專利名稱：一種大型養(yǎng)路作業(yè)車脫軌檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉 及軌道車輛，具體涉及鐵路維護(hù)部門大型養(yǎng)路作業(yè)車(如清篩車、搗固 車等)安全防護(hù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
大型養(yǎng)路作業(yè)車屬于列車中的一種，大型養(yǎng)路作業(yè)車在施工過程中，與普通列車 一樣，也經(jīng)常存在脫軌現(xiàn)象。然而，已有的相關(guān)成果主要集中在高速、重載、客貨混跑、橋梁、 貨車空跑等環(huán)境下的列車脫軌現(xiàn)象，所采取的方法極為復(fù)雜，考慮的因素眾多，這些成果對 于大型養(yǎng)路作業(yè)車的脫軌現(xiàn)象并不實(shí)用，原因在于(1)大型養(yǎng)路作業(yè)車運(yùn)行速度非常緩慢，不存在外部條件不良時(shí)的緊急制動、超過 額定的列車運(yùn)行速度、不合理的車輛懸掛剛度及車體扭轉(zhuǎn)剛度以及提速狀態(tài)下的全列空載 貨車和輕、重貨車混編等前提條件，不可能出現(xiàn)滑軌脫軌和跳軌脫軌現(xiàn)象；(2)大型養(yǎng)路作業(yè)車運(yùn)行方式與常規(guī)客運(yùn)和貨運(yùn)列車不同，通常是一邊運(yùn)行一邊 施工，因此作業(yè)車與鋼軌的輪軌接觸及受力關(guān)系與常規(guī)客運(yùn)和貨運(yùn)列車相差極大；(3)根據(jù)已有的成果所開發(fā)的預(yù)警裝置、報(bào)警裝置成本高、參數(shù)設(shè)置復(fù)雜，并且只 能起到報(bào)警或預(yù)警作用(考慮到誤報(bào)或漏報(bào)情況)，以在檢測到脫軌情況下發(fā)出信號給列 車駕駛員采取相應(yīng)措施，無法自動停車。由于以上缺陷，目前尚未有適合大型養(yǎng)路作業(yè)車脫軌檢測方法及裝置。國內(nèi)解決 大型養(yǎng)路作業(yè)車脫軌所采取的應(yīng)付手段是，在作業(yè)車脫軌后利用復(fù)軌器或起復(fù)裝置進(jìn)行起 復(fù)。該方法是在大型養(yǎng)路作業(yè)車脫軌后所采取的一種應(yīng)急措施，屬于一種被動的事后援救 處理方式。然而，由于大型養(yǎng)路作業(yè)車脫軌后所造成的影響和帶來的損失無法預(yù)知，在某些 情況下，即使采用復(fù)軌器或起復(fù)裝置對脫軌大型養(yǎng)路作業(yè)車成功進(jìn)行起復(fù)，但造成的延點(diǎn) 和大型養(yǎng)路作業(yè)車脫軌所帶來的損失仍然無法避免。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種大型養(yǎng)路作業(yè)車脫軌檢測裝置，能夠主動 檢測大型養(yǎng)路作業(yè)車是否脫軌或是否可能脫軌，并在脫軌或可能脫軌時(shí)發(fā)出報(bào)警信號。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為一種大型養(yǎng)路作業(yè)車脫軌檢測裝置，其特征在于它包括設(shè)置在大型養(yǎng)路作業(yè)車底部并指向鋼軌軌面的超聲波距離傳感器、用于接收超聲波距離傳感器發(fā)出的距離值并進(jìn)行處理的處理器；所述處理器對以下動作進(jìn)行選擇當(dāng)超聲波距離傳感器發(fā)出的當(dāng)前距離值大于等于設(shè)定值時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號；或，當(dāng)超聲波距離傳感器發(fā)出的當(dāng)前距離值小于設(shè)定值時(shí)，處理超聲波距離傳感器發(fā)出的下一個距離值。上述方案中，所述超聲波距離傳感器為具有溫度補(bǔ)償功能的超聲波距離傳感器。上述方案中，所述超聲波距離傳感 器發(fā)出的超聲波頻率為250KHZ。上述方案中，所述超聲波距離傳感器包括超聲波探頭、處理模塊，超聲波探頭接收 超聲回波后向處理模塊輸出電壓信號，處理模塊處理電壓信號的頻率位于200-300KHZ之 間，幅值位于2. 5-3. 3v之間。本發(fā)明的工作原理為采用超聲波方式精確檢測設(shè)置在大型養(yǎng)路作業(yè)車底部的超 聲波傳感器與軌面距離，當(dāng)超聲波傳感器與軌面距離大于等于設(shè)定值時(shí)，說明大型養(yǎng)路作 業(yè)車已經(jīng)脫軌或可能發(fā)生脫軌，本發(fā)明大型養(yǎng)路作業(yè)車脫軌檢測裝置發(fā)出報(bào)警信號報(bào)警。