用于调查轮轨接触的方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于调查铁路车辆的轮轨接触的方法，包括：记录车辆的至少一个车轮(10)的垂直和/或横向加速度(16)；存储所记录的加速度(16)以及车轮(10)的相关旋转位置(18)；识别超过预定参数的加速度事件(20)；以及对于每个所识别的事件，使用车轮(10)的计算物理模型(22)对所述事件进行分类。
【专利说明】用于调查轮轨接触的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于调查铁路车辆的轮轨接触的方法。
【背景技术】
[0002]车轮完整性是铁路车辆安全运行的重要组成部分。特别地，在高速列车的情况下，车轮损坏必须及早发现并适当消除，以避免安全问题。另一方面，车轮损坏的过度诊断会导致不必要的车轮更换，这会招致可避免的维护成本。
[0003]车轮维护的通常已知方法是所谓的路过式检查(drive-by inspect1n),其中在检查车辆路过时监测车轮。这通常是不足够的，并且会导致误诊、忽略受损车轮以及对有用的车轮进行标记而进行更换。
[0004]一种更准确的方法是使用所谓的车轮冲击负载检测器(WILD)。这种检测器包括焊接至轨道的一系列应变计，其基于所施加的负载与轨底的偏转之间的数学关系来量化施加至轨道的力。
[0005]由此测量的冲击力可应用于铁路车轮的结构健康监测。目前，用于线路检测器的冲击负载极限由美国铁路协会设定为90000磅。
[0006]施加这种力的车轮，即所谓的高冲击车轮通常在他们的踏面上具有平点(flatspot)，已知为踏面擦伤(slid flat)。当车轮在列车运动的同时例如因未松的手刹而受到阻碍时，通常会发生踏面擦伤。其它损伤模式，比如踏面上的主要缺陷也会导致高冲击车轮。
[0007]虽然高冲击车轮主要因随后脱轨而产生灾难性故障的可能性而受到关注，但他们在经济上也很重要，因为高冲击事件使导轨发生显著的应变。例如，相比于非冲击负载情况，已观察到高冲击车轮使轨道上的表面裂纹增长率增加100倍，并且还通过增加裂纹开裂而对混凝土轨枕的健康产生不利影响。
[0008]不幸地，在车轮损坏与故障之间不容易建立联系。尽管一些高冲击车轮可以继续服役多年而不出现故障，但是其他车轮几乎立即失效。此外，车轮故障的某些模式，诸如破损车辋故障和竖直拼合轮辋故障往往在远低于90000磅冲击负载极限的情况下发生在车轮上。
【发明内容】
[0009]因此，本发明的目的是提供了一种用于调查轨道车辆的轮轨接触的方法，其允许改进对车轮损坏的检测。
[0010]该目的通过根据权利要求1所述的方法而实现。
[0011]根据本发明的方法包括:记录车辆的至少一个车轮的垂直和/或横向加速度；存储所记录的加速度以及车轮的相关旋转位置；识别超过预定参数的加速度事件；以及对于每个所识别的事件，使用车轮的计算物理模型对所述事件进行分类。
[0012]换句话说，通常可从结合到车轴轴承等中的传感器获得的加速度数据在线监测车轮健康。与监视之下的车轮的相应旋转位置相关的所记录的加速度数据允许在车轮圆周上确定由加速度引起的缺陷的精确位置，并且，用于借助车轮的物理模型来确定和分类缺陷的类型。
[0013]该方法使得铁路运营商在车轮缺陷一在车轮的滚动行为中物理地表现出它们自身便能够检测到这些缺陷，从而大大提高了操作的安全性，并因错误的正检测事件(falsely positive detect1n event)的最小比率而降低了维护成本。
[0014]在本发明的优选实施例中，执行与车轮的给定旋转位置相关联的事件的频率分析，并且如果在一个相关的旋转位置下，至少一个给定事件的频率超过预定阈值，则检查车轮。这有助于区分例如由导轨缺陷或外来物体冲击导致的一次性或罕见事件与实际车轮损坏，从而进一步减少了错误地将运行车轮归类为故障的可能性。
[0015]在本发明的另一优选实施例中，存储车轮的垂直和/或横向加速度以及所述车轮的相关地理位置。如此地理编码加速度事件允许同时监测车轮和导轨健康，识别需要维护或检查的导轨段。为了获得地理数据，可以使用GPS(全球定位系统)。
[0016]进一步有利地，根据垂直和横向加速度来计算对角加速度，并且将对角加速度连同相关的旋转位置和/或地理位置一起存储起来。这减少了需要处理和存储的数据集。
[0017]可以将所述加速度和相关的旋转位置和/或地理位置本地存储在列车搭载的存储单元中。然后，可以在预定的维护期间读取和分析所述数据。
[0018]替代地，可以将所述加速度和相关的旋转位置和/或地理位置发送至位于列车外部的数据处理和存储单元。如果人们对在线监测导轨道健康感兴趣，那么这是特别有利的，因为可以实时地在整列列车的范围内监测用于给定地理位置的加速度数据，呈现导轨状态的总是准确的图像。
[0019]在本发明的另一优选实施例中，通过模式匹配算法识别加速度事件。这允许精确地确定可被准确分类的广泛的损坏模式。模式匹配还允许检测非预定的误差类型，非预定的误差类型可随后被研究。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]在下文中，参照附图，详细说明本发明及其优选实施例，附图中:
