本發(fā)明屬于列車安全監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鐵路車輛車輪失圓檢測(cè)方法及檢測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

車輪是列車行駛中的重要部件，隨著高速列車運(yùn)行線路的增加，尤其是動(dòng)車組線路的不斷增加，列車車速也在不斷提高，車輪在圓周方向容易發(fā)生剝離、擦傷、平輪、多邊形等失圓現(xiàn)象。車輪失圓會(huì)增加輪軌力，同時(shí)高頻振動(dòng)容易對(duì)列車走行部件造成損壞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起列車脫軌。因此，對(duì)于車輪失圓的有效監(jiān)測(cè)已經(jīng)成為列車安全運(yùn)行的重要保障。

目前國(guó)內(nèi)對(duì)于列車車輪失圓程度的檢測(cè)主要采用應(yīng)變式檢測(cè)裝置，優(yōu)點(diǎn)是能夠直接對(duì)輪軌力進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果較為準(zhǔn)確、可靠。但是，同樣也存在缺點(diǎn)，具體為：需要拆除原有的軌下基礎(chǔ)，拆卸重裝22根枕木，并利用二維板式傳感器替代扣件，施工量大；同時(shí)軌道參數(shù)要求很高，需要不定時(shí)維修維護(hù)，并且維修維護(hù)十分困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提出一種鐵路車輛車輪失圓檢測(cè)方法及檢測(cè)裝置。

分為探測(cè)站軌旁設(shè)備和探測(cè)站室內(nèi)設(shè)備；

探測(cè)站軌旁設(shè)備包括加速度傳感器，載荷傳感器，射頻車號(hào)識(shí)別裝置和軌邊信號(hào)處理箱；

探測(cè)站室內(nèi)設(shè)備位于軌邊信號(hào)處理箱的同側(cè)，并通過(guò)以太網(wǎng)相連；

加速度傳感器共有12個(gè)，分別固定安裝在兩條鋼軌上，每條鋼軌上各安裝6個(gè)，且以軌邊信號(hào)處理箱為中心進(jìn)行對(duì)稱安裝；加速度傳感器通過(guò)電纜連接至軌邊信號(hào)處理箱；

載荷傳感器共有8個(gè)，每?jī)蓚€(gè)為一組，分別用卡軌器固定安裝在兩條鋼軌底部；其中兩組載荷傳感器分別置于距檢測(cè)區(qū)中心線的左右各6m處；另兩組中的每個(gè)載荷傳感器與檢測(cè)區(qū)邊緣的每個(gè)加速度傳感器分別用卡軌器固定在一起；所有的載荷傳感器通過(guò)電纜連接至軌邊信號(hào)處理箱；

射頻車號(hào)識(shí)別裝置通過(guò)卡具固定在鐵軌內(nèi)側(cè)的枕木上，不高于軌平面；通過(guò)電纜連接到探測(cè)站室內(nèi)設(shè)備。

一種鐵路車輛車輪失圓檢測(cè)方法，具體步驟如下：

步驟一、當(dāng)列車通過(guò)時(shí)，加速度傳感器采集到列車靠近的振動(dòng)信號(hào)，探測(cè)站軌旁設(shè)備和探測(cè)站室內(nèi)設(shè)備通過(guò)振動(dòng)信號(hào)開(kāi)機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)；

首先，加速度傳感器采集列車車輪振動(dòng)的信息，并轉(zhuǎn)換成加速度信號(hào)，經(jīng)軌邊信號(hào)處理箱傳輸給探測(cè)站主機(jī)；

然后，當(dāng)車輪出現(xiàn)時(shí)，載荷傳感器測(cè)量過(guò)車時(shí)的動(dòng)態(tài)載荷，并確定車輪的速度和位置，經(jīng)軌邊信號(hào)處理箱傳輸給探測(cè)站主機(jī)。

最后，射頻車號(hào)識(shí)別裝置自動(dòng)識(shí)別各通過(guò)列車的車輛車號(hào)信息，并將識(shí)別到的車號(hào)信息傳輸至車號(hào)識(shí)別主機(jī)，轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)格式后傳輸給探測(cè)站主機(jī)；

步驟二、通過(guò)不同載荷不同速度的砝碼車，對(duì)8個(gè)載荷傳感器進(jìn)行人工校準(zhǔn)；

具體的校準(zhǔn)過(guò)程為：不同載荷不同速度的列車經(jīng)過(guò)時(shí)，建立每個(gè)載荷傳感器所處軌道部分的動(dòng)態(tài)特性模型，并將每個(gè)動(dòng)態(tài)模型囊括到鋼軌彎曲度與載荷在不同速度下的關(guān)系式中，從而對(duì)載荷傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)。

