铁路货运列车的车载踏面损伤安全监测装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型实施例提供了一种铁路货运列车的车载踏面损伤安全监测装置。该装置主要包括：二维测距装置、无线通讯装置、存储装置，所述二维测距装置与所述无线通讯装置、存储装置进行有线连接，安装于车轮踏面上方，在车轮转动时计算出二维测距装置到轮面各个点的距离，将计算得到的二维测距装置到轮面各个点的距离传输给所述无线通讯装置和存储装置。本实用新型的利用车载货运列车踏面损伤监测系统可以实时监测货运列车踏面损伤状况，结合电源、采电装置和受电装置，可以提供系统硬件长期的工作时间；利用无损安装方法，可以保证列车本身的安全性，消除车载装置对车辆本身可能带来的安全性问题。
【专利说明】
铁路货运列车的车载踏面损伤安全监测装置
技术领域
[0001] 本实用新型设及列车监测技术领域，尤其设及一种铁路货运列车的车载踏面损伤 安全监测装置。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着货运列车运行速度的不断提升，安全事故时有发生。货运列车踏面损 伤速度越高，键击作用越大，不但增加了车辆振动，缩短车辆部件使用寿命，而且损伤钢轨 及线路;货运列车的踏面损伤部位导致轮轨间粘着状态，使列车制动力下降，延长了制动距 离;货运列车踏面损伤不及时处理，会导致扩大剥离或擦伤深度，因此，货运列车踏面损伤 是影响铁路行车安全的重要因素。为了保障列车的运行安全，必须加强踏面损伤的监测工 作。
[0003] 然而，现有的踏面损伤监测装置大都立足于地面，无法检测货运列车运行过程中 由于弯道、变速等原因而引起的列车踏面损伤现象，存在一定的局限性和滞后性，可能对货 运列车运行安全造成重大影响。因此，研究重载列车踏面损伤的车载式监测系统，具有重要 的实际意义和应用价值。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型的实施例提供了一种铁路货运列车的车载踏面损伤安全监测装置，W 实现对铁路货车的车载踏面损伤进行有效的安全监测。
[0005] 为了实现上述目的，本实用新型采取了如下技术方案。
[0006] 本实用新型提供了如下方案：
[0007] -种铁路货运列车的车载踏面损伤安全监测装置，包括:二维测距装置、无线通讯 装置、存储装置，所述二维测距装置与所述无线通讯装置、存储装置进行有线连接，安装于 车轮踏面上方，在车轮转动时计算出二维测距装置到轮面各个点的距离，将计算得到的二 维测距装置到轮面各个点的距离传输给所述无线通讯装置和存储装置。
[000引进一步地，所述系统还包括供电装置，所述供电装置包括互相电路连接的电源、 采/受电装置，所述电源对所述二维测距装置、所述无线通讯装置进行供电，所述采电/受电 装置通过风力发电或者微波受电为所述电源充电。
[0009] 所述电源包括蓄电池、裡电池，所述采电装置包括风力采电装置、太阳能采电装置 或者摩擦采电装置，所述受电装置包括微波受电装置。
[0010] 进一步地，所述二维测距装置包括精密激光位移传感器或者拉绳位移传感器。
[0011] 进一步地，所述装置设置有外壳，所述外壳设置有无线通讯天线孔、传感器测量 孔、采电装置孔、电源按钮孔，各个孔周围采用密封圈进行保护。
[0012] 进一步地，所述系统还包括固定装置，所述固定装置安装于外壳内侧，并使用卡槽 和螺丝双重固定。
[0013] 进一步地，所述无线通讯装置包括天线。
[0014] 进一步地，所述系统包括防污、防震、防电磁、无损安装的装置。
[0015] 由上述本实用新型的实施例提供的技术方案可W看出，本实用新型的利用车载货 运列车踏面损伤监测系统可W实时监测货运列车踏面损伤状况，并实时报告到相关部口； 结合电源、采电装置和受电装置，可W提供系统硬件长期的工作时间；利用防污、防震、防 水、防电磁等设计，可W保证数据测量的准确性，延长硬件的使用寿命;利用无损安装方 法，可W保证列车本身的安全性，消除车载装置对车辆本身可能带来的安全性问题。
[0016] 本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，运些将从下面的描述 中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
【附图说明】
[0017] 图1、图2为本实用新型提供的一种车载踏面损伤安全监测装置的结构示意图；
[0018] 图3为本实用新型提供的一种踏面损伤的深度损伤判定算法流程图；
[0019] 图4为本实用新型提供的一种轮面矩阵转换到01矩阵的算法流程图；
