道岔转辙机转换力在线监测装置及监测方法与流程

本发明涉及铁路领域，更具体地说，涉及道岔转辙机转换力在线监测装置及监测方法。

背景技术：

为在铁路行业，转辙机是用来控制尖轨实现转换和锁闭道岔的，其大都为电动操作形式，它是保证行车安全的重要设备。转辙机在动作时，其转换力能够克服道岔尖轨转换和锁闭的阻力时，则为正常工作状态。但是，由于转辙机安装在处于露天的铁路道岔上，须一年四季不间断工作在恶劣环境下，当道岔上遇到积尘、缺油、吊板情况；当道岔机械动作部分出现缺油、磨卡情况；当道岔遭遇冰雪后状态不良时；当尖轨与基本轨间夹异物等情况发生时，道岔转换和锁闭的阻力则会大大增加，它直接会引起转辙机驱动电机的过载，造成道岔无法正常转换的故障，其后果相当严重。因此，对转辙机的转换力需要进行监测，以便随时通过转辙机转换力的变化情况，掌握道岔的转换力，发现问题及时进行现场维护。目前，铁路行业对转辙机转换力每半年定期测试一次。现有技术中道岔转换力测试方法主要有三种：一、便携式道岔测力装置，它是使用轴销式力传感器监测转辙机的转换力，靠受力环节的形变来感知力大小，监测时需在道岔停用时间段将道岔原有螺栓替换成销式测力传感器，在操作现场因为道岔尖轨反弹力作用及锈蚀、形变等原因更换销子必须使用摇把或撬杠，非常吃力困难；测试结束需恢复安装并调整道岔，所需时间长；且监测时安装销式传感器角度会影响监测精度，易造成监测精度偏差，导致每次重新安装传感器后测试结果存在偏差。此外，由于铁路安全要求严格，不允许将能产生形变的受力环节长期固定安装在道岔上使用，因此这种力的直接测试设备不能长期固定安装在道岔上，故无法实现对转辙机转换力的实时监测；二、监测转辙机电压、电流，计算转辙机有功功率曲线，通过有功功率曲线(交流转辙机)或电流曲线(直流转辙机)反应道岔阻力变化。本方法实现了连续监测，每次道岔转换均可记录曲线，而且实施成本较低。但是因为不是直接对转辙机力进行监测，而是通过其他参数进行转换得到，转换阻的变化所带来的电参数变化并不明显，因此监测精度受限，无法真实灵敏反应道岔解锁过程、锁闭过程的阻力；三、对于液压转辙机通过监测动作油压，得到动作油压曲线，反应道岔阻力变化。该方法同样是采用其他参数的变化来间接反映转换力的变化，同样存在精确度较低的缺点。

但是，现有的监测装置和方法无法实时监测岔道转换时的转辙机转换力、无法随时掌握道岔故障的隐患，故无法从根本上为道岔安全稳定运行提供保障。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种道岔转辙机转换力在线监测装置及监测方法，安装简单，能够实现在线实时监测，而且监测精度高、范围大。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种道岔转辙机转换力在线监测装置，包括依次连接的采集单元、传输单元和主控单元；

所述采集单元包括设置在所述道岔转辙机上的动作连接杆上的力传感器，所述力传感器采集道岔转换时传递给所述动作连接杆的转换力；

传输单元，用于将所述采集单元接收到的转换力信号进行处理和传输；

主控单元，用于接收经过所述传输单元处理后的转换力信号并进行分析处理。

优选的，所述采集单元还包括放大器和第二处理器，所述第二处理器通过所述放大器与所述力传感器连接。

优选的，所述传输单元包括第一处理器、通信模块和电源模块，所述第一处理器依次通过所述通信模块和所述电源模块与所述主控单元连接，且所述第二处理器与所述第一处理器连接。

