专利名称：用于监视有轨车车轮、制动器和轴承状况的系统及方法
技术领域：
本发明涉及用于监视有轨车部件包括车轮、制动器和轴承状况的系统和方法。
背景技术：
有轨车制动器通常而言都是故障安全系统。也就是说，系统的一部分出现故障时， 制动器通常作为安全预防措施自动启用。这可能会导致制动器在并非预期启用其时而启用。同样，如果在车辆装载很重时制动器被设置(例如校准)然后卸载后没有重设，那么制动器可能在并非预期启用其时而启用。有轨车制动器在并非预期启用其或者超出必要或所需时而启用会导致更多的磨损，寿命降低，并可能导致有轨车的制动器和/或其它部件过早出现故障。此外，有轨车的轴承和/或有轨车的其它部件会独立于有轨车的制动器而出现故障。当有轨车的一个或多个部件出现故障时，其结果可包括对有轨车的车轮和/或其它部件上的磨损或重压增加或不成比例，这可导致有轨车或车轮的其它部件出现故障。
发明内容
本发明的实施例涉及用于监视至少一个有轨车车轮、至少一个有轨车制动器和/ 或至少一个有轨车轴承状况的系统。该系统包括热传感器和图像捕获设备，所述热传感器聚焦于至少一个有轨车轴承的顶部上，其中至少一个有轨车车轮，至少一个有轨车制动器和/或至少一个有轨车轴承在由图像捕获设备所捕获的图像中可见。本发明的另一实施例涉及用于监视至少一个有轨车车轮、至少一个有轨车制动器和/或至少一个有轨车轴承状况的系统。该系统包括热传感器和图像捕获设备，所述热传感器聚焦于至少一个有轨车车轮的下部上，其中至少一个有轨车车轮，至少一个有轨车制动器和/或至少一个有轨车轴承在由图像捕获设备所捕获的图像中可见。本发明的另一实施例涉及用于监视至少一个有轨车车轮、至少一个有轨车制动器和/或至少一个有轨车轴承状况的方法。该方法包括利用第一热传感器测量至少一个有轨车轴承的顶部的温度，利用第二热传感器测量有轨车车轮的一部分的温度，由图像捕获设备捕获至少一个有轨车车轮、至少一个有轨车制动器和/或至少一个有轨车轴承的至少一帧图像，以及将所测量的温度和/或所捕获的图像与预期结果或存储数据进行比较。在对根据本发明的各种设备、结构和/或方法的各种示例性实施例进行的下述详细说明中描述或从其明了根据本发明的系统和方法的各种示例性实施例的这些以及其它特征和优势。
下面将参照附图对根据本发明的系统和方法的各种示例性实施例进行详细描述其中图1是有轨车车轮和用于辅助检测有轨车轴承故障的已知系统的正视图；图2是有轨车车轮和用于辅助检测有轨车制动器故障的已知系统的正视图；图3是有轨车车轮的一部分和用于辅助检测有轨车车轮故障的已知系统的侧视图；图4是有轨车车轮和用于辅助检测有轨车轴承故障的根据示例性实施例的系统的正视图；图5是有轨车车轮和用于检测有轨车车轮故障、有轨车制动器故障和/或有轨车轴承故障的根据示例性实施例的系统的正视图；图6是有轨车车轮的一部分和用于检测有轨车车轮故障、有轨车制动器故障和/ 或有轨车轴承故障的根据示例性实施例的系统的侧视图。
具体实施例方式应该意识到，虽然该说明书部分被描述成与单独检测有轨车车轮故障、有轨车制动器故障或有轨车轴承故障相关，但是这种系统和方法可一起使用来同时或单独判定有轨车车轮故障、有轨车制动器故障和/或有轨车轴承故障。同样，本发明的系统和方法的示例性实施例可用于其它目的，例如，启程检查、抵达检查等。除其它之外，联邦铁路管理局(FRA)(美国运输部内的管理部门)实施铁路安全法规。目前，FRA要求每1，000英里行程就对有轨车上的制动片进行检查。这些检查通常由目视检查制动器的铁路人员来执行。这些人工的目视检查是冗长的，且需要有轨车减速，停车和/或至少暂时停止服务。图1至图3示出了用于协助铁路人员检测有轨车车轮总成故障的传统系统。图1 示出了用于协助铁路人员检测有轨车轴承故障的传统系统。该系统包括附接到一段轨道12 的热传感10 (例如“热盒”)。热传感器10在朝向有轨车轴承14底表面的向上方向上指向， 且测量有轨车轴承14底表面的温度。如果温度高于预期值，这会表明有轨车轴承14已经出现故障，正在出现故障或接近于故障。类似的，图2示出了用于协助铁路人员检测有轨车制动器故障的传统系统。