CN205344912U - 基于承载鞍定位的脱轨检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于承载鞍定位的脱轨检测装置，所述脱轨检测装置安装于承载鞍上朝向车轮的侧面，包括四个支承架和四个分别安装在所述支承架上的激光位移计与处理器系统，本实用新型实现了铁道车辆脱轨前的预警功能，解决铁道车辆无法预测脱轨的问题，为确保铁路运输安全，减少货车脱轨事故提供了保障。

Description

基于承载鞍定位的脱轨检测装置

技术领域

本实用新型涉及铁路运输装备技术领域，具体涉及一种基于承载鞍定位的脱轨检测装置。

背景技术

列车脱轨是铁道车辆运行中的重大行车事故。脱轨事故的发生，将造成车辆、货物、交通设备和通讯设备的损坏，严重时还将伤及生命，因此受到世界各国的高度重视。自1997年我国铁路提速以后，货物列车脱轨有上升趋势；近l0年来，脱轨事故在我国铁路行车重大、大事故中的比率高达70％左右。为确保铁路运输安全，找出防范的对策，减少货车脱轨事故是一项重要而紧迫的任务。

引起脱轨事故的原因比较复杂，即有人为因素、设备因素，还有自然灾害等。脱轨事故在改善列车运行性能、加强职工素质和安全教育后可以大大减少，但不可能完全杜绝，因为无法抗拒的自然灾害是引起脱轨的主要原因之一。

脱轨虽不可避免，但是可以在车辆上增加脱轨检测装置达到脱轨前预警和脱轨后制动减损的效果。目前，脱轨制动技术比较成熟，南车公司研制的脱轨自动制动装置已经广泛应用于70t级以上货车，效果显著；相对的，能够实现预警功能的脱轨检测技术还没有可靠产品投入运用。当前铁路总公司已经开始组织快运货车的研制工作，晋中南重载运煤专线也将投入运用，铁路货车的快运重载需求越来越紧迫，而实现这些目标的关键技术之一就是防止车辆脱轨。然而当前针对脱轨问题主要发展的是脱轨制动技术，具有脱轨预警功能的产品还处于试验阶段，因技术难度大，未见规模化成功案例，尚处于市场空白期，其潜力和价值十分巨大。因此研制脱轨检测装置是具有重大意义的研究课题。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于承载鞍定位的脱轨检测装置，实现铁道车辆脱轨前的预警功能，解决铁道车辆无法预测脱轨的问题，为确保铁路运输安全，减少货车脱轨事故提供了保障。

为实现上述目的，本实用新型所设计的基于承载鞍定位的脱轨检测装置，对称安装于转向架上的四个承载鞍(1)上朝向车轮(6)的侧面，其特殊之处在于：它包括四个支承架和四个分别安装在所述支承架上的激光位移计与处理器系统；

所述支承架经铸造模具一体成型，由安装基面、斜连接杆、水平连接杆、竖直连接杆和弧形连接杆组合而成；所述安装基面一端和斜连接杆一端连接，所述斜连接杆另一端与水平连接杆一端连接，所述水平连接杆另一端与竖直连接杆一端连接，所述竖直连接杆另一端与弧形连接杆一端连接，所述弧形连接杆另一端与安装基面另一端连接，所述竖直连接杆与水平连接杆之间的夹角为直角，所述斜连接杆与水平连接杆之间的夹角为锐角，所述安装基面与水平连接杆互相平行，所述支承架整体呈类似直角梯形的框架结构；

所述安装基面还开设有安装孔，用于将安装基面固定于转向架的承载鞍朝向车轮的侧面，所述支承架安装完成后，转向架的轮轴位于支承架的框架结构内部；

所述激光位移计与处理器系统安装在所述斜连接杆与水平连接杆连接的锐角夹角处，且所述激光位移计与处理器系统位于铁路钢轨正上方，从而用于测量车轮相对于铁路钢轨的抬升量，并根据抬升量进行数据处理和判断。

优选地，所述支承架的安装基面通过铆钉或螺栓固定安装于所述承载鞍上朝向车轮的侧面。

优选地，所述激光位移计与处理器系统的处理器为单片机。

进一步地，所述安装基面开设安装孔的数量为四个。

进一步地，所述弧形连接杆所对应的圆心和轮轴的横截面圆心重合，所述弧形连接杆所对应的圆的半径为110-120mm。

另外，本实用新型还涉及上述脱轨检测装置的检测方法，包括以下步骤：

1)激光位移计与处理器系统(3)开机，通过激光位移计采集激光位移计本身距离钢轨(5)上表面的垂向距离数据，第m次采集的数据记为H_m；通过处理器计算数据的平均值作为本次测量的基准点，记为H₀；