优选的，所述主控单元还包括显示器和报警装置，所述显示器和所述报警装置均与所述监测主机连接。

一种道岔转辙机转换力在线监测方法，应用于上述的道岔转辙机转换力在线监测装置，包括道岔转换过程监测和静态监测。

优选的，所述道岔转换过程监测的具体步骤为：

s1：所述采集单元启动；

s2：所述采集单元的所述力传感器检测所述动作连接杆受到的转换力；

s3：所述采集单元停止；

s4：所述采集单元生成道岔转换过程中所述动作连接杆受到的转换力的曲线图，记为转换力曲线图；

s5：所述采集单元缓存所述转换力曲线图；

s6：所述主控单元通过所述传输单元从所述采集单元中读取所述转换力曲线图并存储；

s7：所述主控单元对所述转换力曲线图进行分析，如果所述转换力曲线图中有超出阈值的转换力值，则所述主控单元发出预警或者报警。

优选的，所述道岔转换过程监测的具体步骤为：

s11：所述主控单元接收道岔转换开始信号后，通过所述传输单元控制所述采集单元启动；

s12：所述采集单元的所述力传感器检测所述动作连接杆受到的转换力；

s13：所述主控单元接收到道岔转换结束信号后，通过所述传输单元控制所述采集单元停止；

s14：所述采集单元生成道岔转换过程中所述动作连接杆受到的转换力的曲线图，记为转换力曲线图；

s15：所述采集单元缓存所述转换力曲线图；

s16：所述主控单元通过所述传输单元从所述采集单元中读取所述转换力曲线图并存储；

s17：所述主控单元对所述转换力曲线图进行分析，如果所述转换力曲线图中有超出阈值的转换力值，则所述主控单元发出预警或者报警。

优选的，所述道岔转换过程监测的具体步骤为：

s21：所述采集单元自主触发道岔转换开始信号后启动；

s22：所述采集单元的所述力传感器检测所述动作连接杆受到的转换力；

s23：所述采集单元自主触发道岔转换结束信号后停止；

s24：所述采集单元生成道岔转换过程中所述动作连接杆受到的转换力的曲线图，记为转换力曲线图；

s25：所述采集单元缓存所述转换力曲线图；

s26：所述主控单元通过所述传输单元从所述采集单元中读取所述转换力曲线图并存储；

s27：所述主控单元对所述转换力曲线图进行分析，如果所述转换力曲线图中有超出阈值的转换力值，则所述主控单元发出预警或者报警。

优选的，所述静态监测的具体步骤为：

s31：所述主控单元每经过时间t1后通过所述传输单元控制所述采集单元启动；

s32：所述采集单元的所述力传感器检测所述动作连接杆受到的静态力；

s33：经过时间t2后，所述主控单元通过所述传输单元控制所述采集单元停止；

s34：所述采集单元生成静态情况下所述动作连接杆受到的静态力的曲线图，记为静态力曲线图；

s35：所述采集单元缓存所述静态力曲线图；

s36：所述主控单元通过所述传输单元从所述采集单元中读取所述静态力曲线图并存储。

由以上技术方案可以看出，本发明能够在不拔销的状态下直接采集转辙机的转换力且能在线实时查看，直接方便快速准确反映道岔的工作状态进而通知维护人员及时维护，及时排除道岔故障隐患；本发明能够对监测到的转换力值进行修正，避免温度等因素对监测值产生影响，提高了监测结果的准确度；本发明直接通过对动作连接杆进行监测来获取转换力，与现有的通过液压缸油压或者通过电机功率进行监测的方式相比，没有参数转换过程，精度更高；与通过轴销式力传感器监测转辙机的转换力方式相比，实现了在线实时监测；本发明监测到的转换力值的精度和范围都满足转辙机转换力、摩擦力的调整范围；本发明能够提供详细的监测结果并及时发出预警或报警，提醒相关人员进行维护。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是本发明的力传感器设置方式示意图；

图2是本发明的整体结构框图；

图3是本发明的监测方法中道岔转换过程监测的流程图。

其中，附图中标记如下：

1-力传感器，2-动作连接杆，3-道岔转辙机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-3所示，道岔转辙机转换力在线监测装置，包括依次连接的采集单元、传输单元和主控单元；采集单元包括设置在道岔转辙机3的动作连接杆2上的力传感器1，力传感器1采集道岔转换时传递给动作连接杆2的转换力；传输单元，用于将采集单元接收到的转换力信号进行处理和传输；主控单元，用于接收经过传输单元处理后的转换力信号并对其进行分析处理，与现有的通过液压缸油压或者通过电机功率进行监测的方式相比，这种在线监测装置和方式没有参数转换过程，精度更高。