步驟三、針對(duì)每個(gè)校準(zhǔn)后的載荷傳感器，檢測(cè)該載荷傳感器有效范圍內(nèi)的輪軌垂向力，并利用輪軌垂向力對(duì)加速度傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)，建立加速度信號(hào)與輪軌垂向力間的傳遞函數(shù)；

步驟四、當(dāng)列車經(jīng)過(guò)時(shí)，12個(gè)加速度傳感器分別采集加速度信號(hào)，并利用傳遞函數(shù)重構(gòu)軌道各個(gè)位置的輪軌垂向力與時(shí)間的曲線關(guān)系；

步驟五、根據(jù)重構(gòu)的輪軌垂向力與時(shí)間的曲線關(guān)系，判斷各列車的輪軌垂向力的幅值是否超過(guò)輪軌力的安全值。若超過(guò)，則判定車輪失圓故障；若未超過(guò)，則判定車輪正常。

步驟六、探測(cè)站主機(jī)通過(guò)鐵路內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)將判斷的數(shù)據(jù)結(jié)果傳輸?shù)街行姆?wù)器，工作人員進(jìn)行實(shí)時(shí)查看，從而對(duì)故障車輪進(jìn)行預(yù)報(bào)、檢查和維護(hù)。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)一種鐵路車輛車輪失圓檢測(cè)方法，通過(guò)加速度傳感器采集列車通過(guò)時(shí)的加速度信號(hào)，并進(jìn)行處理、分析和轉(zhuǎn)換，避免了應(yīng)變式輪軌力測(cè)量方法有效測(cè)量范圍短的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了全周長(zhǎng)無(wú)縫測(cè)量，并達(dá)到了很高的精度。

(2)一種鐵路車輛車輪失圓檢測(cè)方法，能夠克服現(xiàn)有系統(tǒng)有效測(cè)量范圍短，現(xiàn)場(chǎng)施工量大和維修維護(hù)困難等缺點(diǎn)。

(3)一種鐵路車輛車輪失圓檢測(cè)裝置，加速度傳感器及載荷傳感器陣列采用卡軌式固定方式，無(wú)需改變軌道環(huán)境，使得安裝簡(jiǎn)單和維修方便快捷。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一種鐵路車輛車輪失圓檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本發(fā)明一種鐵路車輛車輪失圓檢測(cè)裝置的信號(hào)傳遞示意圖；

圖3為本發(fā)明一種鐵路車輛車輪失圓檢測(cè)方法的流程圖；

圖4為本發(fā)明在車輪重構(gòu)的輪軌垂向力和實(shí)際的輪軌垂向力隨時(shí)間的變化圖。

圖中：101-加速度傳感器；102-載荷傳感器；103-軌邊信號(hào)處理箱；104-探測(cè)站室內(nèi)設(shè)備；105-枕木；106-鋼軌；107-射頻車號(hào)識(shí)別裝置；

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明一種鐵路車輛車輪失圓檢測(cè)裝置，如圖1和圖2所示，所述裝置包括探測(cè)站軌旁設(shè)備和探測(cè)站室內(nèi)設(shè)備104；檢測(cè)車輛類型包括貨車、客車、動(dòng)車組。

探測(cè)站軌旁設(shè)備包括：8個(gè)載荷傳感器102，12個(gè)加速度傳感器101，1個(gè)射頻車號(hào)識(shí)別裝置107和1個(gè)軌邊信號(hào)處理箱103；

所述的12個(gè)加速度傳感器101，分別依次固定安裝在軌邊信號(hào)處理箱103前方的兩條鋼軌106上，每條鋼軌106上各安裝6個(gè)，且以軌邊信號(hào)處理箱103為中心進(jìn)行對(duì)稱安裝，每個(gè)加速度傳感器101通過(guò)卡軌器固定在兩根枕木105之間中心線對(duì)應(yīng)的鋼軌106的工字梁上；并加保護(hù)外殼與外界進(jìn)行隔離，以保護(hù)加速度傳感器101。所有加速度傳感器101用來(lái)采集車輪在鋼軌106上的加速度信號(hào)，并通過(guò)電纜傳輸?shù)杰夁呅盘?hào)處理箱103；軌邊信號(hào)處理箱103位于檢測(cè)區(qū)的中心線上；

