一种轨道车辆砂箱砂位检测装置及方法与流程

本发明涉及轨道交通设备技术领域，具体而言，涉及一种轨道车辆砂箱砂位检测装置及方法。

背景技术：

由于动车组的运行环境复杂且速度较高，在遇到下雨、下雪等恶劣天气时，路轨会非常湿滑，容易出现牵引时空转或制动时滑行的风险。为了提高车轮与轨面之间的粘着力，在动车组上普遍配装有撒砂装置。撒砂装置由砂箱和排砂单元组成，由司机或列车制动系统控制撒砂装置的排砂量。为了保证运行安全，砂箱内需要保证有足够的砂量，因此需要适时对砂箱进行加砂操作。由于砂箱一般放置在车体的底部，受到砂箱安装位置的限制，操作人员无法直接观察或检测至砂箱内砂面的高度，进而影响司机对调整砂的流量及注砂量的判断。

专利号为201310461922.8的中国专利公开了一种检测轨道交通车辆砂箱内砂量位置的装置，该装置是在砂箱的底部设置压力传感器，用来对砂箱的重量进行实时检测，从而根据砂箱的重量来判断砂量，进而来控制加砂的时间及加砂量。由于砂箱的形式多种多样，且砂箱的并不是规则的容器，以至于对不同形状的砂箱以及砂箱各个部分不同的形状编写不同的程序进行转换，比较复杂且不利于规格的统一；在车辆在长坡或曲线上行驶时，砂石会受到离心力的作用，增加或减少作用在传感器上的力，以至于不能正确测量出砂量，从而不适用于在已投入运营的轨道车辆上使用。

专利号为201720359609.7的中国专利公开了一种检测轨道交通车辆砂箱内砂量位置的装置，该装置是在砂箱内外设不同材质的小球，且用带有刻度的绳将其连接起来，其存在缺陷：一方面是采用这种装置时，司机师傅想要知道砂量需要下车观察；另一方面车辆在形式过程中的摇晃加之砂石的流动性，可能会将小球湮没从而不能正确测量出砂箱砂量。

技术实现要素：

本发明在于提供一种轨道车辆砂箱砂位检测装置及方法，其能够缓解上述问题。

为了缓解上述的问题，本发明采取的技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种轨道车辆砂箱砂位检测装置，包括：

套管，其滑动套接于所述砂箱内的排气管；

接触铁网，其水平放置于所述砂箱内的砂面，并与所述套管固定连接，且位于所述砂箱内的流沙管的上方；

拨动机构，其能带动所述套管沿所述排气管滑动，使所述接触铁网移动至砂箱内的满砂位；

激光测距传感器，其安装于砂箱内并位于所述接触铁网的上方，且其激光发射口竖直向下朝向所述接触铁网的实体部；

数据处理器，其与所述激光测距传感器通信连接，用于接收传感器检测数据；

显示模块，其安装于轨道车辆驾驶室内，并与所述数据处理器电性连接，用于显示砂箱内剩余砂量数据；

报警装置，其安装于轨道车辆驾驶室内，并与所述数据处理器电性连接。

本技术方案的技术效果是：提供了一种整体结构简单，重量轻巧的轨道车辆砂箱砂位检测装置，装置检测精度高，能够适用于不同结构的砂箱砂位检测。

可选地，所述拨动机构包括拨动杆、拨动凸轮以及接触杆，所述接触杆与所述套管固定连接，所述拨动杆水平布置，且位于所述接触杆与所述接触铁网之间，所述拨动凸轮的大圆弧中心通过转动轴转动连接于砂箱的箱壁，所述拨动杆的一端头与所述拨动凸轮的小圆弧中心固定连接，通过转动所述拨动凸轮，能够使所述拨动杆将所述接触杆顶起，继而使所述接触铁网移动至砂箱内的满砂位，所述砂箱的外侧壁开设有延伸至所述拨动凸轮的转动轴的拨动转矩输入孔，所述拨动转矩输入孔为三角孔。