进一步的，采集单元包括力传感器1、放大器和第二处理器，其中力传感器1设置在动作连接杆2上，这里需要说明的是，力传感器1可以设置在动作连接杆2的中部，也可以是其他部位，只要能达到相同的技术效果即可；第二处理器通过放大器与力传感器1连接，采集单元采用dc/dc5v电源供电，也可以采用其他形式的电源模块进行供电，这里不做详述，需要说明的是只要能达到相同的技术效果即可；在转换过程中，转换力会造成动作连接杆2发生一定的微形变，因此力传感器1可以设置为应变式力传感器，当动作连接杆2发生微形变时由应变式力传感器检测动作连接杆2的形变量，进行结合动作连接杆2的材质和形状得到动作连接杆2所受到的转换力。力传感器1的监测精度和范围应完全满足转辙机摩擦力的调整范围。

进一步的，传输单元包括第一处理器、通信模块和电源模块，通信模块可以采用载波通信的方式，也可以采用其他通信方式，只要能达到相同的技术效果即可，电源模块包括dc/dc5v电源和ac/dc电源，其中dc/dc5v电源用于供电，也可以采用其他形式的电源，只要能达到相同的技术效果即可，第一处理器依次通过通信模块和电源模块与主控单元连接，第一处理器与第二处理器连接，第一处理器可以通过rs232接口与第二处理器连接，也可以通过rs485接口或其他接口或无线连接的方式进行连接，只要能达到相同的技术效果即可。传输单元采用dc/dc5v电源供电，也可以采用其他形式的电源模块进行供电，这里不做详述，需要说明的是只要能达到相同的技术效果即可；如果站点安装了道岔缺口监测系统，传输单元可以设置在缺口监测分机内，并利用缺口监测分机预留的接口。如果站点未安装道岔缺口监测系统，可以在转辙机的上设置外挂箱盒，将传输单元设置在外挂箱盒内。

进一步的，主控单元包括监测主机，监测主机依次通过分线柜和方向盒与传输单元连接，方向盒与电源模块连接，监测主机还连接有显示器和报警装置，在线实时查看，直接方便快速准确反映转辙机的受力进而通知维护人员及时维护，及时排除转辙机故障隐患。

道岔转辙机转换力在线监测装置的监测方法，应用于上述道岔转辙机转换力在线监测装置，包括道岔转换过程监测和静态监测，当道岔转辙机3进行道岔转换时执行道岔转换过程监测，当道岔上无动作的时候执行静态监测。

如图3所示，道岔转换过程监测的具体步骤为：

s1：采集单元启动；

s2：采集单元的力传感器检测动作连接杆受到的转换力；

s3：采集单元停止；

s4：采集单元生成道岔转换过程中动作连接杆受到的转换力的曲线图，记为转换力曲线图；

s5：采集单元缓存转换力曲线图；

s6：主控单元通过传输单元从采集单元中读取转换力曲线图并存储；

s7：主控单元对转换力曲线图进行分析，如果转换力曲线图中有超出阈值的转换力值，则主控单元发出预警或者报警。

在实施时，道岔转换过程监测可以采用如下两种方式：

方式一的具体步骤为：

s11：主控单元接收道岔转换开始信号后，通过传输单元控制采集单元启动；

s12：采集单元的力传感器检测动作连接杆受到的转换力；

s13：主控单元接收到道岔转换结束信号后，通过传输单元控制采集单元停止；

s14：采集单元生成道岔转换过程中动作连接杆受到的转换力的曲线图，记为转换力曲线图；

s15：采集单元缓存转换力曲线图；

s16：主控单元通过传输单元从采集单元中读取转换力曲线图并存储；

s17：主控单元对转换力曲线图进行分析，如果转换力曲线图中有超出阈值的转换力值，则主控单元发出预警或者报警。

方式二的具体步骤为：

s21：采集单元自主触发道岔转换开始信号后启动；

s22：采集单元的力传感器检测动作连接杆受到的转换力；

s23：采集单元自主触发道岔转换结束信号后停止；

s24：采集单元生成道岔转换过程中动作连接杆受到的转换力的曲线图，记为转换力曲线图；

s25：采集单元缓存转换力曲线图；

s26：主控单元通过传输单元从采集单元中读取转换力曲线图并存储；

s27：主控单元对转换力曲线图进行分析，如果转换力曲线图中有超出阈值的转换力值，则主控单元发出预警或者报警。

方式二中，采集单元主动触发之后，可以向主控单元发送一个启动信号，在采集过程完成之后，主控单元通过传输单元控制采集单元停止，然后读取转换力曲线图；或者采集单元启动之后，向主控单元发送一个启动信号，并且在采集过程完成之后自主停止，之后向主控单元发送一个停止信号，主控单元可以读取转换力曲线图；或者主控单元持续监测采集单元的状态，当监测到采集单元停止后，读取转换力曲线图；或者主控单元持续监测采集单元的状态，当监测到采集单元启动后，经过一段时间后控制采集单元停止，然后读取转换力曲线图。

