种货运重载铁路探伤车转向架，包括“H”形的支撑构架，所述支撑构架两端下部设置有滚动轮对；所述轮对轴箱的外侧固定设置有弹性固定销，所述弹性固定销之间固定设置有探伤小车悬吊梁，所述探伤小车悬吊梁上固定安装有探伤小车；所述支撑构架的构架横梁两侧还固定设置有基础制动机构；所述支撑构架中部设置有悬挂机构，所述机构横梁中间部开设有牵引孔，所述牵引孔内配合插接中心销。

4、申请号为“201611068102.2”、申请日为“2016.11.29”、公开号为“CN106394602A”、公开日为“2017.02.15”、名称为“一种轻型钢轨探伤小车”、申请人为“蓬莱奥斯勃机械有限公司”的中国发明专利，该发明涉及铁路钢轨探伤设备，尤其是铁路钢轨自动探伤小车，包括驱动小车和探伤小车组成，驱动小车有驱动车轮、车体、座椅、脚踏板、电气系统、工作台等部分组成；探伤小车由车轮、探伤车支架、探伤轮总成、弹性伸缩支架、物料平台等组成。其特征在于提供一种重量轻，可折叠，上下道方便，探伤设备可根据铁路繁忙路段的需要随时增加或减少，探伤轮水平和角度可调节，同时探伤轮相对于钢轨的位置不会由于弯道钢轨高度差而变化，探伤精度高的轻型钢轨探伤小车。

5、申请号为“201921738442.0”、申请日为“2019.10.17”、公开号为“CN211055139U”、公开日为“2020.07.21”、名称为“一种铁路用快速检测装置”、申请人为“四川新能电力有限公司”的实用新型专利，该实用新型公开了一种铁路用快速检测装置，包括具有轨道故障检测功能的轨道检测车，还包括工具小车，工具小车与轨道检测车后端之间设置有连接机构，且工具小车上设置有工具盛放盒，所述轨道检测车后端安装有遮挡支架，遮挡支架上设置有遮挡布。该实用新型通过设置工具小车，工具小车通过连接机构与轨道检测车实现活动扣接，工具小车上设置有工具盛放盒，可在不增加轨道检测车空间的情况下便能轻松将多个检修工具跟随携带，大大提高了工作人员乘坐的舒适性以及活动空间，同时通过设计遮挡支架和遮挡布，不仅可对工作人员进行遮阳和遮雨，还能对检修工具进行遮阳和遮雨，保护更全面。

6、申请号为“201721192955.7”、申请日为“2017.09.18”、公开号为“CN207157232U”、公开日为“2018.03.30”、名称为“一种钢轨母材轨底超声波探伤装置”、申请人为“四川曜诚无损检测技术有限公司”的实用新型专利，该实用新型涉及在役钢轨探伤技术领域，公开了一种钢轨母材轨底超声波探伤装置，包括小车和探伤结构，小车底部的前后端设置有轨道轮，轨道轮为小车在钢轨踏面上的支撑滚动轮，还包括夹持机构，夹持机构设置于小车底部横梁上，且可相对所述横梁纵向滑动调节，所述夹持机构包括横向调节螺栓，所述探伤结构通过横向调节螺栓连接于夹持机构下部，所述横向调节螺栓可调节探伤结构横向移动。

7、申请号为“CN02229096.6”、申请日为“2002.04.18”、公开号为“CN2554063Y”、公开日为“2003.06.04”、名称为“铁路车辆轮轴超声波智能探伤机”、申请人为“武汉育科超声设备有限责任公司”的实用新型专利，该铁路车辆轮轴超声波智能探伤机，具有与微机相连的超声波探伤仪，以及由微机和可编程控制器控制的执行机械。该执行机械包括门框式机架、轮轴缓冲定位机构、轮轴旋转驱动机构、中心自动找正机构、端面探头移动机构、轴身探头移动机构以及轮轴推出驱动机构共七个部分。所设计轮轴缓冲定位机构中的轮轴弹簧定位卡和斜楔缓冲器可使被检测轮轴准确定位并平稳下降在轮缘滚轴上，大幅提高探伤检测的效率和降低探伤设备的故障率。

上述专利均没有集成比较多的检测设备，或不能灵活运用，或不能满足在列车运行时对轨道列车和轨道状态进行监测的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术中存在的缺陷，提供轨道及轨道信号设备状态、弓网状态、无线通信频点状态、机车车辆状态、车载列控设备和列尾状态监测，轨道及相关设备养护和维修作业、参与列车运行和制动控制，及设备承载平台的方法、设备和系统。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种自带驱动能主动或被动在轨道运行的设备承载平台，能够自行在平交道口进入或离开轨道，或通过小型吊车运输并吊入吊出轨道，实现轨道作业的灵活性，降低劳动强度。