本技术方案的技术效果是：利用适合的扳手工具，能够从拨动转矩输入孔处向砂箱内的拨动凸轮输入转矩，继而带动拨动杆向上移动，通过作用于接触杆实现将套管顶起，继而能够将接触铁网移动至砂箱内的满砂位。

可选地，所述砂箱的加砂口开设在其侧壁，并设置有密封盖，所述拨动转矩输入孔位于所述密封盖的上方。

可选地，所述接触铁网的网孔口径小于所述流沙管的外径，且大于所述流沙管的内径。

本技术方案的技术效果是：这样在将接触铁网通过拨动机构顶起后，便于从其上方向砂箱内加砂，确保砂能顺利下落。

第二方面，本发明提供了一种轨道车辆砂箱砂位检测方法，其采用了上述轨道车辆砂箱砂位检测装置，具体包括以下步骤：

s1、构建接触铁网位置节点与砂箱内剩余砂量节点的对应关系表ⅰ，并将该对应关系表ⅰ以程序的方式写入所述数据处理器，所述接触铁网位置指的是激光测距传感器与接触铁网之间的距离，所述对应关系表ⅰ记录有若干接触铁网位置节点以及若干砂箱内剩余砂量节点，所述接触铁网位置节点与所述砂箱内剩余砂量节点一一对应，所述接触铁网位置节点越小，其对应的砂箱内剩余砂量节点越大；

s2、利用激光测距传感器测量实时接触铁网位置数据，并将实时接触铁网位置传输至所述数据处理器；

s3、每当实时接触铁网位置达到一个实时接触铁网位置节点，则数据处理器将该实时接触铁网位置节点所对应的砂箱内剩余砂量节点数据输出并在显示模块上显示，若实时接触铁网位置处于相邻两个实时接触铁网位置节点之间，则显示模块所显示的为该相邻两个实时接触铁网位置节点中较小的一个，当显示模块所显示的砂箱内剩余砂量节点小于砂箱内满砂量的15％时，其显示颜色为红色，报警装置报警。

本技术方案的技术效果是：检测快捷准确，适用于不同结构砂箱的砂位检测，无需对车辆的控制系统及砂箱的结构进行改造，成本低，特别适用于在已投入运营的轨道车辆上使用。

可选地，在砂箱的出砂管安装有固体流量计，所述步骤s1中，对应关系表ⅰ的确定方法包括以下步骤：

s11、重复a次撒砂实验，所述撒砂实验包括：

向砂箱内加砂至满砂位，通过撒砂单元，匀速排出砂箱内所有的砂，在排砂过程中，从砂箱满砂状态开始，采用激光测距传感器实时测量接触铁网位置，首先在开始测量接触铁网位置的时刻，读取一次固体流量计数值，之后在砂箱内的砂没排完的情况下，接触铁网位置每增加5mm读取一次固体流量计的数值，最后在固体流量计数值不再变化时读取一次固体流量计数值；

各次撒砂实验中砂石匀速流出的速度相等；

s12、将任一次撒砂实验中所读取的各固体流量计数值对应的各接触铁网位置分别作为各接触铁网位置节点；

s13、将各次撒砂实验相同序次读取到的固体流量计数值取平均值，分别得到各固体流量计数值平均值vi，i＝1～n，n为一次撒砂实验中的固体流量计数值的读取总次数；

s14、利用公式计算得到各砂箱内剩余砂量节点，v为砂箱的满砂量，ci为砂箱内剩余砂量节点；

s15、根据各接触铁网位置节点和各砂箱内剩余砂量节点确定所述对应关系表ⅰ。

本技术方案的技术效果是：能够精准的得到对应关系表ⅰ，使得接触铁网位置节点与砂箱内剩余砂量节点精准的形成一一对应的关系，继而在对应关系表ⅰ作为实时接触铁网位置的对比基础时，能够及时且较为准确的检测到砂箱内剩余砂量，避免了机车车辆在大长坡路段后半程砂石不够用的情况。