本發(fā)明的有益效果為1、可主動檢測大型養(yǎng)路作業(yè)車的脫軌與否，及時(shí)補(bǔ)救，避免損失；2、增加溫度補(bǔ)償系數(shù)，提高超聲波距離傳感器靈敏度和精度；3、本發(fā)明所采用的超聲波頻率增大，超聲波頻率為250KHZ，使得超聲波波長比通 常情況下大約短5倍，極大的提高了超聲波的穿透能力及對周圍環(huán)境的抗干擾能力，避免 了空氣濕度等影響。4、采用基于閾值自動設(shè)置的抗環(huán)境干擾信號方法，處理模塊僅僅接收超聲回波后 向輸出有用電壓信號，處理模塊處理的有用電壓信號的頻率位于200-300KHZ之間，幅值位 于2. 5-3. 3v之間，將范圍之外的信號作為環(huán)境干擾信號，以去除環(huán)境中疊加的干擾信號， 減小了發(fā)射部分帶來的余波和串?dāng)_直通波干擾，可降低誤報(bào)率和漏報(bào)率。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的傳感器的結(jié)構(gòu)框2為車輪脫軌前狀態(tài)示意3為車輪脫軌后狀態(tài)示意4為處理器工作流程5為超聲波回波頻率與幅值閾值設(shè)置示意圖
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例包括設(shè)置在大型養(yǎng)路作業(yè)車底部并指向鋼軌軌面的超聲波距離傳感器、用于接收超聲波距離傳感器發(fā)出的距離值并進(jìn)行處理的處理器；所述超聲波距離傳感器為具有溫度補(bǔ)償功能的超聲波距離傳感器，超聲波距離傳 感器發(fā)出的超聲波頻率為250KHz。所述處理器對以下動作進(jìn)行選擇當(dāng)超聲波距離傳感器發(fā)出的當(dāng)前距離值大于等于設(shè)定值時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號；或，當(dāng)超聲波距離傳感器發(fā)出的當(dāng)前距離值小于設(shè)定值時(shí)，處理超聲波距離傳感器發(fā) 出的下一個距離值。本實(shí)施例中，超聲波距離傳感器包括超聲波探頭、溫度傳感器、脈寬調(diào)制輸出模塊PWM(控制超聲波傳感器的超聲波頻率)、閾值設(shè)置模塊、計(jì)時(shí)器(對超聲波傳感器發(fā)射端發(fā) 出超聲波，至回波到達(dá)超聲波傳感器接收端進(jìn)行計(jì)時(shí))、溫度補(bǔ)償模塊。其中，脈寬調(diào)制輸出 模塊、閾值設(shè)置模塊、計(jì)時(shí)器、溫度補(bǔ)償模塊都集成在32位DSP芯片TMS320F2812中。脈寬 調(diào)制輸出模塊產(chǎn)生250KHz的脈沖，驅(qū)動超聲波傳感器產(chǎn)生頻率為250KHz的超聲波。閾值 設(shè)置模塊設(shè)置有用電壓信號的頻率位于200-300KHZ之間，幅值位于2. 5-3. 3v之間。TMS320F2812工作頻率為120MHz，計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)精確度為/u =——-~- = 8.3xl0"95 = 8.3ra
120 xlO6溫度傳感器采用LM92溫度傳感器進(jìn)行環(huán)境溫度檢測，將所檢測的環(huán)境溫度傳遞 給DSP芯片TMS320F2812，對超聲波在不同環(huán)境溫度下的傳播速度進(jìn)行補(bǔ)償。LM92溫度傳 感器的溫度測試分辨率為0. 0625°C，能很好的補(bǔ)償超聲波在不同溫度的傳播速度。圖2、3為車輪脫軌前后示意圖，通常情況下，超聲波探頭3所在大型養(yǎng)路作業(yè)車底 部1 (本實(shí)施例與車輪圓心等高位置)與鋼軌軌面2的距離為300mm ；車輪外圈4與車輪內(nèi) 圈5之間距離20mm，車輪脫軌瞬間，車輪圓心與鋼軌軌面的距離為320mm，因此，本實(shí)施例處 理器設(shè)定值為320mm。超聲波探頭發(fā)射端發(fā)出超聲波至回波到達(dá)超聲波傳感器接收端的時(shí)間為t，則車 輪圓心至鋼軌軌面之間的距離s = ct/2, c為超聲波波速。由于超聲波波速c會隨著環(huán)境溫度的影響而改變，因此增加溫度系數(shù)對c進(jìn)行補(bǔ) 償。超聲波波速c與實(shí)時(shí)環(huán)境溫度T之間的關(guān)系為c = c0+0. 