铁路机车撒砂监测系统和铁路机车的制作方法

本申请涉及铁路机车领域，特别是涉及一种铁路机车撒砂监测系统和铁路机车。

背景技术：

铁路机车加速、减速、爬坡等环节中起着至关重要的作用。撒砂的目的是增加车轮与钢轨之间的粘着系数，列车起动困难或上坡车轮打滑时，需要通过机车撒砂装置向机车车轮与钢轨接触面上撒砂，从而增加机车轮对与铁轨的粘着力以提高机车的牵引力或制动力，若机车在运行中若撒砂器不下砂或者撒砂量不足，将导致机车粘着系数降低，使机车发挥的牵引力不足，尤其在雨雪等恶劣天气或上坡启动时，更容易导致机车轮对空转或坡停导致机车停在线路上，严重影响线路正常行车。机车紧急制动时需要撒砂增加机车轮对与铁轨的摩擦力从而有效地缩短制动距离，保证机车安全。现有的铁路机车的撒砂状态通常需要人工检修观察，工作效率较低。

技术实现要素：

基于此，针对上述问题，提供一种铁路机车撒砂监测系统和铁路机车。

一种铁路机车撒砂监测系统，所述铁路机车包括相对的第一端和第二端，所述铁路机车包括车体和设置于所述车体的第一车轮组，所述铁路机车还包括行驶控制系统，包括：

至少两个撒砂组件，分别设置于所述第一车轮组的朝向所述第一端的一侧和朝向所述第二端的一侧；以及

控制装置，分别与所述至少两个撒砂组件以及所述行驶控制系统连接，所述控制装置用于根据所述行驶控制系统控制的所述第一车轮组的工作状态、以及所述撒砂组件输出的检测信号，实时判断所述撒砂组件的工作状态。

在一个实施例中，所述撒砂组件包括撒砂管，所述撒砂管的一端朝向所述第一车轮组与地面接触的位置设置，所述撒砂管的另一端用于连接储存箱。

在一个实施例中，所述撒砂管包括相互连接第一管段和第二管段，所述第一管段为直线管段，所述第二管段为曲线管段，所述第二管段和所述第一管段之间的夹角为100°到170°度。

在一个实施例中，所述撒砂组件还包括传感器，所述传感器与所述控制装置连接，所述传感器设置于所述撒砂管，用于感应所述撒砂管内是否有砂，以及砂体的流动状态。

在一个实施例中，所述传感器包括壳体，所述壳体具有与所述撒砂管适配的凹陷结构，所述壳体通过所述凹陷结构套设于所述撒砂管的外壁，所述传感器设置于所述第一管段。

在一个实施例中，所述铁路机车还包括第二车轮组，所述第二车轮组与所述第一车轮组同向间隔设置，所述第二车轮组在朝向所述第一端的一侧和朝向所述第二端的一侧分别设置有所述撒砂组件。

在一个实施例中，包括：

当所述控制装置接收到所述行驶控制系统发送的刹车或者加速信号，且撒砂踏板被踩下控制撒砂时，，所述控制装置接收到代表撒砂正常的检测信号，则输出撒砂正常信号；

当所述控制装置接收到所述行驶控制系统发送的刹车或者加速信号，且撒砂踏板被踩下控制撒砂时，所述控制装置接收到代表撒砂异常的检测信号，则输出撒砂异常信号；

当所述控制装置未接收到所述行驶控制系统发送的刹车或者加速信号，且撒砂踏板未被踩下控制撒砂时，所述检测装置接受到代表所述撒砂组件中存在砂体的检测信号，则输出阻塞信号；

当所述控制装置在预设时间内，未接收到所述行驶控制系统发送的刹车或者加速信号，且所述撒砂组件也没检测到砂流过或者存留，则输出待机信号。

在一个实施例中，还包括设置于所述撒砂组件的温度传感器和吹气组件，所述温度传感器和吹气组件分别与所述控制装置连接，当所述检测装置输出阻塞信号，且所述温度传感器检测到的温度低于预设温度，则所述控制装置控制所述吹气组件对对所述撒砂组件内的撒砂管内吹气。