可选地，所述数据处理器电性连接有所述固体流量计；所述数据处理器中写入有对应关系表ⅱ，所述对应关系表ⅱ包括若干流量读取时刻以及若干砂石最小流出量，相邻两个流量读取时刻之间为排砂时间段，各排砂时间段的时间长度相等，且均为t，所述流量读取时刻与所述砂石最小流出量一一对应；在砂箱排砂过程中，测量各排砂时间段的砂石流出量，若任一排砂时间段内的砂石流出量小于其所对应的砂石最小流出量，则判断砂箱撒砂单元堵塞，所述报警装置报警。

本技术方案的技术效果是：能够准确的判断撒砂单元是否正常，能够及时的检测到可能因砂石结块而造成不能撒砂的情况。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本发明实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是实施例中所述轨道车辆砂箱砂位检测装置的结构示意图；

图2是实施例中所述轨道车辆砂箱砂位检测装置的内部结构示意图；

图3是实施例中所述轨道车辆砂箱砂位检测装置的结构示意框图；

图中：1-隔砂板，2-流沙管，3-排气管，4-接触铁网，5-套管，6-接触杆，7-拨动凸轮，8-激光束，9-激光测距传感器，10-砂箱，11-拨动杆，12-出砂管，13-固体流量计，14-密封盖，15-撒砂单元，16-拨动转矩输入孔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

实施例1

请参照图1～图3，本实施例提供了一种轨道车辆砂箱砂位检测装置，包括：

套管5，其滑动套接于砂箱10内的排气管3；接触铁网4，其水平放置于砂箱10内的砂面，并与套管5固定连接，且位于砂箱10内的流沙管2的上方；拨动机构，其能带动套管5沿排气管3滑动，使接触铁网4移动至砂箱10内的满砂位；激光测距传感器9，其安装于砂箱10内并位于接触铁网4的上方，且其激光发射口竖直向下朝向接触铁网4的铁丝部，图中标号8代表激光束；数据处理器，其与激光测距传感器9通信连接，用于接收传感器检测数据；显示模块，其安装于轨道车辆驾驶室内，并与数据处理器电性连接，用于显示砂箱内剩余砂量数据；报警装置，其安装于轨道车辆驾驶室内，并与数据处理器电性连接。

在本实施例中，当不人为的利用拨动机构对套管5施加拨动力时，在排砂过程中，随着砂位的降低，接触铁网4会在自身重力作用下，随砂面一起下降。

在本实施例中，激光测距传感器9用于检测接触铁网4位置，并将该信息传输给数据处理器，处理器根据接触铁网4位置判断砂箱内剩余砂量，并在显示模块上显示，从而实现砂箱内的砂位检测。

在本实施例中，数据处理器为可编程处理器，显示模块为lcd显示器。

在本实施例中，拨动机构包括拨动杆11、拨动凸轮7以及接触杆6，接触杆6与套管5固定连接，拨动杆11水平布置，且位于接触杆6与接触铁网4之间，拨动凸轮7的大圆弧中心通过转动轴转动连接于砂箱10的箱壁，拨动杆11的一端头与拨动凸轮7的小圆弧中心固定连接，通过转动拨动凸轮7，能够使拨动杆11将接触杆6顶起，继而使接触铁网4移动至砂箱10内的满砂位，砂箱10的外侧壁开设有延伸至拨动凸轮7的转动轴的拨动转矩输入孔16，拨动转矩输入孔16为三角孔。在需要转动拨动凸轮7时，可利用大小合适的三角杆插入拨动转矩输入孔，然后通过转动三角杆来带动转动轴转动，转动轴与拨动凸轮7刚性连接，继而拨动凸轮7转动，从而拨动杆11沿弧线方向上升或下降。

