铁路车辆脱轨监测预警装置

1.本发明涉及对车辆脱轨的监测与预警，具体地，涉及一种铁路车辆脱轨监测预警装置。


背景技术：

2.轨道交通作为国家综合运输体系中不可或缺的运输形式，具有安全程度高、运输速度快、运输距离长、运输能力大、运输成本低等诸多优点，且具有污染小、占地面积小、潜能大、受天气影响程度较小等优势，是公路、水运、航空及管道运输所无法比拟的。由于我国人口基数大，人口资源分布不均，国土面积辽阔等情况较为突出，轨道交通运输更是以其运输承载量大、运行速度高、运输成本低等优点承载着我国的主要客、货运输任务。长期以来，世界各国铁路部门为保障轮轨安全都投入了大量的时间和经费来研究和进行技术更新改造，科研人员也开展了大量的脱轨理论与实验的研究并取得了一些成果，但是由于脱轨问题研究的复杂性以及困难性，至今为止这一问题仍未得到很好地解决，脱轨事故的原因往往难以查明，所以现在能够避免脱轨的最有效的办法就是做好预警。
3.铁路是重要的经济命脉，铁路运输安全更是关乎生命安危。近年来，全球铁路交通事故不断，是世界各国面临的一个重要问题。当前车辆脱轨检测装置目前存在两种，一种是安装在构架端部，如专利公布号cn113799839a，位于前进方向，其原理是在横梁的应力变化集中处设置应变片组，将发生碰撞时应变片的阻值变化放大后，发出警报信号，这种脱轨检测装置安装在构架端部，并且自身体积大，比较笨重，所以对脱轨检测装置的安装支架的强度要求高，存在一定的安全风险；另一种是安装在轴箱体或转向架上，如专利公布号cn113501029a,其原理是利用监测振动来判断车辆是否脱轨，但由于车辆振动较为复杂，干扰多，存在较高的误报率问题。
4.所以如何提供一种监测全面，能够确保安全行驶的脱轨监测装置，是目前迫切需要解决的问题。