在一个实施例中，所述控制装置还包括实时监测装置，与所述控制装置连接，所述实时检测装置用于实时接受所述所述撒砂组件的工作状态。

一种铁路机车，包括所述的铁路机车撒砂监测系统。

本申请实施例提供的所述铁路机车包括相对的第一端和第二端。所述铁路机车包括车体和设置于所述车体的一个第一车轮组。所述铁路机车还包括行驶控制系统。所述铁路机车撒砂监测系统包括至少两个撒砂组件和控制装置。所述至少两个撒砂组件分别设置于所述第一车轮组的朝向所述第一端的一侧和朝向所述第二端的一侧。所述控制装置分别与所述至少两个撒砂组件以及所述行驶控制系统连接。所述控制装置用于根据所述行驶控制系统控制的所述第一车轮组的工作状态、以及所述撒砂组件输出的检测信号，实时判断所述撒砂组件的工作状态。所述控制装置可以将所述撒砂组件的工作状态向乘务人员或者其他管理人员输出，便于乘务人员或者其他管理人员实时掌握所述撒砂组件的工作情况，相比人工观察能够显著提高工作效率。

附图说明：

图1为本申请一个实施例提供的铁路机车侧视图；

图2为本申请实施例提供的撒砂组件在车体第一端示意图；

图3为本申请实施例提供的撒砂组件在车体第二端示意图；

图4为本申请实施例提供的撒砂组件示意图；

图5为本申请实施例提供的传感器示意图；

图6为本申请实施例提供的通讯模块示意图。

附图标记说明：

铁路机车10

第一端101

第二端102

车体110

车轮112

第一车轮组120

撒砂组件200

撒砂管210

第一管段212

第二管段214

传感器220

壳体210

凹陷结构211

第二车轮组120。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

请参见图1-3，本申请实施例提供一种铁路机车撒砂监测系统。所述铁路机车10包括相对的第一端101和第二端102。所述铁路机车10包括车体110和设置于所述车体110的一个第一车轮112组。所述铁路机车10还包括行驶控制系统。所述铁路机车撒砂监测系统包括至少两个撒砂组件200和控制装置。所述至少两个撒砂组件200分别设置于所述第一车轮组120的朝向所述第一端101的一侧和朝向所述第二端102的一侧。所述控制装置分别与所述至少两个撒砂组件200以及所述行驶控制系统连接。所述控制装置用于根据所述行驶控制系统控制的所述第一车轮组120的工作状态、以及所述撒砂组件200输出的检测信号，实时判断所述撒砂组件200的工作状态。

所述铁路机车10可以根据需要朝向所述第一端101或者所述第二端102运动。所述第一车轮组120可以包括多个联动的车轮112。所述铁路机车撒砂监测系统就是用来防止所述车轮112在加速或者减速时打滑。所述控制装置可以为plc等控制芯片。所述控制装置可以与所述撒砂组件200和所述行驶控制系统通讯连接。所述行驶控制系统可以是自动驾驶系统，也可以被乘务员控制。通过所述行驶控制系统可以控制所述车体110朝向所述第一端101或者所述第二端102运动。所述行驶控制系统用来控制所述第一车轮组120的工作状态。所述控制装置可以通过所述行驶控制系统获得所述第一车轮组120的工作状态。所述撒砂组件200是否撒砂或者撒砂的量，可以通过所述检测信号发送给所述控制装置。所述控制装置可以根据所述检测信号实时判断所述撒砂组件200的工作状态。所述撒砂组件200的工作状态可以包括撒砂状态、停止撒砂状态和存有砂体但是砂体没有流动的状态。

本申请实施例提供的所述铁路机车10包括相对的第一端101和第二端102。所述铁路机车10包括车体110和设置于所述车体110的一个第一车轮组120。所述铁路机车10还包括行驶控制系统。所述铁路机车撒砂监测系统包括至少两个撒砂组件200和控制装置。所述至少两个撒砂组件200分别设置于所述第一车轮组120的朝向所述第一端101的一侧和朝向所述第二端102的一侧。所述控制装置分别与所述至少两个撒砂组件200以及所述行驶控制系统连接。所述控制装置用于根据所述行驶控制系统控制的所述第一车轮组120的工作状态、以及所述撒砂组件200输出的检测信号，实时判断所述撒砂组件200的工作状态。所述控制装置可以将所述撒砂组件200的工作状态向乘务人员或者其他管理人员输出，便于乘务人员或者其他管理人员实时掌握所述撒砂组件200的工作情况，相比人工观察能够显著提高工作效率。