在本实施例中，砂箱10的加砂口开设在其侧壁，并设置有密封盖14，拨动转矩输入孔16位于密封盖14的上方。

在本实施例中，加砂过程是：旋转拨动凸轮7，利用拨动杆11顶起接触杆6至最高位，继而套管5沿排气管3滑动至最高位，使接触铁网4移动至砂箱内的满砂位，打开密封盖14，便可从接触铁网4上方的加砂口14向砂箱内加砂，直至加至满砂位。然后旋转拨动凸轮7，使拨动杆11位于最低位(此时拨动杆11处于满砂位上方)，加砂过程完成。

在本实施例中，接触铁网4的网孔口径小于流沙管2的外径，且大于流沙管2的内径。

在本实施例中，砂箱、流沙管2、排气管3、隔砂板1、撒砂单元15均为现有技术，它们的具体结构以及相对连接关系，在此不多做说明。

实施例2

请参照图1～图3，本实施例提供了一种轨道车辆砂箱砂位检测方法，其采用了上述轨道车辆砂箱砂位检测装置，具体包括以下步骤：

s1、构建接触铁网位置节点与砂箱内剩余砂量节点的对应关系表ⅰ，并将该对应关系表ⅰ以程序的方式写入数据处理器，接触铁网位置指的是激光测距传感器9与接触铁网之间的距离，对应关系表ⅰ记录有若干接触铁网位置节点以及若干砂箱内剩余砂量节点，接触铁网位置节点与砂箱内剩余砂量节点一一对应，接触铁网位置节点越小，其对应的砂箱内剩余砂量节点越大；

s2、利用激光测距传感器9测量实时接触铁网位置数据，并将实时接触铁网位置传输至数据处理器；

s3、每当实时接触铁网位置达到一个实时接触铁网位置节点，则数据处理器将该实时接触铁网位置节点所对应的砂箱内剩余砂量节点数据输出并在显示模块上显示，若实时接触铁网位置处于相邻两个实时接触铁网位置节点之间，则显示模块所显示的为该相邻两个实时接触铁网位置节点中较小的一个，当显示模块所显示的砂箱内剩余砂量节点小于砂箱内满砂量的15％时，其显示颜色为红色，报警装置报警。

在本实施例中，对应关系表ⅰ作为实时检测的一个标准。当砂箱内的砂量随着使用逐渐减少时砂面也会逐渐下降，在接触铁网的自重作用下，接触铁网会随着砂面下降，在下降的过程中会带动套管5下降，通过激光测距传感器9检测实时接触铁网位置。当砂箱内的砂面与流沙管2相平时，此时砂箱内的砂便不能从流沙管2中流出，此时接触铁网到最低位，此时对应关系表ⅰ中最小的砂箱内剩余砂量节点显示在显示模块，此时司机可根据该数据判断出砂箱内缺砂，需要重新加砂。在从满砂到缺砂过程中，显示模块依次显示各砂箱内剩余砂量节点与电池剩余格数显示原理类似。

本实施例所述轨道车辆砂箱砂位检测方法，在多种路况下(上下坡、曲线通过、急加急减速等)对砂位的检测准确率能够达到92.8％左右，相对于传统技术的76.3％，其检测精度得到了提高。而且能够适用于不同结构砂箱，该装置无需对车辆的控制系统及砂箱的结构进行改造，成本低，特别适用于在已投入运营的轨道车辆上使用。

实施例3

请参照图1～图3，相对于实施例2，在砂箱的出砂管12安装有固体流量计13，其中，步骤s1中对应关系表ⅰ的确定方法包括以下步骤：

s11、重复a次撒砂实验，撒砂实验包括：

向砂箱内加砂至满砂位，通过撒砂单元15，匀速排出砂箱内所有的砂(指的是砂箱内的砂不能从流沙管2中流出时所排出的砂)，在排砂过程中，从砂箱满砂状态开始，采用激光测距传感器9实时测量接触铁网位置，首先在开始测量接触铁网位置的时刻，读取一次固体流量计数值，之后在砂箱内的砂没排完的情况下，接触铁网位置每增加5mm读取一次固体流量计的数值，最后在固体流量计数值不再变化时读取一次固体流量计数值；

