專利名稱：一種重載列車運(yùn)行危險(xiǎn)狀態(tài)的地面監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種重載列車運(yùn)行危險(xiǎn)狀態(tài)的地面監(jiān)測方法。
背景技術(shù)：
鐵路是交通運(yùn)輸?shù)拇髣用}，對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著十分重要的作用。發(fā)展重載運(yùn)輸是提高我國鐵路運(yùn)輸能力的基本戰(zhàn)略對策，是國情路情的必然產(chǎn)物，能有效緩解鐵路運(yùn)量與運(yùn)能的矛盾，具有顯著的社會經(jīng)濟(jì)效益。但是重載運(yùn)輸是對傳統(tǒng)運(yùn)輸方式的重大突破， 其安全形勢并不樂觀，重載鐵路車輛蛇形失穩(wěn)(左右擺動過大)及車輪擦傷現(xiàn)象普遍存在， 前者將惡化車輛運(yùn)行品質(zhì)，引發(fā)車輛爬軌脫軌的嚴(yán)重事故，后者將惡化輪軌動態(tài)相互作用， 可產(chǎn)生跳軌脫軌的嚴(yán)重事故。因此，在既有線路條件下對過往重載車輛的蛇形失穩(wěn)及車輪擦傷這兩種運(yùn)行危險(xiǎn)狀態(tài)，實(shí)行實(shí)時(shí)高精度的監(jiān)測，是鐵路安全工作者和鐵路研究人員多年來一直希望解決的問題，也是我國重載鐵路快速發(fā)展的一個(gè)瓶頸。在地面測試列車運(yùn)行狀態(tài)，安裝的設(shè)備少，成本低，能夠?qū)λ薪?jīng)過測試區(qū)域的列車車輛進(jìn)行檢測。國內(nèi)外鐵路管理部門都投入了大量的人力和物力進(jìn)行相關(guān)設(shè)備的研究， 目前都是利用道旁的監(jiān)測設(shè)備對鐵道車輛等移動設(shè)備的運(yùn)行安全進(jìn)行監(jiān)控，已用的成套的列車安全檢測裝置有美國交通技術(shù)中心有限公司的車輛性能檢測系統(tǒng)、中國鐵路車輛運(yùn)行安全監(jiān)控系統(tǒng)中的車輛運(yùn)行品質(zhì)動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、車輛安全運(yùn)行檢測系統(tǒng)。美國的車輛性能檢測系統(tǒng)雖然在鐵路安全監(jiān)控方面發(fā)揮了作用，但是測試區(qū)長為0. 3米的間斷試測量， 不能監(jiān)測連續(xù)的輪軌力，包括連續(xù)的橫向與垂向輪軌力，不能識別重載車輛的蛇形失穩(wěn)狀態(tài)，另外，安裝區(qū)段線路為平坡，滿足美國聯(lián)邦鐵路局標(biāo)準(zhǔn)5級線路以上，其按照條件非?？量?。中國車輛運(yùn)行品質(zhì)動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)在安裝過程中需要對路基、道床枕木及扣件等做較大的更改和替換，致使輪軌系統(tǒng)的邊界條件發(fā)生變化，測量的結(jié)果更是在這種特定的邊界條件和約束條件下得到的，難以反映真實(shí)輪軌力，另外，由于采用整體道床結(jié)構(gòu)，決定了該系統(tǒng)的監(jiān)測區(qū)長度較短(目前監(jiān)測區(qū)長為4.8米)，從而使得該系統(tǒng)也不能實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)向架或輪對蛇行失穩(wěn)識別，且車輪擦傷判斷不準(zhǔn)確。而車輛安全運(yùn)行檢測系統(tǒng)雖然采用既有線路條件，不破壞軌道路基，可真實(shí)反映輪軌實(shí)際作用力，但其應(yīng)用時(shí)滿足軌道坡度小于3%。的條件，實(shí)際上，鐵路軌道超過3%。坡度是非常普遍，因此車輛安全運(yùn)行檢測系統(tǒng)具有相當(dāng)大的應(yīng)用局限性。綜上所述，現(xiàn)有列車狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)均不能滿足應(yīng)用需求，具有各自的應(yīng)用缺陷和局限性，且未見重載鐵路車輛蛇形失穩(wěn)及車輪擦傷狀態(tài)監(jiān)測方法的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種重載列車運(yùn)行危險(xiǎn)狀態(tài)的地面監(jiān)測方法，該方法基于軌道地面測試，能夠?qū)崟r(shí)、可靠的識別與監(jiān)測出重載車輛蛇形失穩(wěn)和車輪擦傷的運(yùn)行危險(xiǎn)狀態(tài)，并實(shí)時(shí)顯示蛇形失穩(wěn)及車輪擦傷的輪對位置信息，以確保列車運(yùn)行的安全。