热传感器10同样附接到轨道12，但是现在朝向有轨车车轮16底部的广阔区域指向。热传感器 10判定有轨车车轮16是否比通过有轨车车轮16和适于有轨车车轮16的有轨车制动器的预期状况所判定的预期状况温度更高或更低。启用的有轨车制动器会在其所应用的有轨车车轮上产生热量和/或会在有轨车制动器的制动片上产生热量。因此，如果有轨车车轮16 的温度高于预期(例如，热传感器10检测到温度高于给定条件所预期的)，这会表明有轨车制动器在其不应该启用的时候被启用。类似的，如果有轨车车轮16的温度低于预期，这会表明有轨车制动器在应该启用的时候未被启用。在一般情况下，在图1-3中所示的传统系统中，热传感器10朝向包括和环绕有轨车车轮/轴承区域的广阔区域指向。图3示出了已知系统的热传感器10的示例性扫描区域18 (位于有轨车车轮16的底部)。如图3所示，与有轨车车轮16的尺寸相比，扫描区域 18是相当大的。因此，热传感器10必须对在较大区域上所检测到的温度取平均以便判定有轨车车轮16的所测温度。应该意识到轨道12的相当大的一部分也处于扫描区域18内，因此，轨道12的温度也会影响由热传感器10所判定的车轮16的所测温度。类似的，由热传感器10判定的所测温度会受到任何外来对象的影响，例如包括有轨车自身或存在于扫描区域18内的有轨车的其它部分。图1-3所示的已知系统有一些缺陷。例如，由于热传感器10附接到轨道12，热传感器10会遇到动态环境，例如，由于轨道参数例如温度、震动等的变化导致条件不断变化， 因此这类系统的准确性会由于动态环境的不可预知性而降低。此外，动态环境会由于震动增加和/或温度升高而导致对热传感器的压力增加，且会导致热传感器的预期寿命缩短。类似的，已知系统可具有相当大(例如，宽达2英尺或更多)的扫描区域(例如， 扫描区域18)。这样必须对已知系统的扫描区域取平均，这会导致不太准确的读数，该读数不会证明温度的局部较小变化。例如，如果有轨车或有轨车在其上行进的轨道由于任何原因使得温度高于预期，以及具有升高温度的有轨车的一部分和/或有轨车在其上行进的轨道都在已知系统热传感器的扫描区域内，这样由热传感器确定的平均温度可能高于预期， 尽管有轨车车轮和/或有轨车轴承的温度可能并不高于预期。此外，用于检测轴承故障的具有附接到轨道的热传感器的已知系统朝向有轨车轴承的底表面指向。已经发现轴承的底表面通常比顶部温度更低，顶部有时称为“加载区”，在该区域力从侧面框架转移到轮轴。如下面示例性实施例所述的那样，通过测量轴承的顶部， 可更容易地和/或更早地识别受损或故障轴承，这可在轴承出现故障或接近故障前更早地预警。此外，有轨车轴承通常都是圆柱形的。因此，朝向有轨车轴承的底表面指向的已知系统不能够精确地检测有轨车轴承的温度。已知系统就像在一个平面上那样来测量温度， 因此所测量的温度通常需要进行校准或调整以校正有轨车轴承的圆柱形。作为校正的结果，最终计算会是一种近似值，而不是更可靠的直接读数。图4至图6示出可协助铁路工作人员检测有轨车部件故障的系统的示例性实施例。另外，下述系统可独立于由铁路工作人员的任何检查来使用。例如，可在有轨车运动 (如具有一定速度)的情况下使用下述系统的各种实施例。应该意识到，通过减少检查有轨车所必需的时间和/或人员，可减少这些检查的总体成本。此外，下述以及其它实施例可允许对有轨车组的完全或初步检查在不需要有轨车停车或有轨车停止服务的情况下来完成。 在不同的实施例中，完整或初步检查可在有轨车不明显减速的速度下进行。可以独立于铁路工作人员的检查或除了铁路工作人员的检查之外来使用下述和其它实施例，以便满足由 FRA要求的1，000英里的检查和/或其它检查或其它所需的检查。图4示出了有轨车车轮和用于检测有轨车轴承故障的根据示例性实施例的系统。 图4所示的示例性实施例包括第一热传感器20，其独立于轨道12设置和支撑，且朝向有轨车轴承14的第一部分(例如，顶部)指向。在不同的实施例中，第一传感器20设置在路边的位置。在不同的实施例中，第一传感器20是这样的传感器，其可用于快速获取温度读数和其它信息，因此有轨车12可在该过程中运动。