[0020] 图5为本实用新型提供的一种踏面损伤的基于长度的损伤判定算法流程图；
[0021 ]图6为本实用新型提供的一种踏面损伤的基于长度的损伤判定算法流程图。
【具体实施方式】
[0022] 下面详细描述本实用新型的实施方式，所述实施方式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方式是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用 新型的限制。
[0023] 本技术领域技术人员可W理解，除非特意声明，运里使用的单数形式"一"、"一 个"、"所述"和"该"也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本实用新型的说明书中使用 的措辞"包括"是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或 添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们 称元件被"连接"或"禪接"到另一元件时，它可W直接连接或禪接到其他元件，或者也可W 存在中间元件。此外，运里使用的"连接"或"禪接"可W包括无线连接或禪接。运里使用的措 辞"和/或"包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
[0024] 本技术领域技术人员可W理解，除非另外定义，运里使用的所有术语(包括技术术 语和科学术语)具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还 应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中 的意义一致的意义，并且除非像运里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0025] 为便于对本实用新型实施例的理解，下面将结合附图W几个具体实施例为例做进 一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本实用新型实施例的限定。
[0026] 本实用新型提供的一种车载踏面损伤安全监测装置的结构示意图如图1、图2所 示，包括:二维测距装置101、无线通讯装置102、存储装置103。
[0027] 二维测距装置101包括但不限于激光二维扫描传感器等，安装于车轮踏面上方，在 车轮转动时，计算出二维测距装置到轮面各个点的距离;二维测距装置101与无线通讯装置 102、存储装置103进行有线连接，将计算得到的二维测距装置到轮面各个点的距离传输给 无线通讯装置102、存储装置103。
[0028] 所属无线通讯装置102包括但不限于GSM、GPRS、北斗、Zigbee、WiFi等，用于传输二 维测距装置测量的二维测距装置到轮面各个点的距离数据。
[00巧]所属无线通讯装置102还包括天线107。
[0030] 所述存储装置103包括但不限于SD卡等，用于存储二维测距装置测量的二维测距 装置到轮面各个点的距离数据。
[0031] 所述车载踏面损伤安全监测装置还包括供电装置，供电装置包括互相电路连接的 电源104、采/受电装置105。电源104包括但不限于蓄电池、裡电池等。采电装置包括但不限 于风力采电、太阳能采电、摩擦采电等。受电装置包括但不限于微波受电等。
[0032] 所述车载踏面损伤安全监测装置还包括防污、防震、防电磁、无损安装的装置，固 定装置和外壳。外壳使用特殊材料，可W防止电磁干扰，外壳留有无线通讯天线孔108、传感 器测量孔106、采电装置孔109、电源按钮孔110,孔周围采用密封圈进行防水、防污保护，固 定装置安装于外壳内侧，并使用卡槽和螺丝双重固定，防止车辆振动，采用髓、捆绑等方式 安装装置。
[0033] 本实用新型的车载踏面损伤安全监测装置安装在摇忱上，采用粘贴的方式。
[0034] 本实用新型的车载踏面损伤安全监测装置的硬件指标如下：
[0035] 1二维测距装置处理器
[0036] 忍片是TI公司的CC2530,主要完成数据的无线传输。CC2530是用于2.4-G化IE邸 802.15.4、21旨86日和1^^伯6应用的一个真正的5〇(：(57316111〇11〇119，片上系统)解决方案。它 能够W非常低的总的材料成本建立强大的网络节点。CC2530结合了领先的RF收发器的优良 性能，业界标准的增强型8051CPU，系统内可编程闪存，8-KB RAM和许多其它强大的功能。 CC2530有四种不同的闪存版本:CC2530F32/64/128/256，分别具有32/64/128/25服B的闪 存。CC2530具有不同的运行模式，使得它尤其适应超低功耗要求的系统。运行模式之间的转 换时间短进一步确保了低能源消耗。