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是一種重載列車運(yùn)行危險(xiǎn)狀態(tài)的地面監(jiān)測方法，其步驟是A、在連續(xù)15跨的鐵路軌道直線單側(cè)鋼軌上布置應(yīng)變花組，每跨的軌腰上布置3組測量垂向輪軌力的應(yīng)變花組，每跨的軌底邊緣上布置3組測量橫向輪軌力的應(yīng)變花組構(gòu)成應(yīng)變測試模塊；由應(yīng)變測試模塊測試出列車經(jīng)過時(shí)，軌道測試點(diǎn)的垂向輪軌力和橫向輪軌力的信號及其對應(yīng)的時(shí)間信號；B、將A步測得的軌道測試點(diǎn)的垂向輪軌力和橫向輪軌力信號及其對應(yīng)的時(shí)間信號通過信號調(diào)理器放大、濾波后由數(shù)據(jù)采集卡轉(zhuǎn)換為軌道測試點(diǎn)的數(shù)字信號；該數(shù)字信號再經(jīng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為所述的15跨軌道即測試區(qū)各點(diǎn)連續(xù)的輪軌力曲線；C、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將被測列車的速度信號和B步得到的測試區(qū)各輪對上各點(diǎn)連續(xù)的垂向輪軌力曲線與數(shù)據(jù)庫中的對應(yīng)速度下，不同擦傷長度的車輪擦傷曲線進(jìn)行比較，如比較輪對的垂向輪軌力曲線與被比較的擦傷曲線尖峰的殘差平方和小于設(shè)定的閾值，則判定該輪對存在擦傷，且擦傷長度等于被比較的車輪擦傷曲線所對應(yīng)的擦傷長度，并給出該列車存在車輪擦傷、列車運(yùn)行處于危險(xiǎn)狀態(tài)及其擦傷輪對位置的信息；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將B步得到的測試區(qū)各輪對上各點(diǎn)連續(xù)的橫向輪軌力曲線進(jìn)行頻域和時(shí)域分析，如有輪對曲線的主頻在設(shè)定的取值范圍內(nèi)，且此曲線在時(shí)域上存在周期波形，則判定該輪對蛇形失穩(wěn)，并給出該列車處于蛇形失穩(wěn)危險(xiǎn)狀態(tài)及其蛇形失穩(wěn)輪對位置的信息。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是一、通過在地面軌道上布置連續(xù)15跨90組(垂向與橫向各45組)應(yīng)變花組，測試列車輪對經(jīng)過測試區(qū)域時(shí)各輪對上的垂向和橫向輪軌力，輪軌力的測試點(diǎn)多，信息豐富， 使后期的數(shù)據(jù)分析精度高、可靠性強(qiáng)。二、通過對多點(diǎn)測試的垂向輪軌力和橫向輪軌力的連續(xù)化處理，得出各輪對上各點(diǎn)連續(xù)的垂向和橫向輪軌力曲線，進(jìn)而將垂向輪軌力曲線與數(shù)據(jù)庫中的車輪擦傷曲線進(jìn)行比對，能夠可靠的識別出車輪是否擦傷及其擦傷長度和所在輪對，同樣，將連續(xù)的輪軌橫向力曲線進(jìn)行頻域和時(shí)域分析，可以準(zhǔn)確判斷車輛是否存在蛇形失穩(wěn)及發(fā)生蛇形失穩(wěn)的輪對。并進(jìn)而給出列車處于車輪擦傷和/或蛇形失穩(wěn)危險(xiǎn)狀態(tài)的警示信息及危險(xiǎn)狀態(tài)發(fā)生的輪對位置信息。便于鐵路人員根據(jù)顯示信息進(jìn)行及時(shí)的應(yīng)急處理與維護(hù)，以確保列車運(yùn)行的安全。三、本發(fā)明方法僅需要在軌腰和軌底上粘貼布置應(yīng)變花，對原有軌道的結(jié)構(gòu)與運(yùn)行狀態(tài)無影響，與真實(shí)運(yùn)行的軌道幾乎一致，既使測試成本低，也進(jìn)一步保證了測試的精度和可靠性。應(yīng)變測試模塊能布置于任意坡度條件下的軌道，可廣泛應(yīng)用于鐵路重載列車蛇形失穩(wěn)、車輪擦傷狀態(tài)的監(jiān)控。