专利名称：路旁摩擦管理系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及路旁摩擦管理系统。本发明还涉及铁轨操作中用于控制和调整路旁摩擦管理系统的传感器反馈和性能分析的使用。
背景技术：
众所周知，包括规面(gage face, GF)润滑系统和铁轨顶部(top of rail, TOR)摩擦改良剂施加系统的路旁摩擦管理施加系统在铁轨操作中提供很多益处，包括减小横向(轨道扩展)负荷或者弯曲力、脱轨概率、铁轨和车轮磨损、能量(燃料)消耗以及减小滚动接触疲劳的产生和蔓延、减小噪声和波纹。特别地，铁轨顶部摩擦改良剂施加系统通过控制TOR/车轮踏面分界面处的摩擦 在上文列出的领域中提供益处。通常用于此目的的TOR摩擦改良剂材料是水基液体，该水基液体被喷射后在车轮/铁轨分界面处产生干式薄膜。由于在TOR摩擦控制中使用的材料的性质，直接检测它们在车轮/铁轨分界面处的存在可能是困难的。弯曲的横向力(L)和竖向(V)力以及二者之间的比率(L/V)的测量和分析是检验TOR摩擦控制效果的最直接和即时手段之一。然而，在实际设置中，除了 TOR摩擦控制以外还存在众多因素可以导致给定位置处横向/竖向力的改变，包括车轮/铁轨形貌的改变(例如由于维护磨削或重塑操作)、规面润滑状态的改变以及用于提供维护活动的规面状态和/或TOR润滑器状态的有意改变。由于磨损和横向力增大的区域(例如拐弯或高度变化的区域)中轨道条件的改变，基于一次性本地测量的给定路旁摩擦控制施加系统的控制不足以充分有效地管理给定地域的摩擦。US6446754讲授了对铁轨站场内的轨道施加润滑剂。基于铁轨站场内铁轨车辆的速度确定是否施加润滑剂。US6991065描述了基于从位于轨道的目标区的振动、声音或L/V传感器接收到的数据对轨道施加润滑剂。在列车经过轨道的该目标区时进行是否向轨道施加润滑剂的判断。
发明内容
本发明涉及路旁摩擦管理系统。本发明还涉及铁轨操作中用于控制和调整路旁摩擦管理系统的传感器反馈和性能分析的使用。本发明的目的是提供一种改进的路旁摩擦管理系统。本发明包括用于在给定地域高水平自动控制摩擦管理施加系统的方法、设备和系统。使用本身包含的测量模块执行横向/竖向力的本地测量，该模块能够通过使用例如无线传输、无线电频率(RF)传输或经由有线/线缆的通信方法将结果发送到一个或多个位置。来自横向/竖向力测量模块的数据被收集并存储在远程性能监视数据库和分析系统中。该分析系统包括用于比较横向/竖向力统计数据与预定的阈值并且检测力值的改变和/或趋势的算法。该摩擦管理施加系统还配备有感测和控制系统，该感测和控制系统能够通过使用例如RF和/或蜂窝数据传输的通信方法，将性能和操作数据和统计数据发送到一个或多个位置。来自该摩擦管理施加系统的数据还被收集并存储在远程性能监视数据库中，以提供给定地域中施加器系统状态和性能的记录。另外，该地域中已知的维护条件被发送并存储在该远程性能监视数据库中。如上所述，该远程性能监视数据库托管在具有驻留算法的计算系统(例如，服务器)上，以处理横向/竖向力值以及相对于阈值和基线值的改变和趋势。结合从摩擦管理施加系统收集到的状态和性能数据以及来自该地域的维护信息来评估这些结果和趋势。通过吸取来自多个测量地点的结果并且在已知的维护条件背景下进行评估，可以确定横向/竖向力水平变化的最有可能的原因。然后可以基于对地域范围的性能的高水平理解来调整一个或多个摩擦管理施加系统的施加设置/输出速率。除了操控路旁合成物施加的输出速率以外，自动调整还可以包括远程 开/关控制以及施加的方向控制，以促进路旁合成物在过往车辆的每个方向上的不同施加速率。除了横向/竖向力反馈以外，附加信息源，例如，天气监视、视频拍摄、照片拍摄、声学反馈、振动反馈、温度反馈、速度反馈或者它们的组合，可以被获取并发送到该远程性能监视数据库，以用于摩擦管理施加系统设置的评估和潜在操纵。例如，天气监视允许基于温度、降水和其它环境因素对路旁摩擦管理施加系统效用的影响来调整路旁摩擦管理施加系统。视频和/或照片拍摄可被用于评估系统状态和性能(例如，摩擦控制施加效用的图像分析)以及对路旁系统的潜在损害。声学反馈允许通过识别车轮嘯叫和凸缘噪声以及一般的车轮/铁轨相互作用噪声来检测摩擦管理系统性能水平。振动反馈允许通过能量的机械传送(例如，由于铁轨和/或车轮粗糙)和相应的调整来检测摩擦管理系统性能。温度反馈可被用于基于铁轨温度、产品储藏温度、环境温度和其它温度测量结果的影响进行调整。速度反馈可用于表征测量地点处的速度分布，评估对摩擦控制效用的影响，以及进行相应的调整。根据本发明，提供一种用于向铁轨系统的轨道表面施加摩擦控制介质的路旁摩擦管理系统，其包括安装在所述轨道上的一个或多个路旁装置；可操作地连接到所述路旁装置的电源；连接到所述路旁装置并且被配置为与包含所述摩擦控制介质的贮存器流体连通的施加器，所述施加器用于将所述摩擦控制介质从所述贮存器施加到所述轨道的表面；以及位于所述一个或多个路旁装置处或近旁的一个或多个数据收集模块，所述一个或多个数据收集模块用于收集数据并且将所述数据例如通过无线电频率、蜂窝通信信道或者这二者发送到远程性能监视单元，所述数据包括性能信息、轨道状态信息、轨道环境信息、列车的信息或者它们的组合。