进一步讲，设备承载平台能够为设备提供安装空间，提供持续电源供应，提供状态记录功能，提供车地间无线通信功能，提供与操纵机车相关设备间无线通信功能，可作为通信中继作用，可提供卫星定位和授时功能等。

进一步讲，通过在设备承载平台安装检测监测设备，通过自身动力或挂靠列尾在轨道运行，实现轨道、信号设备状态、弓网状态、无线通信信号状态、机车车辆状态、车载列控设备和列尾状态等检测监测，记录状态数据，检测到故障或超标实时报警，并将数据发送至地面服务器。

进一步讲，本系统可挂靠列尾与列车编组运行，通过与机车相关设备通信获取机车、车辆、车载信号设备状态等，通过与机车相关设备通信获取统一时间、公里表、车次号等，用于标定各状态对应的时间、里程及车次号等，方便数据组织、分析和回看，可实现全路状态采集、检测和记录，同时可将关键状态发送至操纵机车相关设备用于控制。

进一步讲，本系统也可以安装卫星接收设备和运动状态传感器采集运动状态，获取定位授时和位置运动状态，用于标定各状态对应的位置和时间等，方便状态数据组织、分析和回看。

进一步讲，通过设备承载平台提供车地通信和中远场无线通信，能实时将状态信息发送至操纵机车相关设备或地面服务器，地面服务器通过数据分析形成设备技术状态的变化规律和程度，计划性安排保养和维修，机车相关设备获取列尾数据用于列车运行控制。

进一步讲，本系统能够实时分析这些状态，对于检测到异常、隐患和危险状态，能够快速识别并传递警示信息，快速引导故障解决。

进一步讲，通过在设备承载平台安装中小型轨道养护设备，执行部分轨道养护和维修工程作业，如除锈、紧固等，或根据监测的状态数据参照设备技术状态的变化规律和程度进行维修、保养和临时补修。

进一步讲，可通过车钩挂靠列尾，灵活编组或解编，通过跟随列车运行过程中实现全路状态检测监测，通过中远场无线通信将采集到的状态实时发送给机车相关设备，可参与列车运行控制，也可参与列车的制动控制。

进一步讲，系统通过自身驱动能够自行进入和离开轨道，或通过吊车吊装进入和离开轨道，能够在轨道自行运行，通过配置检测设备，或/和轨道养护设备，可单独作为轨道、信号设备状态、弓网、无线通信等检测设备，也可同时实现轨道养护工作。

进一步讲，本系统可作为设备试验平台，为试验设备提供安装空间、试验环境、供电和无线通信等功能。

进一步讲，设备承载平台通过人工驾驶、或远端操控、或设定路线自动驾驶实现在轨道按特定路线运行，完成状态检测任务。

本发明的有益效果为：通过将监测系统、轨道养护系统、制动系统集成安装到设备承载平台，可实现全路状态检测监测，也可集成轨道养护设备实施轨道保养和维修作业，可单独作为全路状态检测系统实施作业和轨道养护作业，也可与列车编组运行实施全路状态检测、参与列车运行控制、参与制动控制（若装有制动系统），本系统能够实时处理这些状态并对检测到的危险状态进行提示并引导解决，也可实时发送至地面进行大数据分析和专家系统分析，合理安排养护和维修，保证列车运行安全。

附图说明

图1为橡胶轮自驱动走行的系统示意图，

图2为外挂列尾无驱动的系统示意图，

图3为外挂列尾能自行进入和离开轨道的系统示意图，

图4为状态检测监测系统示意图，

图5为感知单元系统示意图，

图6为轨道养护维修装置示意图，

图中：1—设备承载平台、11—卫星模块、12—主控单元、13—网关、14—钢制轮对、15—橡胶轮、16-可升降轮轨限位轮、17-可升降橡胶轮、18-车钩、2-状态检测监测设备、21-制动状态监测系统、22-无线通信状态监测、23-供电状态监测、24-信号设备状态监测、241-信号设备监测处理单元、242—点式信息状态采集、243-连续信息状态、25-轨道检测、251-轨道几何尺寸检测、252-轨道紧固件状态、253-道床轨枕状态检测、254-钢轨伤损探测、26-状态检测监测处理模块、3-制动系统、4-感知模块、41-感知处理模块、42-速度位移传感器、43-加速度传感器、44-雷达测速测距、45-激光毫米波雷达传感器、5-轨道养护设备、51-轨道养护控制模块、52-道床清洗、53-钢轨除锈、54-调整轨道、55-紧固链接件。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的描述：