所述的8個(gè)載荷傳感器102，每?jī)蓚€(gè)為一組，分別固定安裝在兩條鋼軌106上，用卡軌器固定在鋼軌106底部，具體是鋼軌106工字梁外側(cè)的平面上；用于測(cè)量過(guò)車時(shí)的動(dòng)態(tài)載荷；其中兩組載荷傳感器102分別置于距檢測(cè)區(qū)中心線的左右各6m處，用于檢測(cè)車輪的出現(xiàn)；同時(shí)輔助測(cè)量車輪的速度和位置信息；另兩組中的每個(gè)載荷傳感器102與檢測(cè)區(qū)邊緣的每個(gè)加速度傳感器101分別用卡軌器固定在一起。當(dāng)車輪出現(xiàn)后，載荷傳感器102監(jiān)測(cè)并提供載荷信息來(lái)校準(zhǔn)傳遞函數(shù)，通過(guò)電纜傳輸給軌邊信號(hào)處理箱103。

軌邊信號(hào)處理箱103離鋼軌3米左右，位于鋼軌106的一側(cè)，內(nèi)設(shè)有數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、硬件電路、A/D轉(zhuǎn)換模塊、電源模塊和防雷模塊；硬件電路包括濾波電路、放大電路和降噪電路；軌邊信號(hào)處理箱103對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，放大和濾波，并通過(guò)以太網(wǎng)傳輸?shù)教綔y(cè)站室內(nèi)設(shè)備104中。

射頻車號(hào)識(shí)別裝置107通過(guò)卡具固定于檢測(cè)區(qū)一側(cè)邊緣，且在鋼軌106內(nèi)側(cè)兩枕木105之間，不高于軌平面；射頻車號(hào)識(shí)別裝置107通過(guò)電纜連接到探測(cè)站室內(nèi)設(shè)備104中。

探測(cè)站室內(nèi)設(shè)備104中包括：探測(cè)站主機(jī)，不間斷電源UPS，電源分配器PDU，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和車號(hào)識(shí)別主機(jī)。

探測(cè)站室內(nèi)設(shè)備104位于軌邊信號(hào)處理箱103的同側(cè)；同時(shí)接收軌邊信號(hào)處理箱103傳輸?shù)募铀俣刃盘?hào)，速度數(shù)據(jù)和載荷數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，并根據(jù)校準(zhǔn)的傳遞函數(shù)，重構(gòu)輪軌垂向力隨時(shí)間的函數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)輪軌垂向力不間斷的測(cè)量。

射頻車號(hào)識(shí)別裝置107與探測(cè)站室內(nèi)設(shè)備104的車號(hào)識(shí)別主機(jī)直接相連，將各通過(guò)列車的車輛車號(hào)信息傳輸?shù)杰囂?hào)識(shí)別主機(jī)進(jìn)行識(shí)別，轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)格式后傳輸?shù)教綔y(cè)站主機(jī)中。

本發(fā)明一種鐵路車輛車輪失圓檢測(cè)方法，基于上述裝置，運(yùn)用加速度傳感器101對(duì)輪軌加速度進(jìn)行測(cè)量，獲得列車通過(guò)加速度傳感器101陣列的振動(dòng)曲線，并根據(jù)載荷傳感器102提供的載荷信息校準(zhǔn)傳遞函數(shù)，將加速度信號(hào)重構(gòu)為輪軌垂向力，根據(jù)輪軌垂向力隨時(shí)間的曲線判斷車輪是否失圓，再通過(guò)高速因特網(wǎng)以特定的報(bào)文形式上傳到車輛段及動(dòng)車段數(shù)據(jù)中心；

具體包括以下幾個(gè)步驟，如圖3所示：

步驟一、當(dāng)列車通過(guò)時(shí)，加速度傳感器采集到列車靠近的振動(dòng)信號(hào)，探測(cè)站軌旁設(shè)備和探測(cè)站室內(nèi)設(shè)備通過(guò)振動(dòng)信號(hào)開(kāi)機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)；

首先，加速度傳感器101采集列車車輪振動(dòng)的信息，并轉(zhuǎn)換成加速度信號(hào)，經(jīng)軌邊信號(hào)處理箱103傳輸給探測(cè)站室內(nèi)設(shè)備104；當(dāng)加速度傳感器101的加速度信號(hào)超過(guò)閥值時(shí)，系統(tǒng)感應(yīng)到列車靠近，喚醒探測(cè)站室內(nèi)設(shè)備104準(zhǔn)備接車。

