一种打磨小车走行和作业在轨状态监测装置及方法与流程

本发明涉及轨道交通领域，具体涉及一种打磨小车走行和作业在轨状态监测装置及方法。

背景技术：

1、随着轨道交通的高速发展，由于轨道交通运行车辆多、载运量高、运行密度大、线路条件复杂等因素影响使得车辆与轨道之间的相互作用加剧，钢轨伤损问题日趋严重。

2、钢轨伤损不仅会对车辆的运行平稳性与舒适性产生影响，其引起的轮轨间振动对车辆轨道部件的寿命也有很大的影响，直接关系到铁路运输的质量、成本甚至是安全问题。为延缓钢轨伤损的发展、延长钢轨使用寿命，检修部门在钢轨表面状态恶化后通常利用钢轨打磨车对钢轨进行打磨修复。钢轨打磨车主要由大车和打磨小车构成，而打磨小车在走行过程中有两种状态：自走行状态和作业状态。打磨小车自走行过程中，在导向轮与钢轨的相互作用以及大车与小车间的连接部件的作用下，打磨小车的运行稳定性和安全性均会受到影响；而在作业过程中，除了自走行受到的影响之外，磨石与钢轨间相互作用力对打磨小车作业安全性的影响更为突出。目前，我国使用的钢轨打磨车在实际运用中曾多次发生打磨小车脱轨事故，不仅未实现修复钢轨的目标，反而对钢轨造成更严重的伤害，为此更换钢轨增加了成本，同时给打磨车作业人员带来极大的安全风险。而只有对打磨小车走行和作业时的在轨状态进行实时在线监测才能减少安全事故的发生率，提高车辆及打磨小车的运行安全性，对脱轨事故的出现进行有效预防。

3、目前，针对打磨小车走行和作业在轨状态的检测和评价方法还比较粗糙，亟待进一步完善，原因一是测量参数不直观，传统的轮重减载率、脱轨系数等指标是通过测力轮对的测量数据计算得出，是对脱轨的间接评估且误报问题一直未得到很好的解决，国内外学者在理论上研究了可以通过车轮抬升量和轮轨接触点来判断是否脱轨，但在工程实际中车轮抬升量和轮轨接触点一般难以精确测量；二是误报率高，现有技术cn105480250a公开了一种基于承载鞍定位检测的防脱轨转向架及脱轨检测方法，该专利利用连续三次距离值判断转向架是否脱轨，但由于车轮常会受到钢轨表面的凹凸不平顺激扰而产生短暂跳跃引发频繁误报；cn109032057a公开了一种对轨道打磨车的打磨小车脱轨的监控方法、装置和系统，该专利利用传感器报警数量和持续时间生成并发生报警信息，但无法对脱轨趋势进行有效预警；cn114368411a公开了一种列车脱轨安全的监测预警方法与装置，该专利利用了激光仪和摄像机识别轮轨接触型面，换算轮轨相对横向位移数据来评定脱轨安全等级，但摄像机对工作环境的要求较高，打磨车作业时产生的磨屑和灰尘会影响摄像机的检测精度，大大提高脱轨的误报率；三是脱轨评价视角孤立，没有考虑打磨小车整体的情况，都是仅仅关于一个车轮在轨状态的判断，没有对同一车轴的车轮在不同工况下的在轨状态联动分析，没有结合所有车轮在轨情况对打磨小车的整体运行形式联动分析。因此，现有方法对打磨小车走行和作业在轨状态的监测准确率较低。

技术实现思路

1、针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种打磨小车走行和作业在轨状态监测装置及方法解决了现有方法对打磨小车走行和作业在轨状态的监测准确率较低的问题。

2、为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

3、提供一种打磨小车走行和作业在轨状态监测装置，其包括固定支架、激光传感器组件，以及数据处理设备；固定支架和激光传感器组件的数量均与打磨小车的车轮数量相同；

4、固定支架，设置在打磨小车构架上，用于固定激光传感器组件；

5、每个激光传感器组件均包括两部激光距离传感器，第一部激光距离传感器用于获取并输出车轮名义滚动圆到钢轨轨顶最高点的距离；第二部激光距离传感器用于获取并输出车轮轮缘顶点到钢轨轨底的距离；

