一种道岔连接销智慧监测系统及其监测方法与流程

1.本发明属于道岔监测技术领域，具体涉及一种道岔连接销智慧监测系统及其监测方法。


背景技术：

2.道岔尖轨密贴是行车安全的重要保证。随着我国铁路进入高速铁路的发展时期和行车密度的不断增加，采用以往的道岔养护方法，安排维修“天窗”与维修人员安全等方面的问题日益突出。道岔状态监测系统实现实时监测道岔动态信息，及时发现异常并报警，解决道岔养护问题。
3.道岔状态监测系统是为了避免或减少道岔挤岔、道岔缺口调整不达标或表示杆旷动造成卡口、滑床板有异物磨卡、道岔油量不足等问题造成的影响行车的故障，为减少道岔维保人员的工作量，提高运营效益，该道岔状态监测系统通过阻力、缺口和对道岔各项技术指标的监测，及时准确的掌握道岔实际工作运行状态，通过对道岔实时数据分析有效的完成了预警功能，真正可以达到防患于未然，提高了道岔状态检修的效率。现有的道岔状态监测系统，外接电源和太阳能等供电都会有额外的零部件和电线安装在铁轨附近，影响到列车运行，其采用的视觉监测等方法也只能做到表面判断。
4.现有的铁路标准要求更加的严格，以往的道岔状态监测系统的供能方式不再符合铁路的设计要求，监测的数据在灵敏度方面较低，基本不具有提前预警的时间等问题都需要设计新的系统进行克服。