然后，當(dāng)車輪出現(xiàn)時(shí)，載荷傳感器102的接收信號(hào)達(dá)到峰值，標(biāo)志著車輪的出現(xiàn)，峰值信號(hào)轉(zhuǎn)化為動(dòng)態(tài)載荷，同時(shí)確定該車輪的速度和位置，經(jīng)軌邊信號(hào)處理箱103傳輸給探測(cè)站室內(nèi)設(shè)備104。

最后，射頻車號(hào)識(shí)別裝置107自動(dòng)識(shí)別各通過(guò)列車的車輛車號(hào)信息，并將識(shí)別到的車號(hào)信息傳輸至車號(hào)識(shí)別主機(jī)，轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)格式后傳輸給探測(cè)站室內(nèi)設(shè)備104；

步驟二、通過(guò)不同載荷不同速度的砝碼車，對(duì)8個(gè)載荷傳感器進(jìn)行人工校準(zhǔn)；

具體的校準(zhǔn)過(guò)程是指：不同載荷不同速度的列車經(jīng)過(guò)時(shí)，建立每個(gè)載荷傳感器所處軌道部分的動(dòng)態(tài)特性模型，并將每個(gè)動(dòng)態(tài)模型囊括到鋼軌彎曲度與載荷在不同速度下的關(guān)系式中，從而對(duì)載荷傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)，減少動(dòng)態(tài)誤差對(duì)重構(gòu)分析造成的影響。

步驟三、針對(duì)每個(gè)校準(zhǔn)后的載荷傳感器，檢測(cè)該載荷傳感器有效范圍內(nèi)的輪軌垂向力，并利用輪軌垂向力對(duì)加速度傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)，建立加速度信號(hào)與輪軌垂向力間的傳遞函數(shù)；

針對(duì)每個(gè)校準(zhǔn)后的載荷傳感器102，檢測(cè)每個(gè)載荷傳感器102有效范圍內(nèi)的輪軌垂向力，利用檢測(cè)區(qū)邊緣的4個(gè)載荷傳感器102，對(duì)用卡軌器固定在一起的4個(gè)加速度傳感器101分別進(jìn)行校準(zhǔn)，探測(cè)站室內(nèi)設(shè)備104建立加速度信號(hào)與輪軌垂向力間的傳遞函數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)在載荷傳感器102有效區(qū)域外輪軌垂向力的檢測(cè)。

步驟四、當(dāng)列車經(jīng)過(guò)時(shí)，12個(gè)加速度傳感器分別采集加速度信號(hào)，并利用傳遞函數(shù)重構(gòu)軌道各個(gè)位置的輪軌垂向力與時(shí)間的曲線關(guān)系；

當(dāng)列車經(jīng)過(guò)時(shí)，軌邊信號(hào)處理箱103內(nèi)的數(shù)據(jù)采集卡接收12個(gè)加速度傳感器101分別采集到的加速度信號(hào)，并通過(guò)硬件電路實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換和信號(hào)的放大、降噪和濾波，最終通過(guò)以太網(wǎng)傳輸?shù)教綔y(cè)站室內(nèi)設(shè)備104，探測(cè)站室內(nèi)設(shè)備104利用列車的12個(gè)加速度信號(hào)并利用傳遞函數(shù)重構(gòu)軌道各個(gè)位置的輪軌垂向作用力與時(shí)間的曲線；包括載荷傳感器有效范圍內(nèi)的輪軌垂向力與時(shí)間的曲線，以及有效范圍外的輪軌垂直力與時(shí)間的曲線。

如圖4所示，通過(guò)對(duì)原始輪軌垂向力信號(hào)、重構(gòu)輪軌垂向力信號(hào)以及加速度振動(dòng)信號(hào)的比較，對(duì)載荷傳感器有效檢測(cè)區(qū)域內(nèi)的輪軌垂向力吻合度很好；并且對(duì)于載荷傳感器有效檢測(cè)區(qū)域外的輪軌垂向力可以作很好的補(bǔ)充，說(shuō)明本發(fā)明可以很好的實(shí)現(xiàn)對(duì)車輪失圓的檢測(cè)。

步驟五、根據(jù)重構(gòu)的輪軌垂向力與時(shí)間的曲線關(guān)系，判斷各列車的輪軌垂向力的幅值是否超過(guò)輪軌力的安全值。若超過(guò)，則判定車輪失圓故障；若未超過(guò)，則判定車輪正常。

步驟六、探測(cè)站主機(jī)通過(guò)鐵路內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)將判斷的數(shù)據(jù)結(jié)果傳輸?shù)街行姆?wù)器，工作人員進(jìn)行實(shí)時(shí)查看，從而對(duì)故障車輪進(jìn)行預(yù)報(bào)、檢查和維護(hù)。