在不同的实施例中，第一热传感器20包括或另外利用聚焦透镜21，或以任何其它已知的或以后研发的方式聚焦。通过使得第一热传感器20以聚焦或更精确的方式朝向有轨车轴承14的顶部或表面指向，该系统可早于已知系统检测到或用于检测、判定或测量有轨车轴承故障。此外，通过帮助将热传感器聚焦于相对较小的或更精确的区域，已知导致不准确读数的背景温度源(例如，并非传感器和/或系统所需目标的辐射热源，诸如像来自轨道的热量或来自有轨车的热量)可被消除、避免或忽略。已经发现上述有助于减少错误读数，和/或提高实际读数的准确度，这会导致过早判定有轨车轴承故障或接近故障和/或可能会导致关于进一步检查的不必要的停工或延误。图5示出了根据本发明示例性实施例的用于检测有轨车车轮、制动器和/或轴承故障的系统。如图5所示，第一热传感器20和第二热传感器22设置于轨道12的现场侧上 (例如，在轨道的距离相对轨道最远的一侧)。该系统可利用快速温度采集传感器，使得有轨车在该过程中可为运动的。如图6所示，第一热传感器20和第二热传感器22分别聚焦于且指向区域M和沈，分别处于轴承14的顶部处或附近和处于车轮16的底部边缘处或附近。通过使得一个或多个热传感器更精确聚焦(例如，朝向有轨车车轮轴承的顶部)，可尽早识别轴承故障或指示或导致未来故障的状况，上述使得在轴承出现故障之前提供更多的通知和/或可导致减少与轴承已经出现故障或正在出现故障相关的对有轨车车轮上的其它部件的磨损。例如，轴承已经出现故障或正在出现故障可导致有轨车车轮磨损不均勻，上述与有轨车车轮均勻磨损情况相比可导致有轨车车轮更早出现故障。通过及早识别轴承已经出现故障、正在出现故障或以其它方式受损，可更早地检测到有轨车车轮的不均勻磨损，上述可导致有轨车车轮和/或有轨车车轮的任何其它部件的更长或更理想的使用寿命。此外， 不均勻磨损的有轨车车轮可表明有轨车的其它问题，如果及早识别车轮不均勻磨损，则可尽早识别和校正上述其它问题。与在上述和其它实施例中如何识别轴承故障类似，有轨车车轮的温度高于或低于预期温度可表明有轨车制动器或有轨车的其它部件出现故障。例如，如果由第一热传感器 20和第二热传感器22之一或两者判定的温度升高，且已知有轨车车轮16的有轨车制动器并非有意启用，温度升高可预示由于部件发生故障、校准不当或其它因素而导致有轨车制动器被卡住或无意启用。在不同的实施例中，有轨车操作者可被通知上述状况且可执行进一步的检查。在示例性的实施例中，诸如像红外传感器的第一热传感器邻近轨道设置，且在有轨车经过第一传感器时测量该轨道和/或有轨车车轮的温度。例如，第一热传感器可设置于轨道的相对长的笔直部分(例如，没有明显转弯的两英里或更长)内。这样，当有轨车制动器未启用或未启用足够长时间时，第一热传感器能够测量有轨车车轮和/或轨道的基础温度读数。此基础温度可与制动器启用时处于后面段轨道的有轨车车轮温度进行比较。应该意识到在不同的实施例中，多种因素可导致有轨车车轮的温度升高，诸如像， 车轮滑动，制动器卡住，制动器校正不当，轴承已经或正在出现故障等。在不同的实施例中， 导致有轨车车轮温度升高的几个因素可通过有轨车车轮上的不同热特征或热模式来识别。 例如，至少与正常运行的车轮相比，滑动车轮会在有轨车车轮和轨道之间接触区域的附近温度升高。相比之下，至少与有轨车制动器正常工作的有轨车车轮相比，制动器卡住会导致有轨车制动器附近的有轨车车轮的温度而升高。在不同的实施例中，利用热特征的区别，至少部分利用，来判定是什么部件已经或正在出现故障(如果有任何部件已经或正在出现故障)。在不同的实施例中，由第一和/或第二热传感器判定的热特征和/或温度连同由图像捕获设备捕获的一个或多个图像(例如，视频图像或静止图像)一起使用。图像可包括由一个或多个热传感器监视或测量的有轨车车轮的至少一部分，有轨车制动器的至少一部分和/或有轨车轴承或端盖的至少一部分，以及可协助用户评估有轨车车轮、有轨车制动器和/或有轨车轴承的状态或状况。例如，在不同的实施例中，可至少部分利用图像来协助判定有轨车制动片的位置。