所述远程性能监视单元可以包括用于存储所发送的数据的数据库。本发明还提供上述路旁摩擦管理系统，其包括分布在指定地理地域上的多个所述一个或多个路旁装置，所述远程性能单元接收来自分布在所述指定地理地域内的所述一个或多个数据收集模块中的每一个的数据。此外，所述路旁摩擦管理系统可以包括多个所述指定地理地域，每个所述指定地理地域包括多个所述一个或多个路旁装置。本发明还提供上述路旁摩擦管理系统，其中，所述一个或多个数据收集模块包括用于收集一个或多个横向、竖向力测量结果、输入的竖向负荷数据、机车(locomotive)位置数据或者它们的组合的一个或多个单元。所述一个或多个数据收集模块可以进一步包括用于测量温度、降水、风的一个或多个单元；视频单元；照片拍摄单元；声学反馈单元；振动检测单元；应变计；加速度计；速度检测单元反馈或者它们的组合。上述路旁摩擦管理系统还可以包括用于接收来自所述远程性能监视单元的指令的接收器，所述接收器与所述施加器可操作地相关联，使得当所述施加器与所述摩擦控制介质流体连通时，可以通过所述远程性能单元控 制向所述轨道表面施加所述摩擦控制介质。本发明还提供一种远程性能监视数据库和系统，其收集并存储所发送的由上述一个或多个数据收集模块接收到的数据。所述远程性能监视数据库和系统可以存储与给定的地域中的维护活动的状态有关的信息。所述远程性能监视数据库和系统还可以进一步包括用于分析所发送的数据并且提供轨道性能、轨道状态、轨道的环境的信息、列车的信息或者它们的组合的输出的一个或多个软件算法。所述发送的数据可以包括横向/竖向力的一个或多个测量结果、输入的竖向负荷、机车位置、温度、降水、风、振动、列车速度、视频、照片、声音记录、自动设备标识或者它们的组合。本发明涉及上述远程性能监视数据库和系统，并且其进一步包括发送器，所述发射器用于将指令通过无线电频率、蜂窝通信信道或者这二者传送到与所述一个或多个路旁装置通信的接收器。本发明还提供一种用于监视路旁摩擦管理系统的方法，该方法包括收集在一个或多个横向/竖向力测量位置处测得的数据；将所述数据通过无线电频率、蜂窝通信信道或者这二者发送到远程性能监视单元；以及比较所述数据与存储在所述远程性能监视单元的数据库上的基线参考值、存储在所述远程性能监视单元的数据库上的从所述一个或多个路旁模块获得的新近的值或者这二者。所述横向/竖向力测量位置可以位于与一个或多个路旁装置相同的位置处，也可以位于与一个或多个路旁装置不同的位置处。在上述方法中，在所述一个或多个横向/竖向力测量位置中的每一个处测得的数据可以涉及轨道的性能信息、列车的信息、轨道的状态信息、轨道的环境或者它们的组合。可以从一个或多个横向/竖向力测量模块获得所测得的数据，并且将该数据与横向力的基线值、横向/竖向力比率、来自所述路旁装置的新近的值或者它们的组合。此外，所测得的数据可以包括输入的竖向负荷和机车位置数据，并且可以分析该数据以识别和分类列车类型、所述列车的有负荷/空载状态，以确保所比较的数据是从类似的交通获得的。所测得的数据可以进一步包括温度、降水、风、声音、振动、速度、视频图像、照片图像或者它们的组合。此外，所测得的数据可以是自动设备标识(automatic eq uipment identification,ΑΕΙ)数据，并且所述AEI数据与存储在所述远程性能监视数据库中的横向/竖向力记录相比较以产生结果，并且使用所述结果来通过代码识别特定的交通类型。如果使用上述方法测得的数据是速度数据，则可以过滤所述数据，以排除来自以显著低于或高于每个横向/竖向力测量位置处的正常速度分布的速度运转的列车的数据。本发明还涉及上述方法，其中，所述路旁摩擦管理系统包括一个或多个路旁装置，并且将从一个或多个数据收集模块测得的数据与存储在远程性能模块的数据库上的基线参考值相比较，以确定是否需要调整所述一个或多个路旁装置的施加器系统以恢复目标横向力水平，所述基线参考值包括轨道维护条件、由已知的轨道维护工作导致的有意的系统停工条件、轨道磨削、轨枕拆除、轨枕更换或者它们的组合。所述方法可以进一步包括确定什么时间所述数据中存在变化的步骤，并且根据需要将摩擦控制系统施加设置的改变发送到所述一个或多个路旁装置。本发明还提供上述方法，其中，在所述横向/竖向力测量位置处获得的L/V比率或者平均横向轴力(axel force)测量结果当与所述横向/竖向力测量位置处预定的值相比时增大导致发送到所述一个或多个路旁装置的设置改变从而增大对轨道的摩擦控制介质施加。可替选地，在所述横向/竖向力测量位置处获得的L/V比率或者平均横向车轴力测量结果当与所述横向/竖向力测量位置处预定的阈值相比时无改变导致发送到所述一个或多个路旁装置的摩擦控制介质施加的设置不变。本发明还提供上述方法，其中，所述路旁摩擦管理系统包括一个或多个路旁装置，从一个或多个横向/竖向力测量模块测得的数据与已知维护条件下的、由已知的轨道维护工作导致的有意的系统停工条件下的或者这二者组合条件下的横向/竖向力测量模式相比较，以判断是否需要调整所述一个或多个路旁装置的施加器系统以恢复目标横向力水平。