铁路轨道的表面状况监测的制作方法

本发明一般涉及表面监测领域，尤其是用于铁路轨道上的表面状况监测设备，以帮助监测和维持轨道与车轮界面的最佳状态。

背景技术：

1、铁路轨道的表面状况对轨道网络运营商提出了真正的挑战，他们必须确保轨道得到良好维护，并保持在轨道车辆通行的最佳状态。通常由钢材制成的铁路轨道受到过往车辆的相当大的作用力，可导致表面和结构磨损，同时也暴露在不利和频繁变化的天气条件下，以及全年的其他环境危害。轨道与车轮界面，通常是钢对钢的界面，提供一种节能组合，但事实证明，这种界面对污染非常敏感。降水、露水、落叶、局部温度变化、极端天气条件、植被和其他碎屑，都是可能影响轨道表面状况，从而影响轨道车辆通过的一些事件。这些污染物中的大多数都含有大量的水，这会影响车轮在轨道表面的附着力。

2、污染物可以称为第一层和第二层(分别是铁路轨道和铁路车辆车轮，反之亦然)之间的“第三层”。

3、轨道车辆的平稳、安全和高效运行依赖于钢轨和钢轮之间的摩擦。使用传统制动器的轨道车辆的可预测和优化制动的基础是创建可靠的轨道-车轮界面，该界面具有足够的摩擦力以达到所需的减速率。当轨道变得光滑或油腻时，摩擦可以减少，这通常是因为雨水、露水、油等液体，甚至是落叶腐烂掉在线路上，并可能变得压实。这可导致水溶性叶片组分与钢轨涂层之间发生化学反应。这种涂层是半永久性的，因此可需要时间才能被列车通过充分磨损。就湿气和碎屑而言，铁路轨道表面条件的这种差异和不可预测性可给网络运营商带来真正的挑战。在发生这种情况之前，他们必须预测超车车辆所经历的低摩擦条件导致车辆打滑的可能性，并采取措施将影响降至最低。他们必须对轨道状况进行持续监测，以标记出关注的区域，并再次采取措施纠正这些区域。他们必须确保列车沿线路有足够的间隔，以确保根据多变的地面条件考虑到所需的停车距离。由于这些条件随时都可能发生变化，特别是由于天气多变而导致的环境条件，因此发生问题非常常见。铁路网络运营商很快就会延误或取消列车，而不会危及乘客安全。时间表经常会因季节不同而改变，例如在英国，常规的秋季时间表会采取措施来预测落叶季节的延迟。这给铁路行业带来了相当大的成本。据估计，单单在英国，每年在线休假的直接成本约为6000万英镑，估计相当于3.5亿英镑左右的社会成本。

4、当列车首次出发并开始移动时，轨道与车轮界面处的摩擦损失会影响牵引力，对于货运列车，这会影响牵引能力。车轮可能会旋转，在某些情况下，列车无法移动。这些低摩擦条件会导致车轮与轨道界面之间的附着力差，也会导致制动和停车时出现问题。摩擦力的大量损失导致制动力降低，这意味着停车距离要长得多，在铁路网内调度列车时必须考虑到这一点。在极端情况下，车轮甚至可能抱死，导致火车滑入轨道。这可能会对车轮和轨道造成相当大的损坏。如果驾驶员没有留出足够的距离使列车停止，车站站台也可能会超调。

5、当雪和冰沉积在轨道上时，会导致出现这种低附着力条件，使轨道车辆在制动过程中容易滑动或打滑，同时也会导致列车难以起步。但不太明显的情况，如一段时间的干旱天气后的小雨，或铁路上的晨露，也可能导致铁路网面临严峻的铁路条件。对轨道表面状况的影响可能只是短期的，但这种影响的不可预测性可能足以使过往轨道车辆发生重大事故。试验表明，低附着力事件与露点的发生有着密切的关系，露点是指空气中的水蒸气冷凝到轨头上，形成液膜。这种油膜会导致车轮与轨道之间的界面失去牵引力。

6、其他影响因素被认为包括从闸瓦到盘式制动器的移动，这意味着轨道的某些表面清洁和调节不再因磨损而发生。人们还认为，铁路网络运营商不再需要进行足够的线路维护，而这在蒸汽机车时代是必不可少的，以防止植被起火。植被的额外生长增加了叶片的供应量，叶片落到生产线上的数量增加，从而加剧问题。它还可影响某些地区的露点和当地气候。在极端情况下，树叶物质的积累会使车轮与轨道电绝缘，从而导致信号故障。当树叶物质将车轮与轨道电绝缘，从而导致信号故障时，这可能会导致诸如错误侧轨道电路故障(wstcf)之类的事件。当列车因无法停车而滑过信号机时，也可发生其他事件，如信号危险通过或spad。

7、轨道车辆通常配备车轮防滑保护装置，以应对光滑的轨道条件。当车轮被锁定时，可以将平点磨成钢圈，尤其是当车轮进入轨道的防滑部分时，车轮仍在滑动。这可能会导致车轮扁平，车轮形状与原来的轮廓不同，从而导致严重振动，需要重新修整车轮，甚至需要以相当大的费用更换车轮。