通过判定制动片的位置，可以判定由一个或多个热传感器检测到的温度升高是否与制动片应用于有轨车车轮一致(例如，为制动片应用于有轨车车轮的结果)。在不同的实施例中，一个或多个图像可连同热传感器测量或判定一起使用以便提高系统的精确度。例如，可利用一个或多个图像来判定制动片和车轮表面之间的距离或得到近似值。在不同的实施例中，可利用包括一个或多个热传感器和/或一个或多个图像捕获设备的多个系统来进一步提高监视、测量和判定的精确度。例如，可提供来自多个系统的判定以便进行比较和/或提高精确度。在不同的实施例中，可获得正以制动片正常不会启用的速度运动的一个或多个有轨车的一个或多个热扫描和/或图像。在不同的实施例中，则可获得正以制动片正常会启用的速度运动的相同有轨车的一个或多个附加的热扫描，以及同时或基本同时获得制动器和车轮的一个或多个图像。在不同的实施例中，也可获得一个或多个图像以协助判定制动片与车轮运行表面之间的距离或获得近似值。通过比较所获得的扫描和距离，系统可用于建立制动器在一个或多个单独车轮上的效率。这种方法(单独利用温度测量或温度测量与一个或多个图像相结合)可以满足FRA每1000英里检查要求的方式用于协助在有轨车制动器上执行核查。图6示出扫描区域M和沈的示例性实施例。如图6所示，扫描区域M和沈与已知系统中的有轨车车轮的尺寸相比(例如，与扫描区域18相比)更小或更精确。扫描区域M和沈与例如图3所示的扫描区域18相比尺寸减小允许由第一热传感器20和/或第二热传感器22进行更准确和精确的温度感测。例如，通过珩磨扫描区域，可减少会影响读数的背景干扰或其它数据。此外，由于第一和第二热传感器不像以前系统那样附接到轨道，因此第一和第二热传感器不会受到与轨道感受到的震动和其它力相关的磨损和破裂。此外，热传感器不会受到轨道上或其周围的动态环境的影响。上述会导致热传感器的精确度提高和/或延长寿命。用于检测有轨车车轮、制动器和/或轴承故障的系统和方法包括至少一个聚焦的热传感器和至少一个图像捕获设备。通过检测、测量和/或比较车轮组的各部分的温度，一个或多个热传感器和一个或多个图像捕获设备可协助判定有轨车的车轮组是否出现故障或是否存在潜在故障。如果温度高于预期，这会表明抱闸，轴承故障或车轮组的一些其它故障。如果温度低于预期，这会表明制动器意外未被启用或车轮组的一些其它故障。虽然结合上述示例性实施例对本发明进行了描述，但是对于本领域的那些技术人员而言，是否已知的或现在的或目前预计的各种替代、变型、变化、改进和/或实质等同物都是显而易见的。因此，如上述的本发明的示例性实施例意旨是解释说明性的，而非限制性的。在不脱离本发明范围或精神的情况下可进行各种变化。因此，本发明意旨涵盖所有已知或早期研发的替代、变型、变化、改进和/或实质等同物。
权利要求
1.用于协助判定运动中的有轨车的至少一个部件状况的方法，该方法包括利用邻近铁路第一轨道在第一位置处设置的第一轴承热传感器来检测有轨车轴承顶部的第一温度；将顶部的第一温度与至少一个另一温度进行比较，以确定顶部的第一温度和至少一个另一温度之间的差异；以及如果顶部的第一温度和至少一个另一温度之间的差异大于预定的最大阈值，则判定有轨车的至少一个部件出现故障。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括利用邻近第一轨道在第一位置处设置的第一图像捕获设备来捕获有轨车车轮的至少一部分的图像。
3.根据权利要求1所述的方法，其中检测有轨车轴承顶部的第一温度包括用聚焦透镜将第一轴承热传感器聚焦，以确定轴承期望区域的温度。
4.根据权利要求1所述的方法，其中将顶部的第一温度与至少一个另一温度进行比较包括利用邻近第一轨道在第二位置处设置的第二轴承热传感器来检测有轨车轴承顶部的第二温度；以及将顶部的第一温度与顶部的第二温度进行比较。