请参参见图4，在一个实施例中，所述撒砂组件200包括撒砂管210，所述撒砂管210的一端朝向所述第一车轮组120与地面接触的位置设置，所述撒砂管210的另一端用于连接储存箱。通过所述撒砂管210朝向所述对车轮112组的一端可以用于向所述第一车轮组120中的车轮112和地面接触的位置喷射砂子，以防止车轮112打滑。储存箱可以储存砂子，并箱所述萨砂管输送砂子。

在一个实施例中，所述撒砂管210包括相互连接第一管段212和第二管段214。所述第一管段212为直线管段，所述第二管段214为曲线管段。所述第二管段214和所述第一管段212之间的夹角为100°到170°度。所述第一端101为直管段能够减少砂的传输距离。所述第二管段214为曲线段，能够根据车轮112和地面的位置设置改变弯曲位置，使得砂子能落到车轮112正要碾压的位置。在一个实施例中，所述撒砂管210的规格为dn20-dn32。所述第二管段214可以接所述储存箱。

请参见图5，在一个实施例中，所述撒砂组件200还包括传感器220。所述传感器220与所述控制装置连接。所述传感器220设置于所述撒砂管210，用于感应所述撒砂管210内是否有砂，以及砂体的流动状态。所述传感器220能够感应到所述撒砂管210内是否有砂流体。在一个实施例中，所述传感器220可以采用微红光检测技术。

所述传感器220可以包括激光的发射模块和接收模块，所述发射模块和所述接收模块设置在所述撒砂管相对的两侧。当所述撒砂管中通过砂体时，所述发射模块发射的微红光会被所述砂体阻挡或吸收，因此所述接收模块接收的微红光量会减少。可以根据接收模块接受的微红光的量判断所述撒砂管中砂体的量。在一个实施例中，所述发射模块还可以发射微波或者x光等具有一定穿透性的光线。

在一个实施例中，所述激光的发射模块可以为微红光发射模块。所述微红光可以为微波红光。

在一个实施例中，所述接收模块接收的所述光线形成影像，通过对影像进行灰度处理，然后根据灰度图像的深浅轮廓得到撒砂管中砂体的分布。例如有砂体的位置灰度深，有空气的地方灰度浅。也就是可以判断撒砂管中不同位置的砂体量。根据砂体的分布判断撒砂管是否工作正常。在一个实施例中，所述传感器220还可以预判所述撒砂管中是否有堵的趋势。当所述撒砂管中砂体的分布为上游的砂体量大于下游的砂体量，且在连续10帧以上的图像中（持续时间可以为10秒），下游的砂体量增量体积小于20%时（根据灰度图像中砂体的轮廓），判断所述撒砂管出现堵塞。

在一个实施例中，所述传感器220可以为气砂混合流传感器220（cx-18ss01）。可以理解，在所述撒砂管中，由于砂量少、体积小、环境差，且砂子是非导体，并不是连续性满管流动。因此具有较高的检测难度。所述气砂混合流传感器220通过对光电技术的研究与分析，实现气砂混合流的监测。另外，气砂混合流传感器220灵敏、精确、适应性强，具有抗电磁和原子辐射干扰性能；径细、质软、重量轻机械性能；绝缘、无感应电气性能；耐水耐高低温化学性能；他能够在机车底部空间狭小内安装，电路连接简单容易，在气候高低温恶劣天气下不受影响，不受电磁干扰同时不会对机车电磁产生任何影响，在管道内漆黑无光地方几乎不受影响，灵敏度高；几何形状具有多方面的适应性，可以根据现场改变其形状；用于高压、电气噪声、高温、腐蚀恶劣环境；更重要具有防爆特性，安全系数极高。

另外，由于撒砂为非连续性，砂量小，砂子无规则的通过所述撒砂管210，为了监测数据的准确有效，可以利用amesim技术对撒砂电磁阀进行了建模和仿真，利用程序运算对检测信号准确性进行了对比运算及处理。

在一个实施例中，所述传感器220利用电压转换信号采集技术完成了电磁阀直流110v转换为所述控制装置的输入信号，用于撒砂状态逻辑关系的分析处理。在一个实施例中，所述控制装置可以为一体机。

在一个实施例中，所述控制装置可以具有输入装置。所述输入装置可以具有触摸功能，以使手指和任意不透明的物体进行触摸动作。通过所述输入装置可以设置系统功能及数据下载。

在一个实施例中，所述所述传感器220包括壳体210。所述壳体210具有与所述撒砂管210适配的凹陷结构211。所述壳体210通过所述凹陷结构211套设于所述撒砂管210的外壁。因此，所述传感器220可以更全面检测所述撒砂管210一周内的是否有砂以及砂的流动情况。检测更为准确。