技术实现要素：

5.为克服上述存在之不足，本发明的发明人通过长期的探索尝试以及多次的实验和努力，不断改革与创新，提出了一种道岔连接销智慧监测系统，其具有使用便捷、数据准确完整、长时间实时监测等能力，做到道岔的提前预警，精准维护，保证列车的行车安全。
6.为实现上述目的本发明所采用的技术方案是：提供一种道岔连接销智慧监测系统，其包括以下结构：
7.数据收集模块：用于收集转辙机转换动作时的道岔阻力数据以及列车通过道岔的振动参数，利用振动参数拟合校正道岔阻力数据，保证道岔阻力数据的准确性；
8.信号传输模块：利用无线信号将数据收集模块采集的道岔阻力数据发送到汇聚设备，汇聚设备再通过既有渠道并入监测系统上位机；
9.电源模块：电源模块用于对连接销内部的各个模块供电，其包括振动发电机和储能元件；
10.唤醒休眠模块：通过监测振动加速度，结合监测振动发电机输出量实现各个模块的唤醒和休眠；
11.壳体：数据收集模块、信号传输模块、电源模块、唤醒休眠模块集成在壳体内部构成完整连接销。
12.根据本发明所述的一种道岔连接销智慧监测系统，其进一步的优选技术方案是：所述数据收集模块包括销轴式传感器以及加速度传感器，销轴式传感器用于收集道岔阻力数据，加速度传感器用于收集振动参数。
13.根据本发明所述的一种道岔连接销智慧监测系统，其进一步的优选技术方案是：所述唤醒休眠模块包括电压监测设备和加速度传感器，电压监测设备连接振动发电机，电压监测设备监测到的电压达到预设值则启动数据收集模块；加速度传感器用于监测加速度，加速度达到预设值则启动数据收集模块。
14.根据本发明所述的一种道岔连接销智慧监测系统，其进一步的优选技术方案是：所述加速度传感器单独设置或与数据收集模块共用。
15.根据本发明所述的一种道岔连接销智慧监测系统，其进一步的优选技术方案是：完整的连接销替换现有的连接销使用，壳体使用不锈钢材料,完整的连接销的最低剪切屈服力为65kn，最低剪切强度为85kn，完整连接销的额定量程为10kn。
16.一种道岔连接销智慧监测方法，其步骤包括：
17.(1)唤醒：在休眠状态下，以下任一项达到条件唤醒系统并开始监测：
18.采用加速度传感器作为前置触发：当加速度值达到启动阈值并持续达到预定时间时启动整个监测系统；
19.采用振动发电机作为触发：当振动发电机共振产生电压时，唤醒整个监测系统；
20.(2)监测：数据收集模块对数据进行收集，测量道岔阻力数据用于监测道岔转换运行状态；加速度/时间的变化/增加用于判断列车通过状态；
21.(3)判断状态：数据采集过程中，加速度/时间或发电机电压/时间的曲线下行时，判断列车通过走远。
22.休眠：当加速度/时间或发电机电压/时间的曲线降低至初始状态后且在15s内无变化时，系统进行休眠，等待下一次唤醒。
23.根据本发明所述的一种道岔连接销智慧监测方法，其进一步的优选技术方案是：休眠时启动整个监测系统的加速度判断标准为由0
‑
0.1m/s2，且持续2s时。
24.根据本发明所述的一种道岔连接销智慧监测方法，其进一步的优选技术方案是：休眠时启动整个监测系统的振动发电机电压的判断标准为由300mv
‑
380mv，且持续2s时。
25.根据本发明所述的一种道岔连接销智慧监测方法，其进一步的优选技术方案是：当加速度传感器触发系统运行且振动发电机未进行发电时，判断出是转辙机运行带来的加速度变化启动整体系统，此时监测数据反映的是转辙机的启动、工作、结束运行状态中转换阻力的变化情况。
26.根据本发明所述的一种道岔连接销智慧监测方法，其进一步的优选技术方案是：当振动发电机触发系统运行且振动发电机正常发电且持续时间大于10s后，发电量逐渐减小加速度传感器值趋近初始状态，判断列车经过，此过程监测的是列车经过道岔时道岔锁闭状态转换阻力情况。
27.根据本发明所述的一种道岔连接销智慧监测方法，其进一步的优选技术方案是：连接销采集转换力从而反应道岔转换阻力，通过上位机分析道岔转换阻力对应道岔转换动作过程得到道岔健康状态。
28.相比现有技术，本发明的技术方案具有如下优点/有益效果：
29.1、设置的所有的电子系统一体化集成在壳体内形成整体连接销，直接替代现有的连接销使用即可，安装方便，使用便利。
30.2、设置有振动发电机，利用列车经过的振动进行发电，配套设置储能元件即可实现自主独立运行，不会影响列车运行，符合更高标准的铁路设计要求，基本不用维护，损坏直接更换即可。
31.3.设置休眠机制，实现自主唤醒休眠，最大程度上保证续航。
32.3.设置两种唤醒方式，保证对道岔完整的运行状态进行监测，为道岔的维护、保养、状态判断提供完整、高精度的理论数据支持，做到提前维护检修排除故障，提高道岔寿命，保证列车行车安全。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
34.图1是本发明一种道岔连接销智慧监测系统的结构示意图。
35.图2是本发明一种道岔连接销智慧监测方法的转辙机启动的加速度曲线图。
36.图3是本发明一种道岔连接销智慧监测方法的转辙机启动的转换阻力数据曲线图。
37.图4是本发明一种道岔连接销智慧监测方法的列车通过的加速度曲线图。
38.图5是本发明一种道岔连接销智慧监测方法的列车通过的转换阻力数据曲线图。
具体实施方式
39.为使本发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
40.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中可以不对其进行进一步定义和解释。
41.实施例：
42.如图1所示，一种道岔连接销智慧监测系统，其包括以下结构：
43.数据收集模块：用于收集转辙机转换动作时的道岔阻力数据以及列车通过道岔的振动参数，利用振动参数拟合校正道岔阻力数据，保证道岔阻力数据的准确性；拟合校正是通过振动参数与时间轴关系，修正传感器采集到的道岔阻力数据，标记数据所处状态组。
44.信号传输模块：利用无线信号将数据收集模块采集的道岔阻力数据发送到汇聚设备，汇聚设备再通过既有渠道并入监测系统上位机；
45.电源模块：电源模块用于对连接销内部的各个模块供电，其包括振动发电机和储
能元件；
46.唤醒休眠模块：通过监测振动加速度，结合监测振动发电机输出量实现各个模块的唤醒和休眠；
47.壳体：数据收集模块、信号传输模块、电源模块、唤醒休眠模块集成在壳体内部构成完整连接销。
48.所述数据收集模块包括销轴式传感器以及加速度传感器，销轴式传感器用于收集道岔阻力数据，加速度传感器用于收集振动参数，数据收集模块利用收集到的用振动参数拟合校正道岔阻力数据。
