一种具有故障预测功能的列车障碍物检测装置及列车的制作方法

本发明涉及轨道交通技术，具体涉及接触式障碍物检测装置。

背景技术：

现有的接触式障碍物检测装置，通常是采用横向于列车轨道的检测横梁，该检测横梁连接有弹性支架，当障碍物碰到检测横梁时会导致接触式障碍物的n型板簧发生形变。该板簧的变形会出发电气开关或者行程开关动作，激活列车紧急制动方案。

现有技术方案的缺陷是弹性元件采用的是非线性弹性变形元件板簧，行程开关或者接近开关通过判断板簧的变形量来而激活列车是否紧急制动的判别方法。然而列车碰到障碍物以后决定是否要紧急制动，要依据障碍物给列车带来的危险程度，而该判别依据应为碰撞力的大小。而板簧与所受力之间的对应关系，需要复杂数学计算、力学仿真及试验验证，这给不同车型需要调整不同的碰撞力触发制动带来了极大的困难。

另外，由于检测横梁经常接触障碍物，容易破损，目前仅是依靠人工进行目测辨别是否需要更换部件。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题就是提供有故障预测功能的列车障碍物检测装置及列车，可以准确检测障碍物，且具有故障预测功能。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种具有故障预测功能的列车障碍物检测装置，包括检测横梁以及与检测横梁活动连接的检测板，检测板在接触到障碍物时向检测横梁运动，所述检测横梁与检测板之间设有检测该检测板运动的接触检测传感器，所述检测板连接有检测检测板裂纹的裂纹监测传感器。

可选的，所述检测横梁与检测板弹性浮动连接。

可选的，所述检测板与检测横梁之间设有导向螺栓，所述导向螺栓在检测横梁与检测板之间外套弹性元件。

可选的，所述接触检测传感器为力传感器或/和位移传感器或/和行程开关或/和接近开关。

可选的，所述裂纹监测传感器为裂纹探测传感器或/和振动传感器。

可选的，所述检测横梁上安装有测量检测横梁与轨面高度的测距传感器。

可选的，所述检测横梁连接有高度调节支架，所述高度调节支架与列车转向架安装板通过锁紧螺栓固定，所述高度调节支架沿高度方向设有第一高度调节齿，所述转向架安装板沿高度方向设有第二高度调节齿，所述第一高度调节齿与第二高度调节齿啮合。

可选的，所述高度调节支架沿高度方向设有调节长孔，所述转向架安装板设有固定孔，或者所述转向架安装板设有固定孔，所述高度调节支架沿高度方向设有调节长孔，所述锁紧螺栓通过固定孔与调节长孔。

本发明还提供了一种列车，包括车载控制器、信号采集单元、数据处理单元以及所述的一种具有故障预测功能的接触式地铁障碍物检测装置，所述信号采集单元采集接触检测传感器、裂纹监测传感器的信号并传输给数据处理单元，所述数据处理单元对信号进行分析判断，并将结果上传给车载控制器

进一步的，测距传感器实时测量检测横梁与轨面的高度，当长期运行过程中检测到检测横梁与轨面的高度低于设定值时，由车载控制器告警，通知运维人员进行检测横梁高度调节，当运行过程中，检测横梁与轨面的高度突然变小，说明列车在运行中出现轨道障碍，车载控制器预警并进行紧急制动处理。

本发明采用上述技术方案，具有如下有益效果：

1、检测板与检测横梁活动连接，检测板在接触到障碍物时可相对检测横梁移动，因而接触检测传感器可以直接且准确的感知到障碍物。

2、接触检测传感器优选为力传感器，可以直接获取精确的力的信息，障碍物对检测板最直接的作用是冲击力，因而对障碍物的检测更加直接和准确。

3、检测板连接有检测检测板裂纹的裂纹监测传感器，当结构件发生裂纹时候，可直接告知检修人员检修。

4、检测横梁与检测板通过导向螺栓与弹性元件组成弹性浮动连接，检测板可沿着导向螺栓向检测横梁方向运动，弹性元件一方面用于将障碍物的冲击力转换为位移，便于用力传感器、位移传感器或者接近开关等传感器进行检测；一方面对硬性冲击进行缓冲，延长检测板的使用寿命。