[0037] 2二维位移传感器
[0038] 二维位移传感器采用激光二维扫描传感器，如采用的ZLDS200HS(该型号的位移传 感器只是一个举例，并非限定本实用新型）。
[0039] 精度高，综合精度可达0.1 %FS
[0040] 分辨率高，每秒扫描1800次 [0041 ] 保护等级IP67
[0042] 3车载车辆控制器
[004引车载车辆控制器中的主板采用华北工控的EMB-3500主板。EMB-3500采用 Freescale基于ARM Codex-A9i.MX6系列高性能四核低功耗处理器，不仅具有超强的图形 处理能力、1080P高清播放W及应用计算能力，同时拥有极低的功耗，并且扩展接口丰富。该 板卡支持双通道24bit LVDS接口、HDMI接口、VGA接口、千兆网卡、SATA2、RS-232和485/232、 USB2.0、USB(0TG)、I2C、多达40个GPI0等接口，可扩展各种串口设备、USB接口设备、MINI PCIe设备等，具备RTC实时时钟，可扩展WIFI模块、3G模块，并提供2个SIM卡槽。EMB-3500主 板与外接设备之间具有光电隔离模块，防止主板接口与外设之间的互相干扰。
[0044]踏面损伤安全监测装置还包括踏面损伤深度判定算法，该算法的输出参数为二维 测距装置在车轮转动时获得的轮面数据，通过比较距离获得轮面擦伤情况。图3为本实用新 型提供的一种踏面损伤的深度损伤判定算法流程图，包括如下的步骤：。
[0045] (0)算法开始；
[0046] (1)输入参数为轮面矩阵；
[0047] (2)遍历轮面矩阵;若遍历结束，跳转到(7);
[0048] (3)如果(滚动)相邻差小于1mm，跳转到(2);
[0049] 如果(滑动)相邻差小于2mm，跳转到(2);
[0050] (4)继续遍历该点右侧10个点；
[0051] (5)如果(滚动)相邻差小于1mm，跳转到(2);
[0052] 如果(滑动)相邻差小于2mm，跳转到(2);
[0053] (6)报告深度损伤；
[0054] (7)算法结束。
[0055] 所述踏面损伤安全监测装置还包括轮面矩阵转换到01矩阵的算法，本实用新型提 供的一种轮面矩阵转换到01矩阵的算法流程图如图4所示，包括如下的处理步骤：
[0056] (0)算法开始；
[0057] (1)输入参数为轮面举证；
[0058] (2)遍历轮面矩阵;若遍历结束，跳转到(6)
[0059] (3)计算矩阵中每行出现次数最多的值；
[0060] (4)该值所对应的点为该行中的非损伤点，01矩阵对应为1，跳转到(2)
[0061] (5)该行中其他值对应点为损伤点，01矩阵对应为0,跳转到(2);
[0062] (6)得到01;
[0063] (7)算法结束。
[0064] 所述踏面损伤安全监测装置还包括踏面损伤基于长度的判定算法，图5为本实用 新型提供的一种踏面损伤的基于长度的损伤判定算法流程图，包括如下的步骤：
[0065] (0)算法开始；
[0066] (1)输入参数为01矩阵;初始化访问标识矩阵，大小与01矩阵相同，初始化值均为 0;初始化擦伤计数为0;
[0067] (2)遍历01矩阵;若遍历结束，跳转到(7);
[0068] (3)若值为0且访问标识为0,计算擦伤长度(调用计算擦伤长度算法，传递参数为 当前点位置及01矩阵）；
[0069] (4)若(滚动)擦伤长度大于50mm，跳转到(6);
[0070] 若(滑动)擦伤长度大于70mm，跳转到(6);
[0071] (5)若(滚动)擦伤长度大于40mm，擦伤计数加1，若擦伤计数累计到2,跳转到(6)， 否则跳转到(2);
[0072] 若(滑动)擦伤长度大于60mm，擦伤计数加1，若擦伤计数累计到2,跳转到(6)，否则 跳转到(2);
[0073] (6)报告损伤长度；
[0074] (7)算法结束。
[0075] 所述踏面损伤安全监测装置还包括踏面损伤基于长度的判定算法，本实用新型提 供的一种踏面损伤的基于长度的损伤判定算法流程图如图6所示，包括如下的处理步骤：
[0076] (0)算法开始；
[0077] (1)输入参数为01矩阵；点坐标;访问标识矩阵;每行对应1个宽度标识，初始化为 0；
[0078] (2)将由该坐标开始向左移动，直到访问标识为1或者值为1，得到最左坐标；由该 坐标开始向右移动，直到访问标识为1或者值为1，得到最右坐标；