[0021]图1是具有用于加速度和车轮位置的相关传感器的铁路车轮的示意图；
[0022]图2是用于确定车轮损坏的根据本发明的方法的实施例的流程图；
[0023]图3是用于额外确定导轨损坏的根据本发明的方法的实施例的流程图；以及
[0024]图4是用于同时确定车轮和导轨损坏的根据本发明的方法的实施例的流程图。
【具体实施方式】
[0025]为了观察其状态，铁路车轮10已经附接了传感器12、14，用于分别测量车轮加速度和旋转位置。
[0026]图2所示曲线16表示车轮振动随时间变化的过程，如由加速计12测量。连同表示车轮10的旋转位置的曲线18 —起，这些数据形成用于确定车轮损坏的基础。模式匹配技术用于振动曲线16内的被检测到的冲击事件20，这些冲击事件超过某些预定参数。通过与车轮的物理模型22的组合，这样的事件20可以被归类为例如故障类型，并且随后使用如图表24所示的频率统计而得到分析。如果与车轮10的一定旋转角度相关联的某种类型事件的频率超过阈值，则有必要对相关车轮进行维护。
[0027]如图3所示，不仅可对车轮10执行这样的分析，而且还可以对所述车轮在其上行进的导轨11进行这样的分析。为此，不仅依赖于车轮旋转位置而且还依赖于由全球定位系统客户端26确定的地理位置分析冲击事件20。然后，进行频率分析，绘制相对于导轨上的地理位置的事件频率，如图表28所示。如果对于导轨的特定区段，冲击事件频率超过一定阈值，则该区段被标记以用于检查。
[0028]最后，图4示出了整个系统的综合展示，包括基于车辆的数据记录和监测装置30，其记录并存储来自车轮10的加速度数据，并且将这些数据传输至物理模型22。在检测到可能的车轮损坏时，产生报警信号32，并将其提交给列车司机。
[0029]单独的铁路监测系统34还接收来自物理模型32的被处理的冲击事件，并且使它们与从GPS接收器单元26接收的地理数据相关联。根据当前需求，系统34产生疑似缺陷的轨道段的列表36。
[0030]部件列表
[0031]10 车轮
[0032]11 导轨
[0033]12加速计
[0034]14旋转位置传感器
[0035]16 曲线
[0036]18 曲线
[0037]20 事件
[0038]22 模型
[0039]24频率分析
[0040]26 GPS接收器单元
[0041]28频率分析
[0042]30记录和存储单元
[0043]32报警信号
[0044]34铁路监测系统
[0045]36 列表
【权利要求】
1.用于调查铁路车辆的轮轨接触的方法，包括以下步骤: a)记录所述车辆的至少一个车轮(10)的垂直和/或横向加速度(16)； b)存储所记录的加速度(16)以及车轮(10)的相关旋转位置(18)； c)识别超过预定参数的加速度事件(20)； d)对于每个所识别的事件:通过使用车轮(10)的计算物理模型(22)对所述事件进行分类。
2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于，执行与所述车轮(10)的给定旋转位置(18)相关联的事件(20)的频率分析(24)，并且如果在一个相关旋转位置下，至少一个给定事件(20)的频率超过预定阈值，则检查所述车轮(10)。
3.根据权利要求1或2所述的方法， 其特征在于，存储所述车轮(10)的垂直和/或横向加速度(16)以及所述车轮的相关地理位置。
4.根据权利要求3所述的方法， 其特征在于，执行与所述车轮(10)的给定地理位置相关联的事件(20)的频率分析(28)，并且如果在一个相关地理位置下，至少一个给定事件(20)的频率超过预定的阈值，则检查在给定地理位置的导轨(11)。
5.根据权利要求3或4所述的方法， 其特征在于，通过GPS来确定所述地理位置。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法， 其特征在于，根据垂直和横向加速度(16)计算对角加速度，并且将对角加速度连同相关的旋转位置(18)和/或地理位置一起存储起来。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法， 其特征在于，将所述加速度(16)和相关的旋转位置(18)和/或地理位置本地存储在列车搭载的存储单元(30)中。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法， 其特征在于，将所述加速度(16)和相关的旋转位置(18)和/或地理位置发送至位于列车外部的数据处理和存储单元(34)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法， 其特征在于，在步骤c)，通过模式匹配算法来识别加速度事件(20)。
【文档编号】B61K9/08GK104271428SQ201280072357
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2012年4月25日 优先权日:2012年4月25日
【发明者】O.V.库什尼科夫, A.V.洛吉诺夫, A.S.米尼恩, I.I.莫克霍夫 申请人:西门子公司