上述的3組測量垂向輪軌力的應(yīng)變花組的具體布置為每組應(yīng)變花組由前排兩個(gè)應(yīng)變花、后排兩個(gè)應(yīng)變花共四個(gè)應(yīng)變花組成，前、后兩排應(yīng)變花的中心相距220mm ；第一組前排的應(yīng)變花布置于扣件正上方的軌腰處，且第一組的后排應(yīng)變花的中心與第二組的后排應(yīng)變花中心相距190mm，第二組的后排應(yīng)變花的中心與第三組的后排應(yīng)變花中心相距 190mmo這種布置方式使各組應(yīng)變花測量的垂向測試點(diǎn)在跨內(nèi)是均勻分布的，并且跨間的測試點(diǎn)也是均勻分布的，也即整個(gè)測試區(qū)域內(nèi)，測點(diǎn)都是均勻分布的。離散測點(diǎn)的均勻分布使后續(xù)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的連續(xù)化處理更加方便，計(jì)算速度更快，更具實(shí)時(shí)性。上述的3組測量橫向輪軌力的應(yīng)變花組的具體布置為每組應(yīng)變花組由前排兩個(gè)應(yīng)變花、后排兩個(gè)應(yīng)變花共四個(gè)應(yīng)變花組成，前、后兩排應(yīng)變花的中心相距220mm ；第一組前排的應(yīng)變花布置于扣件向后40mm的軌底邊緣，第三組后排的應(yīng)變花布置于另一扣件向前40mm的軌底邊緣，且第一組的后排應(yīng)變花的中心與第二組的后排應(yīng)變花中心相距 150mm，第二組的后排應(yīng)變花的中心與第三組的后排應(yīng)變花中心相距150mm。這種布置方法使第一組和第三組橫向測試應(yīng)變花組安裝時(shí)避開了軌底的扣件；并且在整個(gè)測試區(qū)域內(nèi)測點(diǎn)也基本均勻分布，使后續(xù)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的連續(xù)化處理方便，計(jì)算速度快，實(shí)時(shí)性好。上述的數(shù)據(jù)庫中的車輪擦傷曲線包含了(10+5n)km/h，η = 0,1,2. . . 22的速度下重載車輛車輪存在長度為10、15、20、25、30、40、50mm擦傷時(shí)的連續(xù)垂向輪軌力曲線。這樣，數(shù)據(jù)庫中的曲線數(shù)據(jù)既能較好的反映現(xiàn)實(shí)情況下的擦傷長度狀況，又使計(jì)算的復(fù)雜度較低。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例在一跨鋼軌中的應(yīng)變花的布置示意圖。圖1中10為鋼軌，2為鋼軌上的軌道測試點(diǎn)，3為扣件，4為軌枕；測量垂向輪軌力的應(yīng)變花組中各排應(yīng)變花的編號分別為11為第一組前排的應(yīng)變花，12為第一組后排應(yīng)變花，21為第二組前排應(yīng)變花，22為第二組后排應(yīng)變花，31為第三組前排應(yīng)變花，32為第三組后排應(yīng)變花；測量橫向輪軌力的應(yīng)變花組中各排應(yīng)變花的編號分別為101為第一組前排的應(yīng)變花，102為第一組后排應(yīng)變花，201為第二組前排應(yīng)變花，202為第二組后排應(yīng)變花，301為第三組前排應(yīng)變花，302為第三組后排應(yīng)變花。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例圖1示出，本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式
是，一種重載列車運(yùn)行危險(xiǎn)狀態(tài)的地面監(jiān)測方法，其步驟是A、在連續(xù)15跨(相鄰兩軌枕4之間的鋼軌為一跨)的鐵路軌道直線單側(cè)鋼軌10 上布置應(yīng)變花組，每跨的軌腰上布置3組測量垂向輪軌力的應(yīng)變花組，每跨的軌底邊緣上布置3組測量橫向輪軌力的應(yīng)變花組構(gòu)成應(yīng)變測試模塊；由應(yīng)變測試模塊測試出列車經(jīng)過時(shí)，軌道測試點(diǎn)2的垂向輪軌力和橫向輪軌力的信號及其對應(yīng)的時(shí)間信號；B、將A步測得的軌道測試點(diǎn)的垂向輪軌力和橫向輪軌力信號及其對應(yīng)的時(shí)間信號通過信號調(diào)理器放大、濾波后由數(shù)據(jù)采集卡轉(zhuǎn)換為軌道測試點(diǎn)的數(shù)字信號；該數(shù)字信號再經(jīng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為所述的15跨軌道即測試區(qū)各點(diǎn)連續(xù)的輪軌力曲線；轉(zhuǎn)化方法可以采用各種現(xiàn)有的離散數(shù)據(jù)連續(xù)化方法，如申請?zhí)枮?01010529935.0的“一種地面測試鐵道車輛輪軌力的連續(xù)化處理方法”的專利申請所使用的方法。