[0079] (4)最右坐标减去最左坐标得到损伤宽度;损伤宽度大于20mm时，标识1设为2;损 伤宽度大于10mm时，标识1设为1;
[0080] (6)找到最顶点和最低点(调用计算最顶点和最低点算法）；
[0081] (7)最低点坐标减去最顶点坐标得到长度；
[0082] (8)若(滑动)长度大于40mm，计算各行损伤宽度，损伤宽度大于20mm时，标识1设为 2;损伤宽度大于10mm时，标识1设为1;
[0083] 若(滚动）长度大于60mm，计算各行损伤宽度，损伤宽度大于20mm时，标识1设为2; 损伤宽度大于10mm时，标识1设为1;
[0084] (9)若宽度均不大于20mm跳转到（11);
[0085] (10)找到宽度大于10mm的最顶点和最低点，计算长度值；
[0086] (11)算法结束。
[0087] 所述踏面损伤安全监测装置还包括计算最顶点和最低点算法；
[0088] 计算最顶点：
[0089] FindTop (数值a，行值X，列值y，个数Z)
[0092] 计算最化点：
[0093] FindDown (数值a，行值X，列值y，个数Z)
[0096] 综上所述，本实用新型的利用车载货运列车踏面损伤监测系统可W实时监测货运 列车踏面损伤状况，并实时报告到相关部口；结合电源、采电装置和受电装置，可W提供系 统硬件长期的工作时间；利用防污、防震、防水、防电磁等设计，可W保证数据测量的准确 性，延长硬件的使用寿命;利用无损安装方法，可W保证列车本身的安全性，消除车载装置 对车辆本身可能带来的安全性问题。
[0097] 本领域普通技术人员可W理解:附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或 流程并不一定是实施本实用新型所必须的。
[0098] 本领域普通技术人员可W理解:实施例中的装置中的部件可W按照实施例描述分 布于实施例的装置中，也可W进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上 述实施例的部件可W合并为一个部件，也可W进一步拆分成多个子部件。
[0099] W上所述，仅为本实用新型较佳的【具体实施方式】，但本实用新型的保护范围并不 局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型掲露的技术范围内，可轻易想到 的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该 W权利要求的保护范围为准。
【主权项】
1. 一种铁路货运列车的车载踏面损伤安全监测装置，其特征在于，包括：二维测距装 置、无线通讯装置、存储装置，所述二维测距装置与所述无线通讯装置、存储装置进行有线 连接，安装于车轮踏面上方，在车轮转动时计算出二维测距装置到轮面各个点的距离，将计 算得到的二维测距装置到轮面各个点的距离传输给所述无线通讯装置和存储装置。2. 根据权利要求1所述的铁路货运列车的车载踏面损伤安全监测装置，其特征在于，所 述装置还包括供电装置，所述供电装置包括互相电路连接的电源、采/受电装置，所述电源 对所述二维测距装置、所述无线通讯装置进行供电，所述采电/受电装置通过风力发电或者 微波受电为所述电源充电。3. 根据权利要求2所述的铁路货运列车的车载踏面损伤安全监测装置，其特征在于，所 述电源包括蓄电池、锂电池，所述采电装置包括风力采电装置、太阳能采电装置或者摩擦采 电装置，所述受电装置包括微波受电装置。4. 根据权利要求1所述的铁路货运列车的车载踏面损伤安全监测装置，其特征在于，所 述二维测距装置包括精密激光位移传感器或者拉绳位移传感器。5. 根据权利要求1所述的铁路货运列车的车载踏面损伤安全监测装置，其特征在于，所 述装置设置有外壳，所述外壳设置有无线通讯天线孔、传感器测量孔、采电装置孔、电源按 钮孔，各个孔周围采用密封圈进行保护。6. 根据权利要求1所述的铁路货运列车的车载踏面损伤安全监测装置，其特征在于，所 述装置还包括固定装置，所述固定装置安装于外壳内侧，并使用卡槽和螺丝双重固定。7. 根据权利要求1所述的铁路货运列车的车载踏面损伤安全监测装置，其特征在于，所 述无线通讯装置包括天线。8. 根据权利要求1所述的铁路货运列车的车载踏面损伤安全监测装置，其特征在于，所 述装置包括防污、防震、防电磁、无损安装的装置。
【文档编号】B61K9/12GK205573976SQ201620008467
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年1月5日
【发明人】吕从东, 刘丰, 李常
【申请人】北京安信极联信息科技有限公司