607T，c0為超聲波在常溫下 的空氣介質(zhì)中的傳播速度，且cQ = 340m/s。因此，車輪圓心至鋼軌軌面之間的距離s = ct/2 = (c0+0. 607T)t/2 (1)其中C(l已知，只需要測得實(shí)時(shí)環(huán)境溫度T和超聲波傳感器發(fā)射端發(fā)出超聲波至回 波到達(dá)超聲波傳感器接收端的時(shí)間t即可。如圖4所示，處理器的設(shè)定值為320mm，處理器將設(shè)定值和計(jì)算模塊發(fā)出的距離信 號s進(jìn)行比較，當(dāng)s ^ 320mm時(shí)，說明大型養(yǎng)路作業(yè)車已經(jīng)脫軌或即將脫軌，處理器發(fā)出報(bào) 警信號(如聲音信號、顯示信號等)或/和停車信號；當(dāng)s< 320mm時(shí)，說明大型養(yǎng)路作業(yè) 車安全，處理器處理超聲波距離傳感器發(fā)出的下一個距離值信號。如圖5所示，本實(shí)施例的超聲波頻率為250KHZ，其波形經(jīng)過放大處理后的幅值為 3. 3v。故設(shè)置接收的頻率和幅值的閾值為250Khz和3v，當(dāng)超聲波頻率位于200KHz_300KHz， 幅值位于2. 5v-3. 3v時(shí)為有用信號，即超聲波探頭接收超聲回波后向處理模塊輸出電 壓信號，TMS320F2812處理模塊處理電壓信號的頻率位于200_300KHz之間，幅值位于 2. 5-3. 3v之間。范圍之外的信號為環(huán)境干擾信號，以去除環(huán)境中疊加的干擾信號，減小了發(fā) 射部分帶來的余波和串?dāng)_直通波干擾，具有降低誤報(bào)率和漏報(bào)率等特點(diǎn)。
權(quán)利要求
一種大型養(yǎng)路作業(yè)車脫軌檢測裝置，其特征在于它包括設(shè)置在大型養(yǎng)路作業(yè)車底部并指向鋼軌軌面的超聲波距離傳感器、用于接收超聲波距離傳感器發(fā)出的距離值并進(jìn)行處理的處理器；所述處理器對以下動作進(jìn)行選擇當(dāng)超聲波距離傳感器發(fā)出的當(dāng)前距離值大于等于設(shè)定值時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號；或，當(dāng)超聲波距離傳感器發(fā)出的當(dāng)前距離值小于設(shè)定值時(shí)，處理超聲波距離傳感器發(fā)出的下一個距離值。
2.如權(quán)利要求1所述的大型養(yǎng)路作業(yè)車脫軌檢測裝置，其特征在于所述超聲波距離 傳感器為具有溫度補(bǔ)償功能的超聲波距離傳感器。
3.如權(quán)利要求1所述的大型養(yǎng)路作業(yè)車脫軌檢測裝置，其特征在于所述超聲波距離 傳感器發(fā)出的超聲波頻率為250KHz。
4 如權(quán)利要求1所述的大型養(yǎng)路作業(yè)車脫軌檢測裝置，其特征在于所述超聲波距離 傳感器包括超聲波探頭、處理模塊，超聲波探頭接收超聲回波后向處理模塊輸出電壓信號， 處理模塊處理電壓信號的頻率位于200-300KHZ之間，幅值位于2. 5-3. 3v之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種大型養(yǎng)路作業(yè)車脫軌檢測裝置，它包括設(shè)置在大型養(yǎng)路作業(yè)車底部并指向鋼軌軌面的超聲波距離傳感器、用于接收超聲波距離傳感器發(fā)出的距離值并進(jìn)行處理的處理器；所述處理器對以下動作進(jìn)行選擇當(dāng)超聲波距離傳感器發(fā)出的當(dāng)前距離值大于等于設(shè)定值時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號；或，當(dāng)超聲波距離傳感器發(fā)出的當(dāng)前距離值小于設(shè)定值時(shí)，處理超聲波距離傳感器發(fā)出的下一個距離值。本發(fā)明能夠主動檢測大型養(yǎng)路作業(yè)車是否脫軌或是否可能脫軌，并在脫軌或可能脫軌時(shí)發(fā)出報(bào)警信號。
文檔編號B61F9/00GK101870295SQ20101020741
公開日2010年10月27日 申請日期2010年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月24日
發(fā)明者劉泉, 劉波, 華長權(quán), 周祖德, 尹勇, 李京蔚, 梅偉, 董明東, 邢根軒, 龍毅宏 申請人:武漢理工大學(xué)