铁路货车车载超偏载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车车载超偏载安全监测装置。该装置主要包括：测距装置、无线通讯装置、存储装置，所述测距装置与所述无线通讯装置、存储装置进行有线连接，安装于前后转向架的摇枕与中央悬挂弹簧的托梁之间，将计算得到的中央悬挂弹簧的压缩量传输给所述无线通讯装置和存储装置。本实用新型的车载货运列车超偏载监测装置可以实时监测货运列车超偏载状况，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；利用防污、防震、防水、防电磁等设计，可以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】
铁路货车车载超偏载安全监测装置
技术领域
[0001] 本实用新型涉及列车监测技术领域，尤其涉及一种铁路货车车载超偏载安全监测 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。货运列车超载与 偏载问题是引起车辆脱轨、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 加强超偏载的监测工作。然而，现有的超偏载检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、倾斜等原因而引起的列车偏载现象，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。
[0003] 因此，研究重载列车超偏载的车载式监测装置，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车车载超偏载安全监测装置，以实现对铁 路货车的车载超偏载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] -种铁路货车车载超偏载安全监测装置，包括:测距装置、无线通讯装置、存储装 置，所述测距装置与所述无线通讯装置、存储装置进行有线连接，安装于前后转向架的摇 枕与中央悬挂弹簧的托梁之间，将计算得到的中央悬挂弹簧的压缩量传输给所述无线通讯 装置和存储装置。
[0008] 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] 进一步地，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。
[0010] 进一步地，所述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，所述超偏载安全监测装置设置有外壳，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以看出，本实用新型的车载货运列 车超偏载监测装置可以实时监测货运列车超偏载状况，并实时报告到相关部门；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；利用防污、防震、防水、防电磁等 设计，可以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。
[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，这些将从下面的描 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超偏载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超偏载算法流程图。
【具体实施方式】
[0019] 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。
[0020] 本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式"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"耦接"到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以 存在中间元件。此外，这里使用的"连接"或"耦接"可以包括无线连接或耦接。这里使用的措 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。
[0021] 本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(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，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0022] 为便于对本实用新型实施例的理解，下面将结合附图以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。
[0023] 本实用新型提供的一种超偏载安全监测装置的结构示意图如图1、图2所示，包括： 测距装置101、无线通讯装置102、存储装置103。
[0024]测距装置101包括但不限于精密激光位移传感器、拉绳位移传感器等，负责测量弹 簧压缩后高度;测距装置101与无线通讯装置102、存储装置103进行有线连接，安装于前后 转向架的摇枕与中央悬挂弹簧的托梁之间，测量摇枕和托梁间的距离，计算中央悬挂弹簧 的压缩量，将计算得到的中央悬挂弹簧的压缩量传输给无线通讯装置102、存储装置103。 [0025] 所属无线通讯装置102包括但不限于GSM、GPRS、北斗、Zigbee、WiFi等，用于传输测 距装置测量的中央悬挂弹簧压缩后高度。
[0026] 所属无线通讯装置102还包括天线107。
[0027]所述存储装置103包括但不限于SD卡等，用于存储测距装置测量的中央悬挂弹簧 压缩后高度。
[0028]所述超偏载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、锂电池等。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。
[0029]所述超偏载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，可以防止电磁干扰，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，采用箍、捆绑等方式安装装 置。
[0030] 本实用新型提供的一种超偏载安全监测装置安装在摇忱上，采用粘贴的方式。
[0031] 硬件指标：
[0032] 1测距装置处理器
[0033]芯片是TI公司的CC2530,主要完成数据采集、处理以及数据的无线传输等。CC2530 是用于2.4-GHz IEEE 802.15.4、218866和1^40￡应用的一个真正的片上系统（3〇〇解决方 案。它能够以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32/64/128/256KB 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。
[0034] 2位移传感器
[0035] 位移传感器采用拉绳式位移传感器，如采用的WXY20(该型号的位移传感器只是一 个举例，并非限定本实用新型）。