此外，摩擦控制系统施加设置的改变可被发送到所述路旁摩擦管理系统。 本发明提供用于识别在车轮/铁轨分界面处的TOR摩擦控制中使用的摩擦和润滑剂合成物的需要和监视其效果的方法。其中提供的方法还监视规面润滑状态的改变以及用于提供维护活动的规面状态和/或TOR润滑器状态的有意的改变。本发明的系统和方法提供的优点是它们通过测量例如但不局限于横向/竖向弯曲力来提供给定位置的性能的即时评估。这导致快速评估性能并且控制摩擦改良剂或润滑剂施加以确保实现目标利益，包括减小横向(轨道扩展)负荷、减小弯曲力、减小脱轨概率、减小铁轨和车轮磨损、减小能量消耗、减小燃料消耗、减小滚动接触疲劳的产生和蔓延、减小噪声和减小波纹。此外，可以监视和分析对指定地理地域内或者多个地理地域内的一个或多个位置的评估，并且根据需要，相应地调整所述一个或多个位置内的一个或多个被识别的路旁装置处摩擦控制介质的施加。此外，本发明的数据通信模块是紧凑性的，包括上文描述的传感器、发送器和接收器，并且与路旁装置可操作地相关联。这允许将所述模块直接安装到要被监视的地域内的关键位置处的铁轨铁系统的铁轨。所述数据通信模块还是生产成本高效的，因此能够以成本高效的方式将多个模块部署在宽的地域。与路旁装置可操作地相关联的多个数据通信模块以及远程性能监视系统的使用允许监视轨道条件、列车及所述路旁装置，并且提供一种用于控制将摩擦控制介质从路旁装置递送到轨道的有效方式。本发明内容不一定描述本发明的所有特征。
本发明的这些和其它特征将从以下参照附图的描述而变得更加明显，其中图I示出根据本发明一实施例的确定系统性能和地域条件并且调整输出时的信息流和控制动作流程的框图表示。图IA示出本发明的路旁摩擦管理系统(I)的完整信息流。图IB示出图IA的一个摩擦管理施加系统(20)内的部件。图IC示出来自地域/维护条件、数据收集模块内的传感器以及路旁装置状态的，可被远程性能监视系统接收和分析的数据输入。图ID示出用于描述可以如何处理由远程性能监视单元接收到的数据的流程图的例子。
图2示出典型的摩擦管理施加系统的例子。在该例子中，该摩擦管理施加系统包括在轨道(12)旁边的一个路旁装置(22)。该路旁装置包括递送系统(24)、包含摩擦控制介质的贮存器、位于外壳(由26 —般地示出)内的泵(28)以及与该贮存器和该递送系统流体连通的管(21)。本例子中的该递送系统(24)通过现场安装的施加器杆将摩擦控制介质施加到铁轨顶部表面。图3示出包括横向/竖向力测量模块的安装到铁轨的应变计的安装。还示出了保护盖的内部部件，包括电源(电池)和用于传输数据的RF无线电。图4和图5示出安装在轨道(12)上的具有保护盖(29)的数据通信模块，包括一个或多个L/V测量模块、一个或多个应变计、电池、温度计、加速度计。图6示出摩擦控制的施加与横向/竖向力测量结果之间关系的例子。图6A示出向铁轨顶部(TOR)施加摩擦控制介质提供了如横向力水平的移位(使用开放轨道获得的数据)所示的有效摩擦控制。图6B示出平均横向力(千磅)和摩擦控制介质施加速率之间的·关系。该数据是使用闭合轨道系统获得的。在获得稳定的状态之后，基于最后的5个重叠(laps)计算横向力。该数据是使用本文所述的横向力模块获得的。图6C示出L/V比率和摩擦控制介质施加速率之间的关系。该数据是使用闭合轨道系统获得的。在获得稳定的状态之后，基于最后的5个重叠计算L/V比率。该数据是使用本文所述的L/V测量模块获得的。图7示出本发明的路旁摩擦管理施加系统的一部分，包括摩擦控制介质贮存器(26 )和用于发送系统状态和性能数据的无线电频率天线(29 )。图8示出车载远程性能监视询问器系统(25)，其从路旁摩擦管理施加系统(见图IA和图1B)和横向/竖向力测量地点收集数据，随后将该数据发送到远程性能监视数据库(70)。图9和图10 (分别)示出用于将远程性能监视数据从路旁装置(22)的数据通信模块(29)传送到远程性能监视数据库(27)的蜂窝通信模型和无线电频率通信模型。该通信模型可适用于从横向/竖向力测量模块和其它性能数据收集系统数据库传送数据(GPRS 通用分组无线业务)。
具体实施例方式本发明涉及路旁摩擦管理系统。本发明还涉及铁轨操作中用于控制和调整路旁摩擦管理系统的传感器反馈和性能分析的使用。以下是对优选实施例的描述。本发明提供如图IA中一般示出的路旁摩擦管理系统I。该系统包括一个或多个路旁装置22 (见图1B)，路旁装置22安装在铁轨系统的轨道12的旁边，用于向轨道施加摩擦控制介质，并且从轨道和轨道的环境获得数据。每个路旁装置包括递送系统24，递送系统24经由管21连接到包含摩擦控制介质的贮存器26。泵28可以位于贮存器26处，或者位于该贮存器和递送系统24之间。递送系统24位于要被处理的轨道12近旁，使得摩擦控制介质可被施加到轨道12的一个或两个铁轨。该摩擦控制介质可以作为膏剂、液体被直接施加到规面16、铁轨顶部14或者这二者,通过与经过的车轮的直接接触而被拾取,或者可将其喷洒在轨道12的规面16、铁轨顶部14或者这二者上，或者喷洒在经过的车轮的凸缘或踏面上。