6、数据处理设备，用于根据激光传感器组件输出的数据进行打磨小车走行和作业在轨状态监测。

7、提供一种基于一种打磨小车走行和作业在轨状态监测装置的监测方法，其包括以下步骤：

8、s1、通过激光传感器组件获取打磨小车每个车轮处对应的车轮名义滚动圆到钢轨轨顶最高点的距离和车轮轮缘顶点到钢轨轨底的距离；

9、s2、根据激光传感器组件输出的数据值和数据斜率获取打磨小车各个车轮的状态值；

10、s3、根据打磨小车各个车轮的状态值进行打磨小车运动状态识别，实现打磨小车走行和作业在轨状态监测。

11、本发明的有益效果为：

12、1、本发明采用轮轨相对垂向位移作为脱轨评判数据来源，相比脱轨系数和轮重减载率是一种观察轮轨接触状态更为直接的方法，相比摄像机和轴箱振动加速度等检测车轮横向位移的间接计算方法是一种更适合打磨小车工作环境和能够直接测量的指标，可以直接关联车轮抬升量。

13、2、本发明采用了同轴车轮相对垂向位移结果相互参考、结合持续时间和数据变化斜率的方式来综合评价车轮的在轨状态，对车轮在轨状态评价更为合理，排除了车轮过轨缝、道岔的影响，兼容了轨旁存在扣件、夹板、尖轨、拉杆、连杆、顶铁、限位器、间隔铁、轨撑筋板、轮缘槽的工况，极大的保证了车轮在轨状态的判断准确率。

14、3、本发明考虑了打磨小车整体的运行形式，能够快速、准确、清晰给出整车监测结果，这也更加符合检修部门的工作需要，同时给出了应对方案，只要存在脱轨就能够得知脱轨对象、原因、打磨小车当前运行形式和应采取应急措施，提高了工作效率，保护了工作人员的作业安全。

技术特征：

1.一种打磨小车走行和作业在轨状态监测装置，其特征在于，包括固定支架、激光传感器组件，以及数据处理设备；固定支架和激光传感器组件的数量均与打磨小车的车轮数量相同；

2.根据权利要求1所述的一种打磨小车走行和作业在轨状态监测装置，其特征在于，车轮名义滚动圆到钢轨轨顶最高点的初始距离ds为100mm；轮缘顶点到的钢轨轨顶最高点的初始距离hf为27mm；第一部激光距离传感器和第二部激光距离传感器等高设置，第一部激光距离传感器测得的初始距离即为车轮名义滚动圆到钢轨轨顶最高点的距离；第二部激光距离传感器测得的初始距离减去ds和hf即为车轮轮缘顶点到钢轨轨底的距离。

3.根据权利要求1所述的一种打磨小车走行和作业在轨状态监测装置，其特征在于，数据处理设备包括数据斜率获取单元、车轮状态值获取单元、打磨小车整体运动状态获取单元；

4.一种基于权利要求1~3任一所述的一种打磨小车走行和作业在轨状态监测装置的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的监测方法，其特征在于，步骤s2的具体方法包括以下子步骤：

6.根据权利要求5所述的监测方法，其特征在于，步骤s3的具体方法包括以下子步骤：

7.根据权利要求6所述的监测方法，其特征在于，在步骤s3之后还包括步骤：

8.根据权利要求5所述的监测方法，其特征在于，hmax的值为170mm，hy的值为12mm。

技术总结
本发明公开了一种打磨小车走行和作业在轨状态监测装置及方法，涉及轨道交通领域，其包括固定支架、激光传感器组件，以及数据处理设备；固定支架设置在打磨小车构架上，用于固定激光传感器组件；每个激光传感器组件用于获取并输出车轮名义滚动圆到钢轨轨顶最高点的距离和车轮轮缘顶点到钢轨轨底的距离；数据处理设备用于根据激光传感器组件输出的数据进行打磨小车走行和作业在轨状态监测。本发明考虑了打磨小车整体的运行形式，能够快速、准确、清晰给出整车监测结果，排除了车轮过轨缝、道岔的影响，兼容了轨旁存在扣件、夹板、尖轨、拉杆、连杆、顶铁、限位器、间隔铁、轨撑筋板、轮缘槽的工况，极大的保证了车轮在轨状态的判断准确率。

技术研发人员：李俊,张春涛,王竹林,赵鑫江,白祥,王小康
受保护的技术使用者：成都西交轨道交通技术服务有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14