高速列車運行狀態在線監測方法技術

本發明專利技術公開了一種高速列車運行狀態在線監測方法，在每根鐵軌的兩側對稱設置兩個激光位移探測器，各激光探測器位于同一軸線上；激光探測器發出的激光從鐵軌的底側斜向上投射到列車車輪，激光探測器掃描檢測得出列車車輪端面到激光探測器距離及其偏移量，經高速數據采集處理電路后傳輸到檢測站中的工控機記錄、分析、顯示；以相鄰輪軸之間距離為間隔，再在每根鐵軌的兩側對稱設置兩個探測器，檢測同一轉向架的四個車輪的同步位移信息，實現列車轉向架轉動力矩在線檢測。本發明專利技術以車輛的輪軌動力學參數作為監測對象，真正實現運行狀態在高速運動的實時檢測，為鐵路運輸安全提供有效的技術保障，具有十分重要的社會效益。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種。
技術介紹
近年來為適應鐵路高速、重載的發展需要，許多成熟的高新技術在鐵路內得到廣泛應用，諸如衛星定位技術，二、三代紅外線軸溫探測技術，各種探傷技術，軸承故障無損檢測技術、現場噪音分析等等，都在確保行車安全方面發揮了重要作用。目前，國內的鐵路車輛在線檢測系統檢測功能主要有●車號自動識別系統；●輪對踏面平輪檢測-自動判別通過車輛的踏面平輪故障；●紅外軸溫檢測-自動判別軸承溫度異常；●車輛輪重及超偏載檢測；這類技術裝備在路內已經基本成形，并逐步得到運用。國外車輛安全設備的配置和對車輛安全在線檢測都出于乘客人身安全第一這樣的考慮。國外在鐵路安全在線檢測這方面研究起步較早，主要功能設備如●軌道與設備的連續自動監測診斷系統；●車載及道旁的機車車輛安全性能參數監測系統；●實時車輪診斷系統，包括車輪擦傷、失圓、附著物、及載荷的動態檢測；輪對尺寸檢測；輪對的動態探傷檢測；●列車閘瓦磨損在線檢測；●車輛識別檢測系統。●紅外軸溫探測系統，為防止燃軸、切軸等惡性事故的發生。但綜合國內外車輛在線檢測技術裝備，都存在以下不足 ●受現場條件及測量技術的限制，大部分測量技術采取的是間接測量而非直接測量技術，如軸承故障采用軸溫或聲強檢測技術、平輪探測采用沖擊測量技術等，雖然測量的物理量與車輛故障有較強的相關性，但由于不是原始特征的直接測量，受傳感器響應系統及被測環境的影響較大，難以真正具備定量能力，故障預報的兌現率偏低；●現有測量技術受被測條件的制約較大，特別是車輛運行速度，紅外軸溫測量車速的上限為120km/h，而平輪探測裝置應在70km/h以下應用，這些設備都難以應用到高速列車的檢測，而結構動力學證明中低速激勵條件下的響應是不能反映高頻、高強度激勵條件下的系統結構響應的，也就是說，現有的技術裝備不能檢測高速列車的真正運行狀態；●現有的技術裝備的技術原理、產品功能、設備往往是一一對應的，一項檢測技術要通過一臺設備實現，造成設備規模龐大，給應用及日常維護帶來不便，系統集成是設備層面的，而非原理層面。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種以車輛的輪軌動力學參數作為監測對象的，真正實現列車高速運行過程中的狀態監測。本專利技術的目的可通過以下的技術措施來實現在每根鐵軌的兩側對稱設置兩個激光位移探測器，各激光探測器位于同一軸線上；激光探測器發出的激光從鐵軌的底側斜向上投射到列車車輪，激光探測器掃描檢測得出列車車輪端面到激光探測器距離及其偏移量，經高速數據采集處理電路后傳輸到檢測站中的工控機記錄、分析、顯示。激光探測器掃描檢測得出列車車輪端面到激光探測器距離，一次得到的位置信息與車輪外形及其運動姿態直接相關，而位移信號的一階和二階導數是車輪運動的速度和加速度，當列車車輪出現故障(如踏面平輪或軸承故障)時，位移信號將出現突變，即其速度或加速度信號將呈現明顯變化。也就是說在激光探測器檢測到位移信息的基礎上，通過車輪運動的動力學參數分析就可以實現車輪故障的診斷，同時由于信息直接在車輪上獲得，缺省了中間的傳遞環節，因此這種故障診斷技術可以實現定量預報。所述每個激光探測器由激光光源、光電位敏傳感器和成像透鏡組成；光電位敏傳感器和成像透鏡按其成像關系位于該透鏡的光軸上，激光光源從鐵軌的底側斜向上25°～40°角投射到列車車輪，激光光源經列車車輪反射成像到的光電位敏傳感器，通過后續電路得到高精度、高頻響的位移信息。