该摩擦控制介质还可以通过与该递送系统液体连通的轨道内的孔被引入到轨道表面，使得该摩擦控制介质被提供给规面或铁轨顶部的轨道表面。路旁装置22通常部署为紧接在需要施加的位置之前，列车车轮的经过趋向于将该液体合成物移动到该区域，从而当列车经过时改良铁轨段和车轮踏面以及凸缘上的摩擦。存在多种设计的静态装置以及用于固定它们的设备，从而当列车经过时允许将适当的合成物自动施加到铁轨。在这些装置的某些中，是路基的下沉触发合成物的分配；换言之，是通过列车车轮使诸如杠杆或活塞等机械装置移动来启动合成物分配机构，或者可以通过基于磁启动的车轮传感器装置来触发它。可以机械启动、液压启动或电启动路旁递送系统。本文描述的摩擦管理系统可以与任何类型的路旁装置一起使用。在US5641037中示出了现有技术的装置的例子(其内容通过引用包含在本申请中)。该路旁装置进一步包括位于或邻近递送系统24的一个或多个数据收集模块29(DCM)0所述一个或多个数据收集模块29收集数据(例如但不限于69)，并且通过有线/线 缆或者无线，例如但不限于通过无线电频率、蜂窝通信信道72、90，例如但不限于通用分组无线业务92 (GPRS;图9和图10)或者这二者，将该数据发送到位于非该路旁装置所处的地点的远程性能单元70。该路旁装置还可以包括电源，该电源可操作地连接到该路旁装置的一个或多个部件，例如，泵28、递送系统24、数据通信模块29或者它们的组合。由所述一个或多个数据通信模块收集和发送的数据可以包括路旁递送系统的性能信息和状态90、轨道的性能信息50、轨道状态信息60、轨道的环境的信息60、在轨道上经过的列车的信息40或者它们的组合。例如但不是限制性的，由所述一个或多个数据收集模块29收集的数据可以包括一个或多个横向/竖向力测量结果、横向力测量结果、输入的竖向负荷数据、铁轨横向或竖向偏差、轨距宽度、机车位置数据、自动设备标识、用于测量贮存器罐水平的一个或多个单元、泵电动机电流、递送管压力、递送管温度、电池电压、环境温度、降水、风、视频单元、照片拍摄单元、声学反馈单元、振动检测单元、速度检测单元、应变计、加速度计或者它们的组合。还可以使用附加的传感器，这对于本领域的技术人员来说是显而易见的。路旁摩擦管理系统I可以进一步包括分布在指定地理地域上的包括一个或多个路旁装置22 (图1B)的多个所述一个或多个摩擦施加系统20。远程性能单元70以这种方式接收来自分布在指定地理地域内的多个所述一个或多个数据收集模块29的数据。此外，远程性能单元70可以从多个指定地理地域获得数据，每个所述指定地理地域包括多个所述一个或多个路旁装置22和数据收集模块29。因此，路旁摩擦管理系统I可以包括一个或多个指定地理地域和一个或多个数据采样位置。为了简单起见，下面描述的系统涉及与远程性能模块70通信的摩擦管理施加系统20内的一个或多个路旁装置22，但是应当理解，这是为了描述该系统。本发明还包括位于一个或多个指定地理地域内的多个摩擦管理施加系统的使用。本发明还提供一种用于监视路旁摩擦管理系统的方法。该方法包括收集位于横向/竖向力测量位置处的一个或多个数据收集模块29测得的数据。该横向/竖向力测量位置可以位于与一个或多个路旁装置22相同的位置处，也可以不位于与一个或多个路旁装置22相同的位置处。测得的数据通过无线电频率、蜂窝通信信道或这二者从数据收集模块29发送90到远程性能监视单元70。然后将该数据与存储在远程性能监视单元的数据库上的基线参考值或初始设置10、存储在该远程性能监视单元的数据库上的从该横向/竖向力测量位置处的所述一个或多个数据收集模块29获得的新近的值或者它们的组合相比较。该L/V测量位置可以与摩擦施加系统的位置或者包括路旁装置的地点相同，或者该L/V测量位置可以远离该摩擦施加系统。如果所述一个或多个L/V测量地点远离该摩擦施加地点，则可以认为该L/V测量地点是通过移动式RF询问器25、GPRS 90、无线电频率、蜂窝通信信道等与中央远程性能监视数据库70通信的独立测量位置。来自这些独立的测量位置的L/V数据可以被RPM系统70评估，以确定附近的摩擦施加系统20 (例如限定区域内的一个或多个路旁装置)的性能。限定区域的面积对本领域的技术人员来说是显而易见的。限定区域的大小可以随弯曲的数目、弯曲的类型、坡度变化、直轨道数量、环境条件(例如，温度范围、降水等)等而变化。基于由RPM系统70进行的分析，可以将远离L/V/测量地点但是在该限定区域内的一个或多个路旁装置22的设置的改变发送到所述一个或多个路旁装置。利用该配置，该L/V模块不经由特定的摩擦施加系统通信。相反，发送到所述一 个或多个路旁装置的设置的改变经由RPM系统70发送到路旁装置。这允许使用从位于与该摩擦施加系统的区域相同的限定区域内的其它或现有L/V测量系统获得的数据作为对RPM系统70的输入。因此，还可以由RPM系统基于来自现有的L/V测量系统的数据控制限定区域内的路旁装置。在所述一个或多个L/V测量位置中的每一个处测得的数据可以涉及轨道的性能信息30、列车的信息50、包括维护时间表的轨道状态信息60、与路旁装置有关的信息，例如，贮存器罐水平、泵电动机电流、泵轴编码器信息、递送线(管)压力、递送线温度、电池电压、轨道的环境60,包括温度、降水、风、来自一个或多个传感器的信息50,包括例如横向/竖向力(横向动态加负荷/竖向动态加负荷)的测量结果山/V比率、输入的竖向负荷、机车位置、振动、列车速度、视频、照片、声音记录、自动设备标识(AEI数据)或者它们的组合。