C、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將被測列車的速度信號和B步得到的測試區(qū)各輪對上各點(diǎn)連續(xù)的垂向輪軌力曲線與數(shù)據(jù)庫中的對應(yīng)速度下，不同擦傷長度的車輪擦傷曲線進(jìn)行比較，如比較輪對的垂向輪軌力曲線與被比較的擦傷曲線尖峰的殘差平方和小于設(shè)定的閾值，則判定該輪對存在擦傷，且擦傷長度等于被比較的車輪擦傷曲線所對應(yīng)的擦傷長度，并給出該列車存在車輪擦傷、列車運(yùn)行處于危險(xiǎn)狀態(tài)及其擦傷輪對位置的信息；上述的閾值在輪軌力的單位在kN時(shí)通常取3. 2-5. 3。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將B步得到的測試區(qū)各輪對上各點(diǎn)連續(xù)的橫向輪軌力曲線進(jìn)行頻域和時(shí)域分析，如有輪對曲線的主頻在設(shè)定的取值范圍內(nèi)，且此曲線在時(shí)域上存在周期波形，則判定該輪對蛇形失穩(wěn)，并給出該列車處于蛇形失穩(wěn)危險(xiǎn)狀態(tài)及其蛇形失穩(wěn)輪對位置的信息。上述的主頻的取值范圍通常為9-llHz。圖1還示出，本例的3組測量垂向輪軌力的應(yīng)變花組的具體布置為每組應(yīng)變花組由前排兩個(gè)應(yīng)變花、后排兩個(gè)應(yīng)變花共四個(gè)應(yīng)變花組成，前、后兩排應(yīng)變花的中心相距 220mm ；第一組前排的應(yīng)變花11布置于扣件3正上方的軌腰處，且第一組的后排應(yīng)變花12 的中心與第二組的后排應(yīng)變花22中心相距190mm，第二組的后排應(yīng)變花22的中心與第三組的后排應(yīng)變花32中心相距190mm ；3組測量橫向輪軌力的應(yīng)變花組的具體布置為每組應(yīng)變花組由前排兩個(gè)應(yīng)變花、后排兩個(gè)應(yīng)變花共四個(gè)應(yīng)變花組成，前、后兩排應(yīng)變花的中心相距220mm;第一組前排的應(yīng)變花101布置于扣件3向后40mm的軌底邊緣，第三組后排的應(yīng)變花302布置于另一扣件3向前40mm的軌底邊緣，且第一組的后排應(yīng)變花102的中心與第二組的后排應(yīng)變花 202中心相距150mm，第二組的后排應(yīng)變花202的中心與第三組的后排應(yīng)變花302中心相距 150mm ；本例的數(shù)據(jù)庫中的車輪擦傷曲線包含了(10+5n)km/h，η = 0,1,2...22的速度下重載車輛車輪存在長度為10、15、20、25、30、40、50mm擦傷時(shí)的連續(xù)垂向輪軌力曲線。
權(quán)利要求
1.一種重載列車運(yùn)行危險(xiǎn)狀態(tài)的地面監(jiān)測方法，其步驟是A、在連續(xù)15跨的鐵路軌道直線單側(cè)鋼軌(10)上布置應(yīng)變花組，每跨的軌腰上布置3 組測量垂向輪軌力的應(yīng)變花組，每跨的軌底邊緣上布置3組測量橫向輪軌力的應(yīng)變花組構(gòu)成應(yīng)變測試模塊；由應(yīng)變測試模塊測試出列車經(jīng)過時(shí)，軌道測試點(diǎn)O)的垂向輪軌力和橫向輪軌力的信號及其對應(yīng)的時(shí)間信號；B、將A步測得的軌道測試點(diǎn)的垂向輪軌力和橫向輪軌力信號及其對應(yīng)的時(shí)間信號通過信號調(diào)理器放大、濾波后由數(shù)據(jù)采集卡轉(zhuǎn)換為軌道測試點(diǎn)的數(shù)字信號；該數(shù)字信號再經(jīng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為所述的15跨軌道即測試區(qū)各點(diǎn)連續(xù)的輪軌力曲線；C、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將被測列車的速度信號和B步得到的測試區(qū)各輪對上各點(diǎn)連續(xù)的垂向輪軌力曲線與數(shù)據(jù)庫中的對應(yīng)速度下，不同擦傷長度的車輪擦傷曲線進(jìn)行比較，如比較輪對的垂向輪軌力曲線與被比較的擦傷曲線尖峰的殘差平方和小于設(shè)定的閾