49.所述唤醒休眠模块包括电压监测设备和加速度传感器，电压监测设备连接振动发电机，电压监测设备监测到振动发电机的电压达到预设值则启动数据收集模块；加速度传感器用于监测加速度，加速度达到预设值则启动数据收集模块，唤醒模块的加速度传感器单独设置或与数据收集模块共用均可，当然，数据收集模块的加速度传感器也可以与唤醒模块共用。
50.完整的连接销替换现有的连接销使用，壳体使用不锈钢材料,完整的连接销的最低剪切屈服力为65kn，最低剪切强度为85kn，完整连接销的额定量程为10kn。
51.一种道岔连接销智慧监测方法，其步骤包括：
52.(1)唤醒：在休眠状态下，以下任一项达到条件唤醒系统并开始监测：
53.采用加速度传感器作为前置触发：当加速度值达到启动阈值并持续达到预定时间时启动整个监测系统；
54.采用振动发电机作为触发：当振动发电机共振产生电压时，唤醒整个监测系统；
55.(2)监测：数据收集模块对数据进行收集，测量道岔阻力数据用于监测道岔转换运行状态；加速度/时间的变化/增加用于判断列车通过状态；
56.(3)判断状态：数据采集过程中，加速度/时间或发电机电压/时间的曲线下行时，判断列车通过走远。
57.休眠：当加速度/时间或发电机电压/时间的曲线降低至初始状态后且在15s内无变化时，系统进行休眠，等待下一次唤醒。
58.休眠时启动整个监测系统的加速度判断标准(启动阈值)为由0
‑
0.1m/s2，且持续2s时。
59.休眠时启动整个监测系统的振动发电机电压的判断标准(启动阈值)为由300mv
‑
380mv，且持续2s时。
60.当加速度传感器触发系统运行且振动发电机未进行发电时，判断出是转辙机运行带来的加速度变化启动整体系统，此时监测数据反映的是转辙机的启动、工作、结束运行状态中转换阻力的变化情况。
61.转辙机运行一次各过程组的加速度分析：
62.1.自身电机产生振动加速度时，传导至杆件由传感器捕捉；(第一过程组)
63.2.动作杆启动产生加速度时，传导至杆件由传感器捕捉；(第二过程组)
64.3.动作杆动作产生加速度微弱，该过程表现为加速度较低水平；(第三过程组)
65.4.锁闭时产生的瞬时加速度时，加速度值出现周期峰值；(第四过程组)
66.5.锁闭完成电机的惯性速度时，此时加速度值为较低水平；(第五过程组)
67.最终得到如图2所示的曲线图，通过该曲线可知通过加速度唤醒设备时的具体情况。
68.转辙机运行一次的转换阻力分析：
69.1.电机启动驱动油泵，转换力无变化，动作杆未动(0.5s～1s)；(第一过程组)
70.2.动作杆开始动作，推动道岔动作力(转换阻力线型增长)；(第二过程组)
71.3.动作杆动作至锁闭，力值上升至恒定峰值，锁闭道岔；(第三过程组)
72.4.锁闭后维持锁闭状态，力值位置一定值不变；(第四过程组)
73.5.锁闭完成电机的惯性速度，锁闭完成力值稳定，略有减小。(第五过程组)
74.对应的动作杆转换阻力变化如图3所示。
75.当振动发电机触发系统运行且振动发电机正常发电且持续时间大于10s后，发电量逐渐减小加速度传感器值趋近初始状态，判断列车经过，此过程监测的是列车经过道岔时道岔锁闭状态转换阻力情况。
76.列车通过一次的加速度分析：
77.1.转辙机动作到位后，加速度下降至较低水平，此时动作完成，列车尚未通过，中间空档；(第一过程组)
78.2.列车接近道岔钢轨共振传导，钢轨传导振动至加速度传感器(曲线线型增长)；(第二过程组)
79.3.当列车经过道岔时，加速度值达峰值，持续至列车完全通过，列车通过时加速度值最大；(第三过程组)
80.4.列车通过后伴随共振减弱，加速度逐渐降至0m/s2，曲线呈线型下降趋势；(第四过程组)
81.5.加速度降至0m/s2并持续30s，系统休眠(进入平静期)，不进行采集转换力。(第五过程组)
82.最终得到如图4所示的曲线图，通过该曲线可知通过加速度唤醒设备时的具体情况。
83.列车通过一次的转换阻力分析
84.1.列车通过时道岔锁闭，转换阻力无变化，转换力应当无变化，此时道岔运行良好，对应的是转换阻力(恒定)的曲线；
85.2.该过程如果监测到转换阻力变大，力值由0增加，病害为道岔挤岔。
86.3.该过程如果监测到转换阻力变小，力值上升至恒定峰值，转辙机锁闭问题、道岔挤岔，对应的是转换阻力(增大)的曲线。
87.4.转换阻力波动；(道岔锁闭状态不健康)。
88.如图5所示，三条动作杆转换阻力变化曲线分别对应了不同的道岔状态。
89.连接销采集转换力从而反应道岔转换阻力，通过上位机分析道岔转换阻力对应道岔转换动作过程得到道岔健康状态。
90.病害甄别：
91.将图2
‑
5所示曲线图作为正常曲线形态，将后续采集的到的运行曲线图与正常曲线形态进行对比，即可得知道岔是否正常运行。
92.一、启动过程组
93.1.启动过程动作机制，决定了加速度
‑
时间(m/s2‑
t)、转换阻力
‑
时间(n
‑
t)曲线的趋势。
94.2.甄别病害可通过判定曲线形态分析问题点。
95.3.任何在曲线上反应出的波动、变化，可结合时间对应到五大过程，进行分析病害。
96.4.通过判断曲线变异的程度，可判定病害发育阶段。
97.二、列车通过过程
98.1.通过过程动作机制，决定了加速度
‑
时间(m/s2‑
t)、转换阻力
‑
时间(n
‑
t)曲线的趋势。
99.2.该过程组内加速度
‑
时间(m/s2‑
t)曲线图，作为反应列车通过道岔状态的参照表，通过同该图比对，明确道岔过车状态，对应转换阻力
‑
时间(n
‑
t)曲线图，如果出现异常，即可判定，道岔状态。
100.在本发明的描述中，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”、“外”、“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设备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发明的限制。
101.在本发明中，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，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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。
102.以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。