该L/V比率可被用于确定轨道失效，例如，由于在车辆加负荷下一个铁轨向外移动或者车轮爬升(凸缘爬升)而导致的动态轨距加宽。可以使用纳达尔(Nadal)公式确定该L/V比率纳达尔公式被表示为=(f)......... (iL和V是指作用在铁轨和车轮上的横向和竖向力，δ是当车轮凸缘与铁轨面接触时产生的角度，以及μ是车轮和铁轨之间的摩擦系数。可以使用适于该目的的任何仪器获得用于测量L/V比率、横向力的数据，例如包括路旁车轮/轨道负荷检测器(Wayside Wheel/Rail LoadDetector, WRLD)、车辆性能检测器(truck performance detector, TPD ;美国铁轨协会运输技术中心公司(TransportationTechnology Center, Inc. ) ；2007 年 4 月的期刊 Wheel/Rail Interaction 中 McGuire B 等人的Interface ;其内容通过引用包含在本申请中)。如果测得的数据包括输入的竖向负荷和机车位置数据，那么用于识别和分类列车类型、列车的有负荷/空载状态的数据可被用于确保所比较的数据是从类似的交通获得的。此外，如果测得的数据是自动设备标识(AEI)数据，则该AEI数据可以与记录在远程性能数据库中的横向/竖向力记录相比较以产生结果，并且该结果可被用于通过代码识别特定的交通类型，以确保与该轨道有关的数据是从类似的列车获得的。测得的数据还可以包括速度数据，并且可以使用该速度数据过滤测得的数据以排除来自以显著低于或高于每个横向/竖向力测量位置处的的正常速度分布的速度运转的列车的数据，例如，可以丢弃低于正常速度分布的25%或者高于正常速度分布的大约25%的数据，或者丢弃正常速度分布的大约25-100%以外的数据。然后可以分析测得的数据以确定是否需要调整所述一个或多个路旁装置的递送系统以恢复目标横向力水平。如果确定了所需的摩擦控制系统施加设置的改变，则将该改变发送80到所述一个或多个路旁装置。从一个或多个数据收集模块获得的数据可以与存储在远程性能单元70的数据库上的基线参考值(初始设置10)、轨道状态信息60或者它们的组合相比较。基线参考值可以包括轨道维护条件、由已知的轨道维护工作导致的有意的系统停工条件、轨道磨削、轨枕拆除、轨枕更换或者它们的组合。然后可以考虑基线参考数据以确定是否需要调整所述一个 或多个路旁装置的递送系统以恢复目标横向力水平。如果确定出所需的摩擦控制系统施加设置的改变，则可以将该改变发送80到包括一个或多个路旁装置22的摩擦管理施加系统20。图IC示出可以由远程性能单元70 (也称为中央远程性能监视数据库/系统；RPM系统)分析的数据输入。这些输入包括1)地域维护条件62，例如，可以包括与铁轨磨削程序、轨枕更换程序、铁轨更换程序、表面程序、系统拆除/重新安装以及可以在铁轨系统中进行的其他维护程序有关的数据60 ；2)传感器反馈29，例如，包括与横向力、L/V比率、振动、噪声、视频、环境条件等有关的数据50 ;3)路旁装置的状态18，例如，可以包括与贮存器罐水平、电池电压、电动机电流、线或管压力、线或管温度等有关的数据50。使用无线通信(90、94)将这些数据发送到远程RPM系统，在此处理该数据(图1D;见下面)。根据需要，更新后的控制和施加设置80可以被发送到包括一个或多个路旁装置22的摩擦管理施加系统
20。摩擦管理装置20的状态可被收集，路旁远程性能数据18，并且该数据可以与路旁装置的状态有关的数据26、50 (例如，罐水平、电池电压、电动机电流、线压力和温度等)一起被RPM系统访问，以由RPM系统进行分析。图ID中提供了可以在远程性能单元70 (RPM系统)中进行的分析流程的非限制性例子。输入从传感器接收到的数据(例如，通过数据通信模块29)。例如，下面参照图6A-6C描述的，分析该数据以确定摩擦条件或车轮/铁轨力是否存在显著变化。如果摩擦条件存在显著变化，则评估表示摩擦管理施加系统20的条件的数据以确定路旁装置或相关部件是否存在问题。如果需要的话，则检修该路旁装置和/或部件。如果不需要维护该路旁装置，则分析轨道维护数据以确定是否需要完成轨道维护。基于这些分析并且根据需要，可以将修正后的施加设置部署到目标摩擦管理施加系统20的一个或多个路旁装置。例如，增大或减少施加到轨道的摩擦控制介质的量或位置(TOR或规面)。图6A中示出施加摩擦控制合成物对减小横向/竖向力的效果。将摩擦控制合成物施加到铁轨顶部(TOR)导致与未施加摩擦控制合成物时测得的横向力(11%的轴观测到大约10千磅的占主导的横向力)相比，横向/竖向力水平减小了大约20%至75% (例如，对于14%的轴，大约5. 5千磅的占主导的横向力)。还观察到，当考虑相同百分比(例如10%)的轴经过时的横向力时，基线横向力变动范围大约为7-11千磅,而对于TOR处理后的轨道，横向力减小到大约4-9千磅。