在一个实施例中，所述传感器220设置于所述第一管段212。所述第一管段212最接近砂的出口处，将所述传感器220设置于所述第一管段212，能够有效提高检测的精确度。所述传感器220反应更为灵敏。

在一个实施例中，所述控制装置可以为人机交互一体机。所述人机交互一体机可以具有防暴、防水、防尘、抗电磁干扰等性能。所述输入装置可以具有显示效果好，亮度和对比度高，图像清晰度高等优点，可进行各种交互式操作。其工作原理，将气砂混流传感器220监测的光信号信号经光电信号转换为人机交互一体机可识别的信号，也就是所述检测信号。然后所述检测信号经过内部分析处理，把监测的信号转化为我们视觉感受的动态画面。所述动态画面可以显示撒砂动态效果，乘务人员可以直接看到纱管是正常，堵塞还是无砂。

在一个实施例中，当所述控制装置接收到所述行驶控制系统发送的刹车或者加速信号，且撒砂踏板被踩下控制撒砂时，所述控制装置接收到代表撒砂正常的检测信号，则输出撒砂正常信号；输出正常信号时，所述人机交互一体机可以显示绿色指示灯并显示“正常”。所述传感器220可以输出所述检测信号。当所述控制装置接收到所述行驶控制系统发送的刹车或者加速信号时，所述传感器220可以启动并为检测所述撒砂管210中的砂做好准备。

可以理解，当所述控制装置接收到所述行驶控制系统发送的刹车或者加速信号时，且需要撒砂时，同时乘务人员还可以踩踏撒砂踏板，使得撒砂踏板被踩下，使得撒砂组件撒砂。

当所述控制装置接收到所述行驶控制系统发送的刹车或者加速信号，且撒砂踏板被踩下控制撒砂时，所述控制装置接收到代表撒砂异常的检测信号，则输出撒砂异常信号。当所述传感器220在这种情况下没有检测到所述撒砂管210撒砂时，可以输出代表撒砂异常的检测信号。此时所述人机交互一体机可以显示红色指示灯并显示“无砂”并提示故障。

当所述控制装置未接收到所述行驶控制系统发送的刹车或者加速信号，且撒砂踏板未被踩下控制撒砂时，所述检测装置接受到代表所述撒砂组件200中存在砂体的检测信号，则输出阻塞信号。也就是说当所述行驶控制系统发出任何行车指令时，所述撒砂管210中始终有砂。说明砂阻塞撒砂管210。因此所述控制装置可以输出所述阻塞信号。此时所述人机交互一体机可以显示黄色指示灯并显示“阻塞”儿子。如果阻塞消失则故障自动消失。

当所述控制装置在预设时间内，未接收到所述行驶控制系统发送的刹车或者加速信号，且所述撒砂组件200也没检测到砂流过或者存留，则输出待机信号。则输出待机信号。此时所述控制装置可以维持在待机状态。

在一个实施例中，所述控制装置还包括实时监测装置，所述实时监测装置与所述控制装置连接。所述实时检测装置用于实时接收所述撒砂组件的工作状态。

通过所述铁路机车撒砂监测系统，可以为机车运输管理部门提供管理便捷。

现实中，机车进站或者出站时，或者机车工作人员换班时，都需要人工对机车的撒砂状态做检查，而通过所述铁路机车撒砂监测系统进行实时监测，可以将实时数据传到所述实时监测装置，所述撒砂组件的状态是否正常就一目了然了，不需要再通过人工围着机车再进行检查了。

在一个实施例中，包括设置于所述撒砂组件200的温度传感器220和吹气组件，所述温度传感器220和吹气组件分别与所述控制装置连接。当所述检测装置输出阻塞信号，且所述温度传感器220检测到的温度低于预设温度。说明可能由于温度过低造成砂堵冻住堵塞，则所述控制装置控制所述吹气组件对对所述撒砂组件200内的撒砂管210内吹气，将阻塞的砂吹走。

在一个实施例中，所述铁路机车10还包括第二车轮组120，所述第二车轮组120与所述第一车轮组120同向间隔设置。所述第二车轮组120在朝向所述第一端101的一侧和朝向所述第二端102的一侧分别设置有所述撒砂组件200。可以理解的是，所述撒砂组件200在所述第二车轮组120的位置和结构与所述撒砂组在所述第一车轮组120的位置和结构相同。这里不再赘述。