5、检测横梁上安装有测量检测横梁与轨面高度的测距传感器，当行驶过程中检测横梁与轨面距离突然变小时，将脱轨信号上报给车载控制器进行紧急制动，保证安全。

6、列车长时间行驶过程车轮会产生磨损后，通过高度调节支架与列车转向架安装板之间高度调节齿，高度调节到位后，通过锁紧螺栓锁紧两部件，因而可以调整检测横梁与轨面高度，确保障碍物检测装置的效果。

本发明的具体技术方案及其有益效果将会在下面的具体实施方式中结合附图进行详细的说明。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：

图1为本发明总体结构的示意图一；

图2为本发明总体结构的示意图二；

图3为本发明总体结构的示意图三(去除检测板)；

图4为检测板的结构示意图；

图5为本发明系统框图；

图6为本发明冗余架构的系统框图。

具体实施方式

实施例一

如图1至图4所示，一种具有故障预测功能的列车障碍物检测装置，包括检测横梁2以及与检测横梁活动连接的检测板4，检测板4在接触到障碍物时可向检测横梁运动，所述检测横梁与检测板之间设有检测该检测板运动的接触检测传感器8，所述检测板4连接有检测检测板裂纹的裂纹监测传感器9。

接触检测传感器8优选为力传感器，可以直接获取精确的力的信息，障碍物对检测板最直接的作用是冲击力，因而对障碍物的检测更加直接和准确。当然，也可以为位移传感器、行程开关、接近开关或者任意的组合。

裂纹监测传感器9可以为lamb波传感器，其中至少一个用于发射lamb波，至少1个用于接收lamb波，根据波形的变化来判断检测盖板是否有裂纹，从而对检测盖板进行寿命估算。lamb波传感器既可以贴装也可以嵌装在检测板上。当然，裂纹监测传感器9也可以为振动传感器，通过监测检测板的频率变化来进行检测板的寿命预估，或者裂纹监测传感器9也可以为涡电传感器，也可以是压电传感器，布置于冲击位置。当然，也可以为多种裂纹监测传感器9任意的组合，可以提高检测精度。裂纹监测传感器9也可以同时布置在检测横梁2上，同时检测检测横梁的使用寿命。

其中，所述检测横梁2与检测板4弹性浮动连接。具体到本实施例中，所述检测板4与检测横梁2之间设有导向螺栓，导向螺栓包括螺杆3和螺母6，所述导向螺栓在检测横梁2与检测板4之间外套弹性元件，检测板4可沿着导向螺栓向检测横梁方向运动，弹性元件优选采用弹簧，也可以为弹性垫。弹性元件一方面用于将障碍物的冲击力转换为位移，便于用力传感器、位移传感器或者接近开关等传感器进行检测；一方面对硬性冲击进行缓冲，延长检测板的使用寿命。

检测横梁2连接有高度调节支架，所述高度调节支架与转向架安装板1通过锁紧螺栓固定，所述高度调节支架沿高度方向设有第一高度调节齿，所述转向架安装板沿高度方向设有第二高度调节齿，所述第一高度调节齿与第二高度调节齿啮合。所述高度调节支架沿高度方向设有调节长孔，所述转向架安装板设有固定孔，或者所述转向架安装板设有固定孔，所述高度调节支架沿高度方向设有调节长孔，所述锁紧螺栓通过固定孔与调节长孔。

可以选择的，高度调节支架为检测横梁垂直向上的高度延伸部22，高度延伸部22连接调节齿块21，在调节齿块上设置高度调节齿与转向架安装板上高度调节齿啮合。

另外，参考图3所示，检测横梁2设有走线孔10，方便过线。检测横梁纵向截面呈u形且内部设有加强筋25，以便于增强结构强度，延长使用寿命。

检测横梁的u形口朝前，检测板4设于u形口前方。参考图4所示，检测板4设有一个以上朝向检测横梁的立柱42，用于将检测板4所受的力传递给检测横梁上的力传感器，当达到预设力时候，直接触发列车制动。立柱42也可以是行程开关触发杆，与检测横梁上行程开关作用。检测板安装孔41用于与导向螺栓连接。