各次撒砂实验中砂石匀速流出的速度相等；

s12、将任一次撒砂实验中所读取的各固体流量计数值对应的各接触铁网位置分别作为各接触铁网位置节点；

s13、将各次撒砂实验相同序次读取到的固体流量计数值取平均值，分别得到各固体流量计数值平均值vi，i＝1～n，n为一次撒砂实验中的固体流量计数值的读取总次数；

s14、利用公式计算得到各砂箱内剩余砂量节点，v为砂箱的满砂量，ci为砂箱内剩余砂量节点；

s15、根据各接触铁网位置节点和各砂箱内剩余砂量节点确定对应关系表ⅰ。

由于撒砂原理的特殊性，像采用气流压差式撒砂的hxd1用撒砂装置，在撒砂过程中会将砂石吹起来造成砂石之间的相互碰撞，从而会使得莫式(mohs)硬度矿物等级≥5的砂石改变砂石的规格，而车辆所使用的砂石是以小于0.1mm的质量比例小于0.5％；小于0.63mm的质量比例小于5％；大于0.63mm，小于0.8mm的质量比例小于30％；大于0.8mm，小于1.6mm的质量比例大于50％；大于1.6mm，小于2mm的质量比例小于30％；大于2mm的质量比例小于5％；大于2.5mm的质量比例小于0.1％，为标准来进行填装的。所以一次测量后的砂石可能不在符合规格，因此为了保证测量的准确性，在本实施例的a次撒砂实验中，所使用的砂石为同一规格，不能将测量后的砂石重复使用。

在本实施例中，a的值越大，撒砂实验精准度越高。

在本实施例中，n的取值应根据砂箱的实际规格而定，满砂位越高，其值越大。

在本实施例，由于是直接按照5mm递增接触铁网位置来读取固定流量计数值的，因此各次撒砂实验相同序次的接触铁网位置是相同的，因此直接用si表示接触铁网位置，任一次撒砂实验的si均为接触铁网位置节点，此处不用区分各次撒砂实验；用qni表示第n次撒砂实验中第i个序次读取到的固体流量计数值，n的取值范围为1～a，那么可得到接触铁网位置节点si与固体流量计数值平均值vi之间的对应表如表1所示。

表1

在本实施例中，利用求取到各砂箱内剩余砂量节点，因此最后确定得到的对应关系表ⅰ如表2所示。

表2

实施例4

请参照图1～图3，相对于实施例3，数据处理器电性连接有固体流量计；数据处理器中写入有对应关系表ⅱ，对应关系表ⅱ包括若干流量读取时刻以及若干砂石最小流出量，相邻两个流量读取时刻之间为排砂时间段，各排砂时间段的时间长度相等，且均为t，流量读取时刻与砂石最小流出量一一对应。

在本实施例中，对应关系表ⅱ的确定方法同样需进行若干次撒砂实验，在撒砂实验中，记录流量读取时刻为ti，那么ti为排砂时间段t的整数倍，则有t1＝1t，t2＝2t，…tn＝nt；计算各次撒砂实验中相同序次的固体流量计数值平均值，第一个固体流量计数值平均值减0得到t1时刻所对应的砂石最小流出量z1，其它相邻两个固体流量计数值平均值相减得到其它各流量读取时刻所对应的砂石最小流出量分别为z2、z3、…zn，那么对应关系表ⅱ如表3所示。

首先得到流量读取时刻ti与砂石最小流出量zi之间的对应关系表ⅱ如表3所示。

表3

在砂箱排砂过程中，在各流量读取时刻ti，数据处理器获取固体流量计数值，并根据固体流量计数值计算出各排砂时间段t内的砂石流出量，若任一排砂时间段t内的砂石流出量小于其所对应的砂石最小流出量，则判断砂箱撒砂单元15堵塞，报警装置报警。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。