8、为了应对这种多变的环境，已经尝试了多种不同的轨道表面处理方法，许多方法正在运行中。这些方法包括使用喷射器清除任何沉积物或碎屑，例如在某种形式的机械擦洗装置旁边使用喷水器。还对钢轨进行了激光喷砂试验。或在轨道和/或车轮上涂上高摩擦材料，例如将沙子作为糊状物或其他方式沉积，或在轨道上涂上附着力改性化学品。在制动和加速过程中，沙子有助于粘合。然而，使用沙子可能会增加不必要绝缘的风险，因此也可能含有金属颗粒。例如，粘着改性剂，如sanditetm,沙子、铝颗粒和粘合剂的组合。用沙子和诸如sandite之类的物质对轨道进行喷砂或涂层tm被认为不能提供经济合理的解决方案，也不能认为将这些物质释放到环境中是对环境友好的。目前使用的替代涂层包括track grip60tm(tg60tm)一种钢轨粘着增强剂或electragel，由悬浮在凝胶中的钢颗粒和沙子组成。为了解决轨道上湿气和结露的问题，从而改善牵引和阻抗性能，钢轨通常采用疏水产品进行处理。在轨道上涂敷这些涂层或处理通常需要专用列车或轨道车辆，也可能需要手动或手动涂敷。在英国，这些车辆通常包括轨头处理列车或rhtt，或多用途车辆或mpv。同样，铁路网络运营商面临的挑战是，要将其纳入网络的整体运营中，确保此类铁路车辆的通行，或在轨道不使用的时候应用此类涂层和物质。

9、在经常出现显著低附着力的特定地点或轨道部分，如车站引道上，可能安装了牵引凝胶涂敷器。当轨道车辆通过时，这些液体将作用于轨头。

10、这些过程只在短时间内有效。一旦下一片树叶掉落，或由于过往列车的空气动力学湍流而沉积在轨道上，或其他碎屑沿线路降落，轨道上的喷射爆破就无效。沙和其他处理产品直接沉积在轨道或轨头上可能更耐用，但这些物质很容易被雨水冲走。

11、对于大多数表面调节过程，调节表面的初始决定是推测性的，并且主要基于视觉。操作员查看一段轨道，或根据最近或即将发生的环境条件做出决定。或者，轨道按预定间隔进行调节，而不考虑轨道部分达到不良水平的任何特定指标。

12、现有技术展示了许多试图以各种方式满足这些需求的设备。

13、gb 2 355 702(laserthor ltd)公开了一种通过去除导轨表面的污染物来清洁导轨的方法。该方法包括产生高强度脉冲激光束并将激光束定向到轨道表面以至少破坏部分污染物的步骤。可操作激光束以响应污染物检测。该控制系统包括光源和灯管，该灯管将光束从光源引向钢轨表面，光束在钢轨表面反射。另一根管子收集反射光束，并将其传递给构成分光计一部分的棱镜。许多物质(如树叶或其他污染物)的特性可以通过使用分光计分析从物质制成的物体表面反射的复合光束中的波长来确定。控制单元确定光束被反射的物质的性质。虽然提供了一种确定轨道表面污染类型的方法，但这种布置存在精度问题和大量感应噪声，导致结果不清楚。它也在一定程度上限制了它能够检测到的污染物或材料的范围。

14、虽然现有技术试图解决检测轨道上是否存在各种污染物的问题，但它无法评估铁路网络的当前状况和预测未来状况。

技术实现思路

1、本发明的优选实施例旨在提供可在这方面改进的表面监测设备网络。

2、根据本发明的一个方面，提供监测铁路轨道表面状况的监测设备网络，每个监测设备包括分光计，所述分光计被配置为监测至少一个频率，该频率指示所述铁路轨道上是否存在污染物，并提供指示所述铁路轨道是否存在污染物的输出，以及每个监测设备包括发射机，被布置成将其输出传输到中央数据库。

3、优选地，每个分光计被配置为监测指示所述铁路轨道上存在污染物的多个频率。

4、优选地，每个分光计是raman。

5、优选地，所述监测设备包括以下一种或多种：手持设备、铁路车载设备、轨旁设备、无人机安装设备、uav安装设备、卫星安装设备。

6、优选地，所述待监测污染物包括纤维素、醋酸纤维素和酪氨酸中的至少一种。

7、每个监测设备可被配置为将监测值与一个或多个预定值进行比较，并提供相应的设备输出，以指示被监测的铁路轨道的状况是否高于或低于预定的可接受水平。

8、优选地，每个分光计输出指示污染物的类型和数量。

9、优选地，每个监测设备包括操作界面，从而用户能够控制所述监测设备的操作。

10、根据本发明前述任一方面的网络还可以包括至少一个表面调节装置，可操作以响应所接收的数据调节一个或多个铁路轨道的表面。

11、所述表面调节装置可操作以通过输送至轨道的等离子体来调节铁路轨道。

12、优选地，至少一些所述发射机是无线发射机。

13、优选地，所述中央数据库被配置为随时间存储来自所述监测设备的数据，从而建立由所述监测设备监测的轨道条件的历史数据。

14、优选地，根据本发明前述任一方面的网络还包括比较器，被配置为将网络上的当前轨道条件与所述网络上的历史轨道条件进行比较，从而提供轨道条件的可能发展的指示。

15、该方法涉及一种监测轨道网络的铁路轨道的表面状况的方法,该方法包括操作根据本发明的前述方面中任一项所述的网络的监测设备，以指示所述网络中不同位置的轨道上是否存在污染物。

16、该方法可包括操作至少一个表面调节装置以响应从所述监测设备接收到的数据来调节轨道表面的另外步骤。

17、所述表面调节可以是在铁路车辆沿所述铁路轨道行驶时在其上进行的。该方法可以在所述铁路车辆沿所述铁路轨道多次通过时进行。