技术实现要素：

5.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种铁路车辆脱轨监测预警装置。
6.根据本发明提供的铁路车辆脱轨监测预警装置，包括复合传感模块、脱轨监测箱、车厢主机和执行装置；
7.所述复合传感器模块，用于获取路车辆的轮对运行状态特征，所述运行状态特征至少包括轮对加速度与倾角数据；
8.所述脱轨监测箱，用于对所述轮对加速度与倾角数据进行分析判断，判断所述铁路车辆是否存在脱轨风险进而生成脱轨诊断结果；
9.所述车厢主机，用于接收脱轨诊断结果，并在所述脱轨诊断结果超过安全阈值后发出执行信号；
10.所述执行装置，用于接收所述执行信号，并根据所述执行信号执行脱轨风险报警，
并同时启动列车紧急制动。
11.优选地，所述复合传感器模块包括加速度传感单元和角度传感单元；
12.所述加速度传感单元，用于感测轮对的横向加速度；
13.所述角度传感器，用于感测轮对的侧倾角；
14.所述复合传感器模块，用于安装在所述铁路车辆的轮对轴箱上。
15.优选地，所述脱轨监测箱包括数据采集与调理模块、脱轨诊断模块和电源模块；
16.所述数据采集与调理模块，用于对所述轮对加速度与倾角数据进行转换、采样，放大、滤波、降噪后进行存储，同时接收地面的信标信号，所述信标信号用于区分铁路车辆是直线运行状态还是曲线运行状态；
17.脱轨诊断模块，用于根据所述信标信号对所述轮对加速度与倾角数据进行分析判断，判断是否存在脱轨风险进而生成脱轨诊断结果；
18.电源模块，用于给数据采集与调理模块、脱轨诊断模块供电。
19.优选地，所述执行装置，用于在所述车厢主机判断出不存在脱轨风险，将操作屏上的轮对状态显示为绿色；在判断存在脱轨风险，将操作屏上的轮对状态转为红色，触发连接的声光报警装置，同时启动列车紧急制动，将列车快速降速停车，避免脱轨。
20.优选地，所述复合传感器通过航空接插头与所述脱轨监测箱连接。
21.优选地，所述车厢主机通过车厢总线接收并存储来自所述脱轨诊断模块的所述脱轨诊断结果以及来自所述数据采集与调理模块的数据的轮对加速度与倾角数据。
22.优选地，当所述铁路车辆启动电源后，车厢主机通过车厢总线唤醒所述脱轨监测箱中的电源模块，所述数据采集与调理模块开始获取轮对加速度与倾角数据同时接收地面的信标信号；
23.当铁路车辆停车后，所述车厢主机关闭脱轨监测箱中的电源模块，所述数据采集与调理模块停止数据的获取和分析。
24.优选地，所述脱轨监测箱，设置在所述铁路车辆的每个转向架上，其底部固定在转向架构架上。
25.优选地，所述复合传感器模块的底部吸附在所述铁路车辆的轴箱的平台空隙处，且所述复合传感器模块的结构保持与轨道水平面平行。
26.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
27.1、时效性高。当出现脱轨风险时，能够及时报警，同时启动紧急制动，装置的状态指示灯也会变红。
28.2、结构紧凑，安全性高。装置采用一体化设计，结构体积较小，并且设计的底座接触面积大，稳定性高。
29.3、应用方便，工程价值高。该结构安装和拆卸方便，可以有效的通过该装置进行脱轨监测，并且能够快速锁定故障的位置。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据
提供的附图获得其他的附图。通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
31.图1为本发明实施例中车辆脱轨监测预警装置的总体系统图；
32.图2为本发明实施例中车辆脱轨监测预警装置的数据流程图；
33.图3为本发明实施例中车辆脱轨监测预警装置的逻辑判断图；
34.图4为本发明实施例中车辆脱轨监测预警装置的安装示意图。
35.图中：
36.1为复合传感器模块；
37.2为车厢主机；
38.3为执行装置；
39.4为脱轨监测箱。
具体实施方式
40.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
41.本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例，例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
42.下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
43.下面以具体地实施例对本发明的技术方案以及本技术的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本发明的实施例进行描述。
44.图1为本发明实施例中车辆脱轨监测预警装置的总体系统图，如图1所示，本发明提供的铁路车辆脱轨监测预警装置，包括复合传感模块、脱轨监测箱、车厢主机和执行装置；
45.所述复合传感器模块，用于获取路车辆的轮对运行状态特征，所述运行状态特征至少包括轮对加速度与倾角数据；
46.在本发明实施例中，所述复合传感器模块包括加速度传感单元和角度传感单元；
47.所述加速度传感单元，用于感测轮对的横向加速度；
48.所述角度传感器，用于感测轮对的侧倾角；
49.所述复合传感器模块，用于安装在所述铁路车辆的轮对轴箱上。
50.所述脱轨监测箱，用于对所述轮对加速度与倾角数据进行分析判断，判断所述铁
路车辆是否存在脱轨风险进而生成脱轨诊断结果；