进一步的，检测横梁2设有螺栓孔23，用于与导向螺栓连接。检测横梁2设有定位孔24，高度延伸部22底部插入定位孔24焊接固定。

一种接触式地铁障碍物智能检测装置安装于列车左右两侧的转向架支架上，可以与列车头同步运动，检测横梁与检测板垂直于列车轨道，且放置于列车轨道平面足够低的位置，这样才能最大可能的接触轨道的障碍物。转向架安装板1与检测横梁2之间通过锁紧螺栓5将两个部件锁紧，并使得高度调节齿相互配合，避免高度上的窜动。当列车在运行过程中车轮与轨道摩擦会导致车轮磨损而使检测衡量与轨道平面过低，可以松开锁紧螺栓，通过调整左右两侧的高度调节齿配合距离，可以实现检测横梁与轨面之间的高度调整，从而重新调整该检测横梁距离轨面的高度。

作为高度调节机构的变形，高度调节机构也可以采用如下设置。高度调节支架连接有调节螺杆，调节螺杆与螺纹孔螺纹连接形成丝杠副。螺纹孔设于固定支架上。调节螺杆可以固定连接高度调节旋钮，旋转高度调节旋钮，调节螺杆转动并调节高度，从而带动高度调节支架及检测横梁调节高度，到达合适位置时可。由于调节螺杆具有自锁功能，无需额外锁紧。当然为了进一步防止列车在运动过程中，高度调节旋钮松动。调节螺杆可以螺纹连接锁紧螺母。

也可以通过滚珠丝杆机构带动高度调节支架上下运动，滚珠丝杆机构转动效率更高，但需增加锁止机构。为减少高度调节旋钮的转动力，也可以增加蜗轮蜗杆及齿轮副等附属机构。

为了引导高度调节支架调节高度，防止错位，提高调整精度，所述高度调节支架与转向架安装板之间设有直线滑轨。例如，转向架安装板设有燕尾形或者矩滑槽，与高度调节支架上设置的燕尾形或者矩形凸起相配合。

实施例二

在实施例一的基础上，在检测横梁上增加一个测量检测横梁与轨面高度的测距传感器7。

测距传感器7实时测量检测横梁与轨面的高度，当长期运行过程中检测到检测横梁与轨面的高度低于设定值时发出告警，由维护人员进行检测横梁高度调节。当运行过程中，检测横梁与轨面的高度突然变小，说明列车在运行中出现轨道障碍，如脱轨等情况，由车载控制器或者上报给控制中心进行紧急制动等处理。

实施例三

一种列车，具有上述实施例中的一种具有故障预测功能的列车障碍物检测装置。

参考图5所示，还包括车载控制器、信号采集单元、电气隔离单元、数据处理单元。所述信号采集单元采集接触检测传感器、裂纹监测传感器、测距传感器的信号，且转换结果通过电气隔离单元传输给数据处理单元，所述数据处理单元对信号进行分析判断，并将结果上传给车载控制器。

具体的，力信号采集单元采集力传感器输出的信号，转换结果通过电气隔离单元传给数据处理单元。位移信号采集单元采集位移传感器输出的信号，转换结果通过电气隔离单元传给数据处理单元。开关信号采集单元采集行程开关和接近开关输出的开关量信号，转换结果通过电气隔离单元传给数据处理单元。裂纹信号采集单元采集裂纹传感器输出的信号，转换结果通过电气隔离模块传给数据处理单元。

当检测板碰到障碍物，力传感器检测冲击力，该障碍物产生的冲击力超过预先设定障碍物冲击力，则力传感器会将该信号传递给车载控制器，告知列车由于障碍物导致紧急刹车，触发车载控制器刹车命令，同时将该信号接入制动回路，确保刹车成功。

如图6所示，一种具有故障预测功能的列车障碍物检测装置也可以采用左右冗余的架构以提高系统的可靠性，包括左力传感器、左位移传感器、左行程开关、左接近开关、左裂纹传感器、左力信号采集单元、左位移信号采集单元、左开关信号采集单元、左裂纹信号采集单元、电气隔离单元一、右力传感器、右位移传感器、右行程开关、右接近开关、右裂纹传感器、右力信号采集单元、右位移信号采集单元、右开关信号采集单元、右裂纹信号采集单元、电气隔离单元二和数据处理单元。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。