2)H_m与H₀求差，即得到车轮(6)相对于钢轨(5)的抬升量为h_m＝H_m-H₀，用于执行判断；

3)如果第m次数值h_m值大于所设定的安全值，处理器记录本次数据h_m，标记为1次；

4)如果第m+1次数值h_m+1大于第m次数值h_m，处理器记录本次数据h_m+1，标记为2次；

5)如果第m+2次数值h_m+2大于第m+1次数值h_m+1，标记为3次；

6)如果连续满足上述步骤3)、步骤4)和步骤5)，则处理器发送报警信号，直至h_m值小于所设定的安全值；

7)如果没有连续满足上述步骤3)、步骤4)和步骤5)，则继续采样判断，不报警。

在上述技术方案中，通过安全值与h_m，h_m与h_m+1，h_m+1与h_m+2的两次连续比较，大大降低了因为线路损坏、轨缝和道岔等线路损伤造成的误报。

激光位移计与处理器系统在使用中主要起到两个作用：一是监控转向架的运行状态；二是在车辆发生脱轨危险之前发送报警信息。

本实用新型有益效果：通过该基于承载鞍定位的脱轨检测装置及检测方法，实现铁道车辆脱轨前的预警功能，解决了铁道车辆无法预测脱轨的问题，为确保铁路运输安全，减少货车脱轨事故提供了保障。

附图说明

图1为一种基于承载鞍定位的脱轨检测装置的结构示意图；

图2为图1中支承架的立体结构示意图；

图3为图1中支承架与承载鞍的安装结构示意图；

图4为图1中支承架与轮轴的安装位置关系图；

图5为一种基于承载鞍定位的脱轨检测装置的检测方法流程示意图；

图6为轮轨正常接触状态示意图；

图7为轮缘贴靠状态示意图；

图8为持续爬轨状态示意图；

图9为脱轨状态示意图。

图中，承载鞍1、支承架2、安装基面2a、斜连接杆2b、水平连接杆2c、竖直连接杆2d、弧形连接杆2e、安装孔2f、激光位移计与处理器系统3、轮轴4、钢轨5、车轮6。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述：

如图1至图4所示的一种基于承载鞍定位的脱轨检测装置，它安装于承载鞍1上朝向车轮6的侧面，包括四个支承架2和四个分别安装在所述支承架2上的激光位移计与处理器系统3；

所述支承架2经铸造模具一体成型，由安装基面2a、斜连接杆2b、水平连接杆2c、竖直连接杆2d和弧形连接杆2e组合而成；所述安装基面2a一端和斜连接杆2b一端连接，所述斜连接杆2b另一端与水平连接杆2c一端连接，所述水平连接杆2c另一端与竖直连接杆2d一端连接，所述竖直连接杆2d另一端与弧形连接杆2e一端连接，所述弧形连接杆2e另一端与安装基面2a另一端连接，所述竖直连接杆2d与水平连接杆2c之间的夹角为直角，所述斜连接杆2b与水平连接杆2c之间的夹角为锐角，所述安装基面2a与水平连接杆2c互相平行，所述支承架2整体呈类似直角梯形的框架结构；所述弧形连接杆2e所对应的圆心和轮轴4的横截面圆心重合，所述弧形连接杆2e所对应的圆的半径为110-120mm；

所述安装基面2a还开设有四个安装孔2f，可以通过铆钉或螺栓将安装基面2a固定于转向架的承载鞍1朝向车轮6的侧面，支承架2安装完成后，转向架的轮轴4位于支承架2的框架结构内部；

所述激光位移计与处理器系统3安装在所述斜连接杆2b与水平连接杆2c连接的锐角夹角处，且所述激光位移计与处理器系统3位于铁路钢轨5正上方，从而用于测量车轮6相对于铁路钢轨5的抬升量，并根据抬升量进行数据处理和判断；

所述激光位移计与处理器系统3的处理器采用单片机结构；

本实施例公开的上述脱轨检测装置的检测方法，如图5所示，包括以下步骤：

1)激光位移计与处理器系统(3)开机，通过激光位移计采集激光位移计本身距离钢轨(5)上表面的垂向距离数据，第m次采集的数据记为H_m；本实施例选择t＞5s后，通过处理器计算数据的平均值作为本次测量的基准点，记为H₀；