[0036]工作原理:拉绳式位移传感器的功能是把机械运动转换成可以计量、记录或传送 的电信号。该位移传感器由可拉伸的不锈钢绳绕在一个有螺纹的轮毂上，此轮毂与一个精 密旋转感应器连接在一起，感应器可以是增量编码器、绝对值编码器、混合货导电塑料旋转 电位计、同步器或解析器。
[0037] 精度高，综合精度可达0.05 %F.S [0038]高分辨率，移动平滑
[0039]抗干扰能力符合IEC 61000-4-4/IEC 61000-4-2
[0040] 拉绳位移传感器为模拟量输出，与处理器CC2530通过模拟10 口进行连接，传感器 的接线方式如下：
[0041] 棕色：+5V/+10VDC
[0042] 蓝色：0V/GR0UND
[0043] 黑色：OUTPUT该线与处理器CC2530的模拟10 口相连 [0044] 3车载车辆控制器
[0045] 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 Cortex_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高清播放以及应用计算能力，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SM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。
[0046] 图3为本实用新型提供的一种超偏载算法流程图。
[0047] 所述超偏载安全监测装置还包括超偏载算法；
[0048] 1 输入
[0049] 四个测量值Xa、Xb、Xc和Xd;
[0050] 2配置文件
[0051 ] (1)各个转向架弹簧数量na、nb、nc和n d;
[0052] ( 2 )各弹黄刚度系数 K:ia,…，Knya， Kib:，???.. k.icKnc.c 和 Kid, , Kr;dC];
[0053] (3)自由度Xia，. ?" ,'X打:一，Xk,.…，Xj^e.和X14, ;
[0054] (4)车辆额定载重F定；
[0055] 3计算受力
[0056] (1)计算1位、3位中间的中央悬挂的等效刚度，其为该中央悬挂各个弹簧等效刚度 的和，表达式如下：
[0057] Fa = 2：；^ Kia * (Xia - Xa), if Xia - Xa > 0。
[0058] (2)计算5位、7位中间的中央悬挂的等效刚度，其为该中央悬挂各个弹簧等效刚度 的和，表达式如下：
[0059] Fb = Kjb * (Xlb - Xb), if Xib - Xb > 0〇
[0060] (3)计算6位、8位中间的中央悬挂的等效刚度，其为该中央悬挂各个弹簧等效刚度 的和，表达式如下：
[0061 ] Fc = SL Kic * (Xic - Xc), if Xic - Xc > 0。
[0062] (4)计算2位、4位中间的中央悬挂的等效刚度，其为该中央悬挂各个弹簧等效刚度 的和，表达式如下：
[0063] Fd = Kid * (Xid - Xci) , if Xid - Xci > 0〇
[0064] 4计算综合受力
[0065]转向架前侧受力为1位、3位中间的中央悬挂受力与2位、4位中间的中央悬挂受力 的和，表达式如下：
[0066] F前=Fa+Fb;
[0067]转向架后侧受力为5位、7位中间的中央悬挂受力与6位、8位中间的中央悬挂受力 的和，表达式如下：
[0068] F后=FC+Fd;
[0069]转向架左侧受力为1位、3位中间的中央悬挂受力与5位、7位中间的中央悬挂受力 的和，表达式如下：
[0070] f嫌=Fa+Fc;
[0071]转向架前侧受力为2位、4位中间的中央悬挂受力与6位、8位中间的中央悬挂受力 的和，表达式如下：
[0072] F^=Fb+Fd；
[0073]转向架总受力为各个中央悬挂受力的总和，表达式如下：
[0074] F总=Fa+Fb+Fc+Fd。
[0075]转向架总受力与额定受力的差值表示车辆是否超载，表达式如下：
[0076] AF=F^'-F?〇
[0077] 5超偏载判定
[0078] (1)超载判定：
[0079] 当
时，即弹簧总压缩量乂3+乂计乂。+乂<^162.8臟，那么车辆超载 ；
[0080] 在可判定货物为成包货物时，当
时，即弹簧总压缩量Xa+Xb+X c+Xd2 148.6mm，那么车辆超载。
[00811 (2)左右偏载判定：
[0082] 当
时，那么车辆左右偏载t 时，亦可进行判断。
[0083]前后偏载判定：
[0084] ⑶当|FtrF后|2 10t时，BP前后弹簧差值|Xa+Xb-(Xc+Xd)|2 5?52mm，那么车辆前后 偏载。
[0085] 综上所述，本实用新型的车载货运列车超偏载监测装置可以实时监测货运列车超 偏载状况，并实时报告到相关部门；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；利用防污、防震、防水、防电磁等设计，可以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。
[0086] 本领域普通技术人员可以理解: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。
[0087] 本领域普通技术人员可以理解:实施例中的装置中的部件可以按照实施例描述分 布于实施例的装置中，也可以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 述实施例的部件可以合并为一个部件，也可以进一步拆分成多个子部件。
[0088] 以上所述，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揭露的技术范围内，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 以权利要求的保护范围为准。
【主权项】
1. 一种铁路货车车载超偏载安全监测装置，其特征在于，包括:测距装置、无线通讯装 置、存储装置，所述测距装置与所述无线通讯装置、存储装置进行有线连接，安装于前后转 向架的摇枕与中央悬挂弹簧的托梁之间，将计算得到的中央悬挂弹簧的压缩量传输给所述 无线通讯装置和存储装置。2. 根据权利要求1所述的铁路货车车载超偏载安全监测装置，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所述的铁路货车车载超偏载安全监测装置，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所述的铁路货车车载超偏载安全监测装置，其特征在于，所述测距装 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所述的铁路货车车载超偏载安全监测装置，其特征在于，所述超偏载 安全监测装置设置有外壳，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所述的铁路货车车载超偏载安全监测装置，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所述的铁路货车车载超偏载安全监测装置，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所述的铁路货车车载超偏载安全监测装置，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】G01G19/04GK205562005SQ201620010103
【公开日】2016年9月7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