请参见图6，在一个实施例中，所述第一车轮组120和所述第二车轮组120均包括三对车轮112依次排列。没对车路设置于所述车体110的左右两端。所述第一车轮组120从所述第一端101到第二端102，三对车轮可以依次命名为第一对车轮、第二对车轮、第三对车轮，所述第二车轮组120从所述第一端101到第二端102，三对车轮112可以依次命名为第四车对车轮、第五对车轮、第六对车轮。在所述第一对车轮和所述第四对车轮位于所述第一端101的方向的一侧，在左右两个车轮分别设置一个所述撒砂组件200。在所述第一对车轮设置左侧第一传感器220、右侧第一传感器220、所述第四对车轮设置左侧第四传感器220、右侧第四传感器220。在所述第三对车轮和所述第六对车轮靠近所述第二端102的方向的一侧，在左右两个车轮分别设置一个所述撒砂组件200。所述第三对车轮设置左侧第三传感器220、右侧第三传感器220。所述第六对车轮设置左侧第六传感器220，右侧第六传感器220。因此能够确保所述车体110左右两侧能够均匀提高摩擦力，使车体110受力均衡。

人机交互一体机可以通过第一端101转换器与左侧第一传感器220、右侧第一传感器220、左侧第三传感器220、右侧第三传感器220通讯。所述人机交互一体机可以通过第二端102转换器与左侧第四传感器220、右侧第四传感器220、左侧第六传感器220、右侧第六传感器220通讯。

本申请实施例还提供一种铁路机车10，包括上述实施例所述的铁路机车撒砂监测系统。

本申请实施例提供的所述铁路机车撒砂监测系统。能够动态显示机车撒砂状态，记录撒砂异常时间，针对具体的撒砂口进行数据分析，防止机车运行时撒砂故障造成的牵引力不足，防止机车轮对空转或打滑，防止机车摩擦引起机车轮直径偏差。可以确保机车运行时正常撒砂，并且在机车运行过程中起监视作用，防止机车在爬坡或制动时发生故障。

所述铁路机车撒砂监测系统达到了在线监测机车撒砂运行状态的目的，极具实用价值，实时展现撒砂运行数据，记录撒砂异常情况，及时掌握机车撒砂状态，预防故障发生，有效降低机破、临修率，保障机车行车安全。

1)提升了撒砂系统故障发现及时性，及时处理，保障机车行车安全。

2)简化了人工检修流程，提升检修效率，降低了检修成本。

3)避免了检修时造成的砂子浪费及环境污染。

4)为机车运行状态提供大数据分析基础，提升机车智能化管理水平。

直接经济效益：

1)节约机车整备作业时间

2）节约机车用砂成本

间接经济效益：

1.提高了撒砂系统管理效率，降低了管理费用；

2.降低了撒砂检测维修费用，节省工人维护时间；

3.早诊断、早预防，降低机车的故障率，保障机车运行安全，增运增效；

4.无需机车入库前进行单独撒砂试验，避免了砂子浪费及环境污染和制砂厂的污染，减轻环卫人员工作量。

项目的社会效益

机车用砂为非再生资源，机车撒砂监测诊断系统的安装使用，能够有效的节约砂子，并减少制砂的污染。极大地提高了机车运行安全，减小了工人的劳动强度，提高了机车的可靠性，从而提高了机车出勤保障率，增运增效，同时避免了检修时的砂子浪费及环境污染，创造明显的社会效益。

发明人研究发现，每台机车每天检查撒砂1-2次，每次检查需要实验用砂5升左右，全国机车约4万多台，使用该监测诊断系统后无需机车入库前进行单独撒砂试验，全国每天可节约30万元机车用砂成本，一年可节约1亿元机车用砂成本，同时避免了检修时的砂子浪费及环境污染，创造明显的社会效益。

同理，每台车每次检查需要5分钟，需要两名人员进行试验检测，按全国机车约4万台计算，使用该监测诊断系统后无需机车入库前进行单独撒砂试验，用该监测诊断系统后无需人工检测，全国每天累计节约整备时间约3000小时，每年可节约整备时间100万时，大大减少了乘务人员的工作量，提高了生产效率，增运增效。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本申请的保护范围。