所述高速數據采集處理電路采取三級并行處理的方式，大規模可編程門陣列(CPLD)控制高速數據采集的時序，高速數字處理器(DSP)對原始信號進行預處理，中央處理器(CPU)完成數據通訊及模塊工作狀態管理。本專利技術通過在鐵軌上間隔設置兩個車輪傳感器，運用電磁感應原理，當車輪通過車輪傳感器時，將產生一個脈沖信號，連續通過兩個車輪傳感器產生的兩個脈沖時間差可以預知車輛運行速度，從而實現對激光探測器及數據采集系統的控制。本專利技術以相鄰輪軸之間距離為間隔，再在每根鐵軌的兩側對稱設置兩個探測器，增設的探測器也位于同一軸線上；探測器各自檢測到相鄰輪軸同一轉向架的四個車輪的同步位移信息，實現列車轉向架轉動力矩在線檢測。正常勻速運動過程中，作用于同一轉向架四個車輪的合力為0，合成轉動力矩也為0，但在轉向架結構異常(變形或不均勻磨損等)、輪對尺寸參數配合超差、軸承或踏面故障的情況下，同一組轉向架瞬時合成力矩就不為0。轉動力矩檢測模型如圖1所示，在假設同一轉向架輪重相等的前提下，通過對四個車輪位移矢量和速度矢量的合成分析，就可以得到同一轉向架合成力矩的方向和大小。為實現車輛的連續檢測及準確預報，建立輪對數據庫，在車輛輪對生命周期內其重要的技術參數都在數據庫之中，利用射頻識別(RFID)技術，建立車輛輪對身份標識。將存儲輪對編號及其重要的維修和運行狀態信息的電子標簽固定在列車底部，射頻天線安裝在兩條鐵軌的中間，距離激光探測器15～20米安裝，讀卡機通過檢測站現場的車號識別主機于系統數據庫連接。這樣對于某一區間的輪對異常預警信息，可以通知下一區間重點跟蹤監測，在主要區間，可以直接將故障信息寫入電子標簽，并通知調度系統安排故障處置及維修計劃。由于采用高頻響、高分辨率激光位移檢測，高速信號采集和數據處理，實現高速列車踏面平輪、軸承異常、轉動力矩的在線監測，實現輪對主要故障形態的定量測量及準確預報警；實現了踏面平輪及軸承故障的定量預報，實現了高速列車實時轉動力矩的在線監測。真正實現運行狀態在高速運動的實時檢測，為鐵路運輸安全提供有效的技術保障，具有十分重要的社會效益。與目前鐵路行業現有的車號識別系統不同，車號識別系統僅僅標識到車輛，應用于車輛調度，而輪對標識更為細化，關注輪對的運行狀態；車號識別系統的信息是單向的，僅僅讀入，而本專利技術的狀態識別信息是雙向的(可以實時讀出和寫入)，真正實現實時電子信息化管理。附圖說明圖1為轉動力矩檢測模型；圖2為激光探測器在鐵軌上的安裝圖；圖3為激光探測器的成像光路圖；圖4為高速數據采集處理電路原理框圖；圖5為實現本專利技術方法的裝置的連接框圖。具體實施例方式如圖2、圖3所示，在每根鐵軌的兩側對稱設置兩個激光位移探測器，各激光探測器位于同一軸線上；所述每個激光探測器由激光光源、光電位敏傳感器和成像透鏡組成；光電位敏傳感器和成像透鏡按其成像關系位于該透鏡的光軸上，激光光源從鐵軌的底側斜向上36°角投射到列車車輪，激光光源經列車車輪反射成像到的光電位敏傳感器。激光探測器安裝在一個盒子中，激光探測器發出的激光從鐵軌的底側斜向上投射到列車車輪，激光探測器掃描檢測得出列車車輪端面到激光探測器距離及其偏移量。首先將傳感器安裝夾具在鋼軌底部通過緊固螺栓與鋼軌連接，然后將過度塊安裝夾具平臺上，激光探測器安裝于過度塊上。完成激光探測器安裝后就可以通過標定裝置對安裝結構參數進行調整和標定。以相鄰輪軸之間距離為間隔，再在每根鐵軌的兩側對稱設置兩個探測器，各探測器位于同一軸線上；探測器各自檢測到相鄰輪軸四個車輪的(同一轉向架)的同步位移信息，實現列車轉向架轉動力矩在線檢測。通過在鐵軌上間隔設置兩個車輪傳感器，運用電磁感應原理，當車輪通過車輪傳感器時，將產生一個脈沖信號，連續通過兩個車輪傳感器產生的兩個脈沖時間差可以預知車輛運行速度，從而實現對激光探測器及本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高速列車運行狀態在線監測方法，其特征在于在每根鐵軌的兩側對稱設置兩個激光位移探測器，各激光探測器位于同一軸線上；激光探測器發出的激光從鐵軌的底側斜向上投射到列車車輪，激光探測器掃描檢測得出列車車輪端面到激光探測器距離及其偏移量，經高速數據采集處理電路后傳輸到檢測站中的工控機記錄、分析、顯示。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：朱茂芝，劉穎，
申請(專利權)人：廣州市奧特創通測控技術有限公司，
類型：發明
國別省市：81[中國|廣州]