值，則判定該輪對存在擦傷，且擦傷長度等于被比較的車輪擦傷曲線所對應(yīng)的擦傷長度，并給出該列車存在車輪擦傷、列車運(yùn)行處于危險(xiǎn)狀態(tài)及其擦傷輪對位置的信息；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將B步得到的測試區(qū)各輪對上各點(diǎn)連續(xù)的橫向輪軌力曲線進(jìn)行頻域和時(shí)域分析，如有輪對曲線的主頻在設(shè)定的取值范圍內(nèi)，且此曲線在時(shí)域上存在周期波形，則判定該輪對蛇形失穩(wěn)，并給出該列車處于蛇形失穩(wěn)危險(xiǎn)狀態(tài)及其蛇形失穩(wěn)輪對位置的信肩、ο
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種重載列車運(yùn)行危險(xiǎn)狀態(tài)的地面監(jiān)測方法，其特征在于， 所述的3組測量垂向輪軌力的應(yīng)變花組的具體布置為每組應(yīng)變花組由前排兩個(gè)應(yīng)變花、 后排兩個(gè)應(yīng)變花共四個(gè)應(yīng)變花組成，前、后兩排應(yīng)變花的中心相距220mm ；第一組前排的應(yīng)變花(11)布置于扣件(3)正上方的軌腰處，且第一組的后排應(yīng)變花(1 的中心與第二組的后排應(yīng)變花0 中心相距190mm，第二組的后排應(yīng)變花0 的中心與第三組的后排應(yīng)變花(32)中心相距190mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種重載列車運(yùn)行危險(xiǎn)狀態(tài)的地面監(jiān)測方法，其特征在于， 所述的3組測量橫向輪軌力的應(yīng)變花組的具體布置為每組應(yīng)變花組由前排兩個(gè)應(yīng)變花、 后排兩個(gè)應(yīng)變花共四個(gè)應(yīng)變花組成，前、后兩排應(yīng)變花的中心相距220mm ；第一組前排的應(yīng)變花(101)布置于扣件(3)向后40mm的軌底邊緣，第三組后排的應(yīng)變花(302)布置于另一扣件⑶向前40mm的軌底邊緣，且第一組的后排應(yīng)變花(102)的中心與第二組的后排應(yīng)變花Q02)中心相距150mm，第二組的后排應(yīng)變花(20 的中心與第三組的后排應(yīng)變花(302) 中心相距150mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種重載列車運(yùn)行危險(xiǎn)狀態(tài)的地面監(jiān)測方法，其特征在于， 所述的數(shù)據(jù)庫中的車輪擦傷曲線包含了(10+5n)km/h，η = 0,1,2...22的速度下重載車輛車輪存在長度為10、15、20、25、30、40、50mm擦傷時(shí)的連續(xù)垂向輪軌力曲線。
全文摘要
一種重載列車運(yùn)行危險(xiǎn)狀態(tài)的地面監(jiān)測方法，它采用應(yīng)變測試模塊測試出列車經(jīng)過時(shí)軌道測試點(diǎn)的垂向輪軌力和橫向輪軌力及其對應(yīng)時(shí)間；再經(jīng)調(diào)理器放大、濾波后由數(shù)據(jù)采集卡轉(zhuǎn)換為軌道測試點(diǎn)的數(shù)字信號；然后經(jīng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為輪對各點(diǎn)連續(xù)的垂向和橫向輪軌力曲線；最后將垂向輪軌力曲線與數(shù)據(jù)庫中車輪擦傷曲線進(jìn)行比較，判斷出車輪是否擦傷及擦傷車輪位置；將橫向輪軌力曲線進(jìn)行頻域和時(shí)域分析，判斷出車輪是否蛇形失穩(wěn)及失穩(wěn)車輪位置。并給出相應(yīng)的警示信號和位置信號。該方法能夠?qū)崟r(shí)、可靠的識別與監(jiān)測出重載車輛蛇形失穩(wěn)和車輪擦傷的運(yùn)行危險(xiǎn)狀態(tài)，并實(shí)時(shí)顯示蛇形失穩(wěn)及車輪擦傷的輪對位置信息，以確保列車運(yùn)行的安全。
文檔編號B61K9/08GK102350996SQ201110206728
公開日2012年2月15日 申請日期2011年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月22日
發(fā)明者農(nóng)漢彪, 劉建新, 張兵, 李奕璠, 王開云, 王竣, 王超峰 申請人:西南交通大學(xué)