这里需要说明的是，预警和报警可以采用两种方法进行设定：一是设定两个阈值，当转换力值超过较低的一个阈值时，主控单元发出预警，当转换力值超过较高的一个阈值时，主控单元发出报警；二是设定一个阈值，当转换力值超过该阈值之后，主控单元发出预警，在一段时间t内，如果预警超过n次，则发出报警。阈值可以设定为转换力的平均值或者最大值。

当转换过程为动作连接杆2从定位到反位的时候，转换力曲线图记为定到反转换力曲线图，当转换过程为动作连接杆2从反位到定位的时候，转换力曲线图记为反到定转换力曲线图。转换力曲线图内包括数据采集时间、道岔转换方向、道岔转换时长、转换力最大值及发生时间和平均值等参数。

静态监测按照设定的周期执行，静态监测的具体步骤为：

s31：主控单元每经过时间t1后通过传输单元控制采集单元启动，需要说明的是，时间t1可以设置为十分钟，也可以根据实际需要进行设定，只要能达到相同的技术效果即可；

s32：采集单元的力传感器1检测动作连接杆2受到的转换力；

s33：经过时间t2后，主控单元通过传输单元控制采集单元停止，需要说明的是，时间t2可以设置为10s，也可以根据实际需要灵活调整；

s34：采集单元生成静态情况下动作连接杆2受到的静态力的曲线图，记为静态力曲线图；

s35：采集单元缓存静态力曲线图；

s36：主控单元通过传输单元从采集单元中读取静态力曲线图并存储在监测主机中；

当然还可以包括s37：主控单元对静态力曲线图进行分析，如果静态力曲线图中在若干个连续周期内都有超出静态阈值的转换力值，则主控单元控制报警装置发出预警或报警，静态阈值可以设定为转换力的平均值或者最大值。

这里需要说明的是，预警和报警也可以采用两种方法进行设定：一是设定两个静态阈值，当静态力值超过较低的一个静态阈值时，主控单元发出预警，当静态力值超过较高的一个静态阈值时，主控单元发出报警；二是设定一个静态阈值，当静态力值超过该静态阈值之后，主控单元发出预警，在一段时间t内，如果预警超过n次，则发出报警。

进一步的，动作连接杆2一般会有定位和反位两种转换状态，当动作连接杆2处于定位时，静态力曲线图记为定位静态力曲线图；当动作连接杆2处于反位时，静态力曲线图记为反位静态力曲线图。

因为是通过对动作连接杆2的微形变量进行监测从而得到其受到的转换力，因此外界因素对动作连接杆2的微形变量产生的影响会干扰到监测结果的精确度，因此在监测主机内，需要对各个曲线图进行修正。通常最主要的干扰因素是温度，热胀冷缩现象会导致动作连接杆2在受到相同转换力时发生不同的形变，因此修正过程主要是根据温度因素对曲线图进行修正。

具体的修正方式是在力传感器1处设置温度传感器，由温度传感器实时监测动作连接杆2的温度情况，并借助传输单元将温度信号传输给监测主机，监测主机根据温度信号得出动作连接杆2在该温度下自身特性的变化，最后对曲线图中的转换力值进行修改，在温度较低的情况下，动作连接杆2的形变量会比较小，导致监测到的转换力值较小，需要将转换力值修正变大，在温度较高的情况下，动作连接杆2的形变量会比较大，导致监测到的转换力值比较大，需要将转换力值修正变小。

监测主机还根据读取到的曲线图生成日报表，日报表内包括当日道岔转换过程转换力最大值、当日道岔转换过程转换力最大值发生时间、当日道岔转换过程转换力平均值和当日温度变化曲线，供相关人员查看，以及时发现可能存在的故障。

此外，监测主机还通过显示器输出每天所读取到的各个曲线图以及由各个曲线图集合而成的当日总曲线图，以供值班人员查看。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。