2)H_m与H₀求差，即得到车轮(6)相对于钢轨(5)的抬升量为h_m＝H_m-H₀，用于执行判断；

3)如果第m次数值h_m值大于所设定的安全值，本实施例设定安全值为12mm，处理器记录本次数据h_m，标记为1次；

4)如果第m+1次数值h_m+1大于第m次数值h_m，处理器记录本次数据h_m+1，标记为2次；

5)如果第m+2次数值h_m+2大于第m+1次数值h_m+1，标记为3次；

6)如果连续满足上述步骤3)、步骤4)和步骤5)，则处理器发送报警信号，直至h_m值小于所设定的安全值；

7)如果没有连续满足上述步骤3)、步骤4)和步骤5)，则继续采样判断，不报警。

结合车轮6爬轨脱轨过程，其脱轨检测具体描述如下：

一、正常状态

如图6所示，铁道车辆在轨道上正常运行时，车轮6以钢轨5中心线为中心做小幅蛇形运动，车轮6轮缘没有贴靠到钢轨5上，车轮6相对于钢轨5的抬升量h_m为零；

二、轮缘贴靠状态

如图7所示，如果在某种特定条件下，车轮6给钢轨5的横向力很大，而车轮6给钢轨5的垂向力很小，以至车轮6在滚动过程中新的接触点逐渐移向轮缘顶部，车轮6逐渐升高，车轮6相对于钢轨5的抬升量h_m逐渐增大，当h_m值大于安全值，处理器记录本次数据h_m，标记为1次；

三、持续爬轨状态

如图8所示，如果轮缘上接触点的位置到达轮缘圆弧面上的拐点，即轮缘根部与中部圆弧连接处轮缘倾角最大的一点时，就到达爬轨的临界点。如果在到达临界点以前横向力减小或垂向力增大，则轮对仍可能向下滑动，恢复到原来稳定位置。当接触点超过临界点以后，如果横向力、垂向力的变化不大，车轮6有可能逐渐爬上钢轨5而脱轨。

此过程中，车轮6相对于钢轨5的抬升量h_m值继续增大，h_m+1大于h_m，标记为2次，h_m+2大于h_m+1，标记为3次，然后发送报警信号；

四、脱轨状态

如图9所示，如果车轮6继续爬轨，就会爬上钢轨5直到轮缘顶部达到钢轨5顶面而脱轨。

Claims (5)

1.一种基于承载鞍定位的脱轨检测装置，对称安装于转向架上的四个承载鞍(1)上朝向车轮(6)的侧面，其特征在于：

它包括四个支承架(2)和四个分别安装在所述支承架(2)上的激光位移计与处理器系统(3)；

所述支承架(2)经铸造模具一体成型，由安装基面(2a)、斜连接杆(2b)、水平连接杆(2c)、竖直连接杆(2d)和弧形连接杆(2e)组合而成；所述安装基面(2a)一端和斜连接杆(2b)一端连接，所述斜连接杆(2b)另一端与水平连接杆(2c)一端连接，所述水平连接杆(2c)另一端与竖直连接杆(2d)一端连接，所述竖直连接杆(2d)另一端与弧形连接杆(2e)一端连接，所述弧形连接杆(2e)另一端与安装基面(2a)另一端连接，所述竖直连接杆(2d)与水平连接杆(2c)之间的夹角为直角，所述斜连接杆(2b)与水平连接杆(2c)之间的夹角为锐角，所述安装基面(2a)与水平连接杆(2c)互相平行，所述支承架(2)整体呈类似直角梯形的框架结构；

所述安装基面(2a)还开设有安装孔(2f)，用于将安装基面(2a)固定于转向架的承载鞍(1)朝向车轮(6)的侧面，所述支承架(2)安装完成后，转向架的轮轴(4)位于支承架(2)的框架结构内部；

所述激光位移计与处理器系统(3)安装在所述斜连接杆(2b)与水平连接杆(2c)连接的锐角夹角处，且所述激光位移计与处理器系统(3)位于铁路钢轨(5)正上方，从而用于测量车轮(6)相对于铁路钢轨(5)的抬升量，并根据抬升量进行数据处理和判断。

2.根据权利要求1所述基于承载鞍定位的脱轨检测装置，其特征在于：所述支承架(2)的安装基面(2a)通过铆钉或螺栓固定安装于所述承载鞍(1)上朝向车轮(6)的侧面。

3.根据权利要求1所述基于承载鞍定位的脱轨检测装置，其特征在于：所述激光位移计与处理器系统(3)的处理器为单片机。

4.根据权利要求1所述基于承载鞍定位的脱轨检测装置，其特征在于：所述安装基面(2a)开设安装孔(2f)的数量为四个。

5.根据权利要求1所述基于承载鞍定位的脱轨检测装置，其特征在于：所述弧形连接杆(2e)所对应的圆心与轮轴(4)的横截面圆心重合，所述弧形连接杆(2e)所对应的圆的半径为110-120mm。