该数据还示出了大部分百分比的轴经过时，横向力减小了大约 20%-50%。图6B示出在横向/竖向力测量位置处由本发明的数据通信模块测得的平均横向力的测量结果。对轨道的摩擦控制介质的低施加速率(在本例子中，对应于低于1.4的标准化施加速率)导致10. 5至13千磅的平均横向力。阈值量的摩擦控制介质施加到轨道之后(在本例子中，大于I. 4标准化施加速率)，平均横向力减小大约20%-50%，或者说减小到大约6至7. 5千磅。这些数据是使用闭合的铁轨系统获得的(美国铁轨协会运输技术中心；TTCD0图6C示出在横向/竖向力测量位置处由本发明的数据通信模块(使用TTCI轨道)测得的L/V比率的测量结果。对轨道的摩擦控制介质的低施加速率(在本例子中，对应于低于I. 4的标准化施加速率)导致大约O. 375至O. 45的L/V比率。阈值量的摩擦控制介质施加到轨道之后(在本例子中，大于I. 4标准化施加速率)，平均L/V比率减小大约20%-50%，或者说减小到大约O. 22至O. 3。因此，通过测量在一个或多个横向/竖向力测量位置处获得的数据，测得的参数(例如但不限于，平均横向力或者L/V比率)的改变可被用于改变被发送到所述一个或多个路旁装置的设置，从而增大对轨道的摩擦控制介质施加。例如但非限制性的，平均横向力或·L/V比率增大到预定值以上，或者平均横向力或L/V比率随着时间增大20%以上，例如但不限于,增大大约20%至大约100%或它们之间的任意量,或者增大大约20%至50%或它们之间的任意量，例如增大 20，22，24，26，28，30, 32，34，36，38，40, 42，44，46，48，50, 52，54，56，58，60，62，64，66，68，70，72，74，76，78，80，82，84，86，88，90，92，94，96，98，100% 或它们之间的任意量，可被用于改变被发送到所述一个或多个路旁装置的设置，从而增大对轨道的摩擦控制介质施加。如果在该横向/竖向力测量位置处没有观测到该横向/竖向力测量位置处的L/V比率或者平均横向力测量结果当与预定阈值相比时改变或者在一时间段内改变，则摩擦控制介质施加的设置无改变被发送到所述一个或多个路旁装置。参照图IA和图1B，将基于最佳实践和/或标准的初始设置10施加于摩擦管理施加系统20。该摩擦管理施加系统的设置典型地包括泵启动时间和按照每次启动的车轮经过来表达的施加频率。该摩擦管理施加系统将摩擦控制介质施加到车轮/铁轨分界面中，以提供用于控制车轮和铁轨表面之间摩擦的手段30。这典型地使用电动机泵28来完成，以通过一系列供应管21和并最终通过递送系统24来分配该摩擦控制介质，递送系统24可以包括安装到铁轨的一组施加器杆或者喷洒装置，或者该管可以通过轨道内的管将摩擦控制介质分配到轨道。例如，如果该递送系统包括一个或多个施加器杆，则它们被用于将液体介质流引入到铁轨表面或铁轨的规面，在此该摩擦控制介质被经过的车轮表面拾取并携带。类似地，如果该递送装置是喷洒装置，则该液体介质被引向铁轨表面或者铁轨的规面表面，并且该摩擦控制介质被经过的车轮表面拾取并携带。图2示出路旁摩擦管理施加系统的非限制性例子，摩擦改良剂消耗品通过现场安装的施加器杆24施加到铁轨顶部表面，施加器杆24通过管21与摩擦控制介质贮存器26流体连通。图3示出位于保护盖29内的作为内部部件的横向/竖向力测量模块、电源(电池)和用于发送数据的RF无线电。图4和图5中示出安装在车辆12上的具有保护盖的装置29。图7示出具有用于将系统状态和性能数据发送到远处地点的无线电频率天线的路旁摩擦管理施加系统的例子。图9示出数据从数据通信模块经由远程控制模块(RCM)26/29发送到远程性能监视数据库或者经由通信(GPRS)塔92发送到数据处理单元27的示意图。本发明还考虑了路旁摩擦管理系统I进一步包括移动式远程性能监视询问器系统25 (见图5、图8和图10)。移动式远程性能监视询问器25可以例如安装在车辆上(图5和图8)或者其它移动式平台上。该移动式询问器系统从与本文中描述的横向/竖向力测量地点处的摩擦管理施加系统20相关联的一个或多个数据通信模块29收集数据，并且将来自包括数据通信模块的远程控制模块(RCM)26/29的数据经由发送塔92发送到远程性能监视数据库或数据处理单元27。移动式或者安装在车辆上的询问器提供根据需要访问多个指定的横向/竖向力测量地点的灵活性和能力。