本发明的系统如图1至3所示：包括设备承载平台1、状态检测监测设备2、制动感知模块3、感知模块4和轨道养护设备5，根据应用条件由设备承载平台1配置不同模块实现需要的功能。

设备承载平台1根据应用环境，单独用于状态采集检测或/和轨道养护，使用自带动力橡胶轮驱动并有轨道限位设备能独立稳定在轨道运行，可在平交道口进入和离开轨道，对轨道、信号设备状态、牵引供电网状态、无线通信状态进行采集和监测，同时装备中小型轨道养护设备进行轨道养护和维修工作，如图1所示。

设备承载平台1根据应用环境，与列车编组运行，跟随列车运行过程中采集和检测轨道状态、信号设备状态、弓网状态、列尾制动状态和位置运动状态，以及通过与操纵机车相关设备通信获取机车、车辆、车载信号设备、牵引供电状态信息，实现全路状态检测，通过配置制动系统接入列车尾管，实现整列车制动冗余和制动效果提升，如图2和图3所示。

设备承载平台1包括车体及走行部、驱动制动装置、发电储电配电设备，通过不同的走行部和结构优化实现设备承载平台单独在轨道运行，或挂靠列尾随列车运行，或在平交道口可自行进入或离开轨道，也包括卫星模块11获取定位和授时，主控单元12，通信网关13用于与地面、操纵机车间交互数据。

如图1的设备承载平台1安装橡胶轮胎15，设备承载平台驱动橡胶轮胎，能够于平交道口自行进入和离开轨道，进入轨道通过可升降轮轨限位轮16稳定设备承载平台在钢轨运行，实现预计作业。

如图2的设备承载平台，配置轮对14，本身不带动力，通过小型吊车运输和吊装进入轨道和离开轨道，进入轨道通过车钩18挂靠列尾，与列车编组运行，运行过程中执行线路状态数据采集和监控。

如图3的设备承载平台，配置轮对14，同时配置可升降橡胶轮17驱动承载平台在平交道口进入和离开轨道，进入轨道升起橡胶轮，通过车钩18挂靠列尾，与列车编组运行，运行过程中执行线路状态数据采集和监控。

对于挂靠列尾与列车编组运行的设备承载平台，采集和检测列车尾管压力信息21，通过无线通信送操纵机车相关设备用于列车运行控制，或将状态发送至地面服务器，根据需要配置列尾制动系统3，接入列车尾管，提高列车制动效果和作为制动冗余，或作为列车制动故障的救援设备。

无线通信状态检测22对线路沿线通信频点状态进行采集和监测，用于故障识别和警示。

供电状态检测23安装于设备承载平台，跟随设备承载平台运行中采集和检测弓网状态，对于挂靠列尾与列车编组运行，可采集和检测钢轨回流状态等，获取机车牵引电流状态，用于供电线路故障识别和故障警示。

信号设备状态监测24安装于设备承载平台，跟随设备承载平台在轨道运行中，采集轨道连续已调信号的感应电流值和电压值，采集轨道点式已调信号的感应电流值，通过解调解码判断基本功能状态，通过分析信号幅值、信噪比、频谱、信号间相关特性等信号特征，对比大数据分析出状态变化规律，识别轨道信号设备状态的故障和作出故障提示。

轨道检测25安装于设备承载平台，跟随设备承载平台在轨道运行中对轨道几何尺寸、轨道紧固件状态、道床道枕状态、钢轨伤损和道岔状态等采集和检测，大数据分析出状态变化规律，识别轨道信号设备状态的故障和故障提示。

状态检测监测处理模块26作为状态检测监测主要处理单元，收集各状态信息，并送至主控单元12用于记录、状态显示处理、故障指示，再由主控单元通过无线通信送地面服务器或操纵机车相关设备用于状态被使用和分析。

制动系统3为一套完整列车空气制动单元，安装于设备承载平台，跟随设备承载平台与列车编组，接入列车尾管，在列车运行过程中，参与制动，或作为制动冗余，提高制动可靠性和可用性。

感知模块4用于采集设备承载平台位置、运动状态、周边环境等，包括感知处理模块41、速度位移传感器42、加速度传感器43、雷达测速测距44、激光毫米波超宽带雷达传感器45等。