51.所述车厢主机，用于接收脱轨诊断结果，并在所述脱轨诊断结果超过安全阈值后发出执行信号；
52.所述执行装置，用于接收所述执行信号，并根据所述执行信号执行脱轨风险报警，并同时启动列车紧急制动。
53.在本发明实施例中，所述执行装置，用于在所述车厢主机判断出不存在脱轨风险，将操作屏上的轮对状态显示为绿色；在判断存在脱轨风险，将操作屏上的轮对状态转为红色，触发连接的声光报警装置，同时启动列车紧急制动，将列车快速降速停车，避免脱轨。
54.图2为本发明实施例中车辆脱轨监测预警装置的数据流程图，图3为本发明实施例中车辆脱轨监测预警装置的逻辑判断图，如图2、图3所示，所述脱轨监测箱包括数据采集与调理模块、脱轨诊断模块和电源模块；
55.所述数据采集与调理模块，用于对所述轮对加速度与倾角数据进行转换、采样，放大、滤波、降噪后进行存储，同时接收地面的信标信号，所述信标信号用于区分铁路车辆是直线运行状态还是曲线运行状态；
56.脱轨诊断模块，用于根据所述信标信号对所述轮对加速度与倾角数据进行分析判断，判断是否存在脱轨风险进而生成脱轨诊断结果；
57.电源模块，用于给数据采集与调理模块、脱轨诊断模块供电。
58.在本发明实施例中，所述复合传感器通过航空接插头与所述脱轨监测箱连接。
59.所述车厢主机通过车厢总线接收并存储来自所述脱轨诊断模块的所述脱轨诊断结果以及来自所述数据采集与调理模块的数据的轮对加速度与倾角数据。
60.当所述铁路车辆启动电源后，车厢主机通过车厢总线唤醒所述脱轨监测箱中的电源模块，所述数据采集与调理模块开始获取轮对加速度与倾角数据同时接收地面的信标信号；
61.当铁路车辆停车后，所述车厢主机关闭脱轨监测箱中的电源模块，所述数据采集与调理模块停止数据的获取和分析。
62.图4为本发明实施例中车辆脱轨监测预警装置的安装示意图，如图4所示，所述脱轨监测箱，设置在所述铁路车辆的每个转向架，其底部固定在转向架构架上。
63.所述复合传感器模块的底部吸附在所述铁路车辆的轴箱的平台空隙处，且所述复合传感器模块的结构保持与轨道水平面平行。
64.在本发明实施例中，本发明提供的车辆脱轨监测预警装置，用于检测车辆脱轨的关键特征物理量，如轮对横向加速度和侧倾角，以轮轨间横向加速度和侧倾角相结合为脱轨判据，通过脱轨诊断模块对特征物理量进行算法修正，最后与特征物理量的安全阈值比较，反映车辆是否有出现脱轨的可能，若出现脱轨，及时报警并紧急制动。
65.本发明提供的检测车辆脱轨的预警装置的操作方法包括：
66.步骤1：将复合传感器模块底部吸附在轴箱的平台空隙处，同时对结构的摆放方向进行调整，保持与轨道水平面平行。
67.步骤2：将脱轨监测箱的长方体、密封结构的底部通过螺栓固定在转向架构架上，水平放置，与各个轴箱上布置的复合传感器模块通过航空接插线相连接。
68.步骤3：将每个转向架上的脱轨监测箱与车厢主机通过车厢总线相连，保障正常的
双向通讯。
69.步骤4：当列车启动电源后，车厢主机通过车厢总线唤醒脱轨监测箱中的数据采集与调理模块，开始采集数据，再经过数据转换、数据调理后存储，并且接收地面的信标(应答器)信号，区分车辆当前在直线段还是曲线段；当列车长时间停车后，车厢主机关闭脱轨监测箱中的电源模块，停止数据采集和分析。
70.步骤5：数据采集与调理模块和脱轨诊断模块的数据通过车厢总线传输至车厢主机进行显示与存储，方便列车工作人员查看、下载、分析。
71.步骤6：当车厢主机接收到某轮对加速度和侧倾角超过安全阈值后，即脱轨诊断模块判断轮对出现脱轨风险时，将触发执行装置中的声光报警器，轮对状态指示灯变为红色，并启动列车紧急制动系统。
72.步骤7：列车安全降速或停车后，工作人员通过操作车厢主机操作屏上的红色轮对状态指示灯快速定位风险轮对的位置；排除风险后，通过操作屏的复位操作，轮对状态指示灯变为绿色，解除连接的报警装置，缓解紧急制动系统。
73.在本发明实施例中，本发明提供的车辆脱轨监测预警装置的结构设计，主要包括：
74.所述脱轨监测箱采用一体化密封结构，将电源、采集与调理、脱轨诊断等模块集中在一体化密封箱体内，且根据其安装位置而确定外形尺寸，满足安装方便、结构紧凑的要求。
75.所述脱轨监测箱与转向架构架的通过螺栓安装，能够平稳放置，满足拆卸方便、安装牢固的要求。
76.所述复合传感器与脱轨监测箱通过航空接插导线相连接，脱轨监测箱与车厢主机通过车厢总线进行通讯，满足防尘、防水要求。
77.当使用本发明提供的检测车辆脱轨的预警装置时，所述车厢主机的操作屏实时显示每一个轮对的脱轨风险状态，工作人员可以进行查看、下载、复位等操作；当列车停车一段时间后，车厢主机自动关闭脱轨监测箱中的电源模块，停止数据采集和分析。
78.当装置正常工作时，当车厢主机接收到某轮对加速度和侧倾角超过安全阈值后，即脱轨诊断模块判断该轮对面临脱轨风险时，车厢主机操作屏上对应的轮对状态指示灯转为红色，连接的报警装置将会立即发出声光警报，并同时启动列车紧急制动。
79.列车安全降速或停车后，工作人员可以通过操作屏上的轮对状态指示灯，快速定位相应的轮对位置，开展脱轨风险排查。一旦风险排除，工作人员通过操作车厢主机复位铁路车辆脱轨监测预警装置，状态指示灯变为绿色，报警解除，紧急制动系统缓解。
80.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
81.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。