车轮/铁轨分界面摩擦条件30与诸如车轮/铁轨形貌、轨道几何形状和车辆悬架特征等其它参数协同作用以产生总的车辆操纵性能和对应的力水平40(包括作用于铁轨上的横向弯曲力)。使这些横向力水平最小化是有效的摩擦管理功能之一。上文所述的半包含的横向和竖向力测量模块、传感器和其它测量装置部署在地理地域中，记录关键位置50的横向/竖向力和其它数据参数。如上文指出的，除了或者代替横向/竖向力测量，可以使用若干个其它性能测量。横向/竖向力数据通过无线电频率和/或蜂窝通信信道被发送并且集中汇集到远程性能监视数据库70中。远程性能监视系统70还可以保持数据存档10，例如，横向力数据，包括基线条件(B卩，未施加摩擦控制)期间的参考值。远程性能监视系统70分析从横向/竖向力测量模块50输入的力数据，并且比较横向力的值和横向/竖向力比率与基线参考值以及来自对应地点的新近的值。另外，竖向负荷和机车位置数据被用于识别和分类列车类型以及有负荷/空载状态，以确保在类似的交通之间进行比较。如果有自动设备标识数据，那么该数据被进一步用于通过代码识别特定的交通类型(例如，特定的货物、快运货物)。还可以分析速度数据，通过过滤去除来自在每个测量位置处以显著低于或高于正常速度分布的速度运转的列车的数据。特别地，如果(a)来自一个或多个测量地点的数据显著高于基线参考条件，或者(b)来自一个或多个测量地点的数据示出平均值/力分布相对于新近数据的显著变化，则横向/竖向力测量分析的结果可导致自动调整施加速率的可能性80。在这些情况下，还关于由项目管理和维护人员报告给远程性能监视系统的已知地域/维护条件60评估该数据。在通过与参考和新近值比较并且与已知的维护条件60 (例如，由已知的轨道维护工作导致的有意的系统停工条件)比较来评估横向/竖向力数据之后，远程性能监视系统70可以使用高水平的决策方法来确定是否需要自动调整施加器系统以达到或恢复目标横向力水平。例如，如果在地域内的特定位置的横向力(或者横向/竖向力比率)显示出显著更加，则可能需要增大对应的摩擦管理施加系统20的输出速率以恢复目标水平。该远程性能监视系统还从该路旁装置接收状态和性能数据90，使得还可以跟踪摩擦控制介质的水平、管压力和温度、电池水平，并且在地域内的特定位置的横向力(或者横向/竖向力比率)的数据显示出示出显著增大时考虑它们，因为除了增大摩擦控制介质的输出速率以恢复目标水平以外，还需要补充远程摩擦管理系统20。
摩擦控制系统施加设置的自动改变由该远程性能监视系统通过无线电频率和/或蜂窝通信信道发送到摩擦管理施加系统。本文中描述的路旁摩擦管理系统可以使用液体或膏状摩擦控制介质。本领域的技术人员容易确定，使用本发明的系统可以施加能够从贮存器抽运到喷嘴的任何液体合成物。可以施加的液体合成物的非限制性的例子包括但不限于以下引文中所描述的US 6,135,767;US 6，387，854;US5, 492，642;US 20040038831A1;W0 02/26919 (US20030195123A1);W0 98/13445;CA 2,321,507;EP 1357175;EP 1418222;US 6,795,372;US
7,244, 695;US 7, 357,427 (这些引文通过引用包含在本申请中)。所有引文都通过引用包含于此。
已经关于一个或多个实施例描述了本发明，但是权利要求的范围不局限于例子中给出的优选实施例，而是由与整个说明书一致的最宽解释给出。
权利要求
1.一种路旁摩擦管理系统，包括一个或多个路旁装置，其用于与铁轨系统的轨道一起安装，并且用于向所述轨道施加摩擦控制介质，所述一个或多个路旁装置包括连接到包含所述摩擦控制介质的贮存器的递送系统，所述递送系统用于将所述摩擦控制介质从所述贮存器施加到所述轨道的一个或两个铁轨；一个或多个数据收集模块，其位于所述递送系统处或相邻于所述递送系统，所述一个或多个数据收集模块用于收集数据并将所述数据发送到远程性能单元，所述数据包括性能信息、轨道状态信息、所述轨道的环境的信息、在所述轨道上经过的列车的信息、所述一个或多个路旁装置的状态或者它们的组合；以及电源，其可操作地连接到所述路旁装置的一个或多个部件。
2.根据权利要求I所述的路旁摩擦管理系统，其中，所述远程性能单元包括用于存储所发送的数据的数据库。
3.根据权利要求I所述的路旁摩擦管理系统，包括分布在指定地理地域上的多个所述一个或多个路旁装置，所述远程性能单元接收来自分布在所述指定地理地域内的所述一个或多个数据收集模块中的每一个的数据。
4.根据权利要求3所述的路旁摩擦管理系统，进一步包括多个所述指定地理地域，每个所述指定地理地域包括多个所述一个或多个路旁装置。
5.根据权利要求I所述的路旁摩擦管理系统，其中，所述一个或多个数据收集模块包括用于收集一个或多个横向/竖向力测量结果、输入的竖向负荷数据、机车位置数据、自动设备标识的一个或多个单元；用于测量贮存器罐水平、泵电动机电流、泵轴编码器数据、递送管压力、递送管温度、电池电压、环境温度、降水、风的一个或多个单元；视频单元；照片拍摄单元；声学反馈单元；加速度计；应变计；振动检测单元；速度检测单元或者它们的组合。
6.根据权利要求I所述的路旁摩擦管理系统，其中，所述一个或多个路旁装置中的每一个进一步包括用于接收来自所述远程性能单元的指令的接收器，所述接收器与所述递送系统可操作地相关联，使得当所述递送系统与包含摩擦控制介质的所述贮存器流体连通时，向所述轨道施加所述摩擦控制介质能够由所述远程性能单元控制。
7.一种用于收集并存储权利要求I的数据的远程性能单元。
8.根据权利要求7所述的远程性能单元，其中，所述远程性能单元获得并存储与指定地理地域中的维护活动的状态有关的信息。
9.根据权利要求8所述的远程性能监视数据库和系统，进一步包括一个或多个软件算法，所述软件算法用于分析所述与维护活动的状态有关的信息、所发送的数据，并且提供轨道性能、轨道状态、所述一个或多个路旁装置的状态、所述轨道的环境的信息、列车的信息或者它们的组合的输出。