轨道养护设备5为中小型轨道养护和维修机械，安装于设备承载平台执行轨道养护和维修作业，包括但不限于轨道养护控制模块51、道床清洗52、钢轨除锈53、调整轨道54、紧固链接件55。

综上所述：本发明的有益效果为：根据应用条件和环境配置设备承载平台，通过在设备承载平台安装不同的功能设备，实现特定功能，通过安装状态监测系统和无线通信系统实现全路状态包括轨道、信号设备、弓网供电、无线频点及列尾状态，通过挂靠列尾与操纵机车通信获取机车、车载信号设备和车辆状态，实现全路状态检测监测和参与列车运行控制；通过安装感知单元，判断出设备承载平台位置、运动状态及周边环境，通过设备承载平台卫星接收模块获取定位和授时，用于组织状态数据和作业安排，挂靠列尾通过无线与车载列控系统通信获取公里标、统一时间及列车信息用于标定状态信息；通过在设备承载平台安装中小型轨道养护设备实现部分轨道养护和维修工作，通过在设备承载平台安装制动系统挂靠列尾并接入列车制动尾管，实现列车制动优化和冗余。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化或变换，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的保护范围，本发明的保护范围应该由各项权利要求限定。

Claims (10)

1.设备承载平台通过配置不同走行部，或可升降轨道限位装置，或可升降橡胶轮/轮对，能够实现在平交道口及类似区域自行进入轨道和离开轨道，或通过小型吊车运输及吊入和吊出轨道，能够自行驱动或挂靠列尾与列车编组在轨道运行，可单独作业或挂靠列尾实施作业。

2.设备承载平台提供设备稳定电源供应、状态大容量记录、卫星定位和授时时间，提供车地无线通信，提供设备承载平台与操纵机车、列控设备间通信服务，提供通信中继服务，提供基准时间和位置信息，可作为试验平台开展试验。

3.设备承载平台安装有感知单元，如速度位移传感器、加速度传感器、雷达测速测距用于位置和运动状态识别，如激光、毫米波雷达、超宽带雷达传感器用于沿线环境感知如灾害预警、相邻后方列车位置距离识别等。

4.设备承载平台单独作为状态检测和/或承当轨道养护作业，能够在平交道口进入和离开轨道，或通过吊车运输且吊入吊出轨道，通过自驱动在轨道平稳运行，通过在设备承载平台安装检测监测设备，实现轨道状态、信号设备状态、弓网状态、无线通信频点状态等采集和检测，记录状态数据同时包含位置和时间信息，检测到故障或超标实时报警，并将数据包含发送至地面服务器用于大数据和专家系统分析，指导维护计划安排。

5.设备承载平台挂靠列尾与列车编组运行进行作业，通过在设备承载平台安装检测监测设备，实现轨道、信号设备状态、弓网状态、无线通信频点状态、列尾制动和位置运动状态等采集和检测，通过中远场无线通信从列车相关设备获取机车状态、车辆状态、车载列车运行控制系统等状态，同时获取列车位置公里表、车次号、时间等，用于数据组织和故障定位，实现全路状态检测。

6.轨道状态检测设备跟随设备承载平台在轨道运行中实时对轨道几何尺寸、轨道紧固件状态、道床道枕状态、钢轨伤损和道岔状态等采集和检测，用于识别故障状态并提示，或用于大数据分析状态变化规律并制定合理养护维修计划。

7.信号设备状态检测设备跟随设备承载平台在轨道运行中，实时采集轨道连续已调信号的感应电流值和电压值，采集轨道点式已调信号的感应电流值，通过解调解码判断基本功能状态，通过分析已调信号和基带信号的幅值、信噪比、频谱、信号间相关特性等信号特征，判断信号设备状态，识别故障状态并提示。

8.供电状态检测设备安装于设备承载平台，跟随平台在轨道运行时实时采集和检测弓网状态，如果与列车编组运行则可实时采集和检测牵引电流回流状态，通过采集到的状态判断牵引供电设备状态是否正常，识别故障并报警，或大数据分析设备状态变化规律，计划养护和维修。

9.轨道沿线无线通信频点状态监测设备跟随设备承载平台在轨道运行时实时采集和监测沿线无线通信频点信号状态，识别故障并报警，

或大数据分析轨道沿线频点信号状态，优化基站的布局和发射功率优化。

10.通过在设备承载平台安装中小型轨道养护设备，跟随设备承载平台在轨道运行，实施轨道养护和维修作业，如道床清洗、钢轨除锈、调整轨道和紧固连接件等。

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