5.根据权利要求1所述的方法，其中将顶部的第一温度与至少一个另一温度进行比较包括将顶部的第一温度与预期温度进行比较。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括利用邻近第一轨道在第一位置处设置的第一车轮热传感器来检测有轨车车轮底部边缘的第一温度；将底部边缘的第一温度与至少一个另一温度进行比较，以便确定底部边缘的第一温度和至少一个另一温度之间的差异；以及基于底部边缘的第一温度和至少一个另一温度之间的差异判定有轨车的至少一个部件是否正常工作。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，还包括捕获有轨车车轮的至少一部分的图像以便确定车轮制动片的位置。
8.根据权利要求7所述的方法，其中将底部边缘的第一温度与至少一个另一温度进行比较包括将第一温度与有轨车车轮的预期运行温度进行比较；以及判定有轨车的至少一个部件是否正常工作包括基于所捕获的图像确定底部边缘的第一温度和预期运行温度之间的差异是否是由制动片启用所导致的。
9.根据权利要求6所述的方法，其中将底部边缘的第一温度与至少一个另一温度进行比较包括利用邻近第一轨道在第二位置处设置的第二热传感器来检测有轨车车轮底部边缘的第二温度；以及将底部边缘的第一温度与底部边缘的第二温度进行比较。
10.根据权利要求9所述的方法，其中基于底部边缘的第一温度和至少一个另一温度之间的差异来判定有轨车的部件非正常工作包括如果底部边缘的第一温度和底部边缘的第二温度之间的差异小于预定的最小阈值，则判定有轨车的部件非正常工作。
11.根据权利要求9所述的方法，其中检测有轨车车轮底部边缘的第一温度包括在车轮制动器未启用时检测第一温度；和检测有轨车车轮底部边缘的第二温度包括在车轮制动器启用时检测第二温度。
12.根据权利要求11所述的方法，其中检测有轨车车轮底部边缘的第一温度还包括在沿着轨道的位置处检测第一温度，在该位置轨道足够笔直使得近期未启用车轮制动器。
13.根据权利要求6所述的方法，其中将底部边缘的第一温度与至少一个另一温度进行比较包括将底部边缘的第一温度与预期温度进行比较。
14.根据权利要求13所述的方法，其中判定有轨车的至少一个部件是否正常工作包括如果底部边缘的第一温度小于高出预期温度的预定最小阈值，则判定至少一个部件至少正在出现故障。
15.根据权利要求6所述的方法，其中检测有轨车车轮底部边缘的第一温度包括用聚焦透镜将第一车轮热传感器聚焦以便确定车轮期望区域的温度。
16.用于判定运动中的有轨车的部件状况的方法，该方法包括 将有轨车车轮的制动器脱离接合第一期望时长；检测有轨车车轮的第一温度； 将制动器应用于有轨车车轮第二期望时长； 检测有轨车车轮的第二温度； 将第一温度与第二温度进行比较；以及如果第二温度小于高出第一温度的预定最小阈值，则判定有轨车的部件已经出现故障或正在出现故障。
17.根据权利要求16所述的方法，其中第一期望时长足够长，以使得在制动器与有轨车车轮的任何先前接合之后，有轨车车轮的温度正常化。
18.根据权利要求16所述的方法，进一步包括 捕获有轨车车轮制动器的至少一部分的图像；以及基于所捕获的图像来判定有轨车车轮的制动器是否被接合。
19.根据权利要求16所述的方法，还包括将第一温度和第二温度中的至少之一与预期温度进行比较。
20.根据权利要求16所述的方法，其中检测有轨车车轮的第一温度包括用聚焦透镜将第一热传感器朝向有轨车车轮的底部边缘聚焦；和检测有轨车车轮的第二温度包括用聚焦透镜将第二热传感器朝向有轨车车轮的底部边缘聚焦。
全文摘要
用于监视有轨车车轮、制动器、轴承和/或有轨车其它部件故障的系统和方法。该系统包括至少一个热传感器和至少一个图像捕获设备。通过检测、测量和/或比较车轮组的各部分的温度，一个或多个热传感器和一个或多个图像捕获设备用于协助确定车轮组的部件是否出现故障或是否存在潜在故障。如果温度高于预期，可表明例如制动器卡住、轴承故障和/或车轮组的一些其它故障。如果温度低于预期，则表明车轮组的制动器意外未被接合和/或车轮组的一些其它故障。
文档编号B61K9/06GK102548827SQ201080042289
公开日2012年7月4日 申请日期2010年7月27日 优先权日2009年7月29日
发明者K·基利安, V·马祖尔 申请人:伦斯雷尔公司