10.根据权利要求9所述的远程性能监视数据库和系统，其中，所发送的数据包括横向/竖向力的一个或多个测量结果、输入的竖向负荷、机车位置、温度、降水、风、振动、列车速度、视频、照片、声音记录、自动设备标识、贮存器罐水平、泵电动机电流、递送线压力、递送线温度、电池电压或者它们的组合。
11.根据权利要求10所述的远程性能监视数据库和系统，进一步包括发送器，所述发送器用于将指令通过无线电频率、蜂窝通信信道或者这二者传送到与所述一个或多个路旁装置通信的接收器。
12.一种用于监视路旁摩擦管理系统的方法，包括收集在位于横向/竖向力测量位置处的一个或多个数据收集模块处测得的数据；将所述数据通过无线电频率、蜂窝通信信道或者这二者从所述数据收集模块发送到远程性能单元；以及比较所述数据与存储在所述远程性能单元的数据库上的基线参考值、存储在所述远程性能监视单元的数据库上的从所述横向/竖向力测量位置获得的新近的值或者它们的组合。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，在所述一个或多个横向/竖向力测量位置中的每一个处测得的数据涉及所述轨道的性能信息、所述列车的信息、所述轨道的状态信息、所述轨道的环境、横向/竖向力的测量结果、输入的竖向负荷、机车位置、温度、降水、风、振动、列车速度、视频、照片、声音记录、自动设备标识、贮存器罐水平、泵电动机电流、递送线压力、递送线温度、电池电压或者它们的组合。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所测得的数据包括输入的竖向负荷和机车位置数据，分析所述数据以识别并分类列车类型、所述列车的有负荷/空载状态以确保所比较的数据是从类似的交通获得的。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，所测得的数据是自动设备标识(AEI)数据，t匕较所述AEI数据与存储在所述远程性能数据库中的横向/竖向力记录以产生结果，并且使用所述结果来通过代码识别特定的交通类型。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所测得的数据是速度数据，过滤所述数据以排除来自以显著低于或高于每个横向/竖向力测量位置处的正常速度分布的速度运转的列车的数据。
17.根据权利要求12所述的方法，其中，所述路旁摩擦管理系统包括一个或多个路旁装置，比较从一个或多个数据收集模块测得的数据与存储在所述远程性能单元的数据库上的所述基线参考值，以确定是否需要调整所述一个或多个路旁装置的递送系统来恢复目标横向力水平，所述基线参考值包括轨道维护条件、由已知的轨道维护工作导致的有意的系统停工条件、轨道磨削、轨枕拆除、轨枕更换或者它们的组合。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，摩擦控制系统施加设置的改变被发送到所述一个或多个路旁装置。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，在所述横向/竖向力测量位置处获得的L/V比率或者平均横向轴力测量结果当与所述横向/竖向力测量位置处预定的值相比时增大导致被发送到所述一个或多个路旁装置的设置改变从而增大对轨道的摩擦控制介质施加。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，在所述横向/竖向力测量位置处获得的L/V比率或者平均横向轴力测量结果当与所述横向/竖向力测量位置处预定的阈值相比时无改变导致被发送到所述一个或多个路旁装置的摩擦控制介质施加的设置无改变。
全文摘要
本发明描述了路旁摩擦管理系统以及用于监视和控制路旁摩擦管理系统的方法。该系统包括用于与铁轨系统的轨道一起安装的一个或多个路旁装置。该路旁装置包括连接到包含摩擦控制介质的贮存器的递送系统，该递送系统用于将该摩擦控制介质从该贮存器施加到轨道的一个或两个铁轨。该路旁装置进一步包括位于该递送系统处或相邻于该递送系统的一个或多个数据收集模块。该数据收集模块用于收集数据并将该数据发送到远程性能单元。该数据可以包括性能信息、轨道状态信息、轨道的环境的信息、在轨道上经过的列车的信息、该一个或多个路旁装置的状态或者它们的组合。该路旁装置可以包括可操作地连接到该路旁装置的一个或多个部件的电源。
文档编号E01B35/00GK102971195SQ201180031579
公开日2013年3月13日 申请日期2011年5月19日 优先权日2010年5月19日
发明者格伦·阿普尔比, 詹姆斯·加文·坎贝尔, 唐纳德·托马斯·伊迪, 佩塔尔·涅德科夫·格奥尔古耶夫, 迈克尔·欧文·汉德勒, 哈罗德·德维略·哈里森, 凯文·大卫·奥尔德纽, 史蒂文·大卫·辛格尔顿, 雅各布·马修·韦尔奇, 沃尔特·埃里克·斯皮克, 威廉·T·厄姆森 申请人:L.B. 福斯特铁路技术有限公司