專利名稱：貨運(yùn)列車脫軌自動制動停車裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明設(shè)計(jì)了貨運(yùn)列車脫軌自動制動停車裝置及方法，屬于脫軌自動停車的動態(tài) 測試與校準(zhǔn)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
貨物列車在運(yùn)行中，由于多種原因?qū)е萝囕喢撥壍氖鹿蕰r有發(fā)生。由于貨車脫軌 目前尚無有效辦法及時發(fā)現(xiàn)并緊急制動，由此每年給鐵路工務(wù)部門造成了很大的損失和麻 煩，很大程度上影響了鐵路的正常運(yùn)輸。貨車的脫軌事故除了對貨車自身的安全造成危害之外，還會導(dǎo)致切割枕木等事故 對線路造成損害以及在線路上高速運(yùn)行的別的車輛造成危險(xiǎn)。特別是在當(dāng)前鐵路大提速， 以及動車運(yùn)行實(shí)施的情況下，貨車脫軌事故在如今的鐵路運(yùn)營過程中可能造成重大財(cái)產(chǎn)、 人員破壞和損失，后果嚴(yán)重。由于車輛運(yùn)行狀態(tài)能夠被其軸承的振動信號特征本質(zhì)的反映出來，而貨車的脫軌 運(yùn)行，將導(dǎo)致其輪軸振動頻率等特征發(fā)生明顯變化，所以依靠振動分析和智能控制技術(shù)、電 子技術(shù)對于貨車輪軸的振動信號進(jìn)行采集和檢測，從本質(zhì)上及時的發(fā)現(xiàn)貨車脫軌事故從而 及時緊急的制動，是完全可行而有效的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷提供一種貨運(yùn)列車脫軌自動制動停車裝 置及方法。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案本發(fā)明貨運(yùn)列車脫軌自動制動停車裝置，包括振動傳感器模塊、振動頻譜分析處 理單元、自動充電蓄能裝置、電磁閥以及制動裝置和存儲模塊，其中振動傳感器模塊的輸 出端連接振動頻譜分析處理單元的輸入端，振動頻譜分析處理單元的輸出端連接存儲模塊 和電磁閥以及制動裝置的輸入端，自動充電蓄能裝置給各模塊供電。優(yōu)選地，所述貨運(yùn)列車每節(jié)車廂與機(jī)車上裝配報(bào)警裝置，報(bào)警裝置與振動頻譜分 析處理單元連接。優(yōu)選地，振動傳感器模塊包括4只基于MEMS的振動傳感器。優(yōu)選地，振動頻譜分析處理單元由數(shù)字信號處理單元串接控制單元構(gòu)成。貨運(yùn)列車脫軌自動制動停車裝置的制動方法包括如下步驟a.振動傳感器實(shí)時測量車軸垂直于鋼軌和平行于枕木方向的振動分量；b.振動頻譜分析處理單元對垂直于鋼軌方向振動數(shù)據(jù)進(jìn)行頻域分析并比對，判斷 是否已經(jīng)脫軌；c.振動頻譜分析處理單元對水平方向振動數(shù)據(jù)進(jìn)行頻域分析并比對，判斷是否存 在橫向失穩(wěn)；d.振動頻譜分析處理單元根據(jù)步驟b和c采集的輪對與軸承工作頻段的振動信息，對其進(jìn)行狀態(tài)分析和故障預(yù)報(bào)；e.當(dāng)狀態(tài)判斷為脫軌時，振動頻譜分析處理單元控制電磁閥以及制動裝置實(shí)施車 輛制動，報(bào)警裝置發(fā)出警報(bào)；f.存儲模塊循環(huán)存儲實(shí)時數(shù)據(jù)。本發(fā)明融合了國內(nèi)外領(lǐng)先的微型傳感器技術(shù)、芯片技術(shù)、信號處理技術(shù)和無線數(shù) 字通訊技術(shù)，采用基于MEMS技術(shù)的微型振動傳感器拾取車輛下部4個軸承的振動信息，振 動傳感器實(shí)時測量車軸垂直于鋼軌和平行于枕木方向的振動分量，專用數(shù)字信號處理單元 對所有軸承的振動信號進(jìn)行頻譜分析，獲得二維的振動特征參數(shù)，判別列車的運(yùn)行狀態(tài)及 橫向穩(wěn)定系數(shù)，同時監(jiān)控軸承運(yùn)行故障信息；當(dāng)判定列車存在橫向失穩(wěn)危險(xiǎn)，發(fā)出預(yù)警信 號，并記錄預(yù)警數(shù)據(jù)；當(dāng)判定軸承存在故障隱患，發(fā)出預(yù)警信號提醒成員到乘后檢修，并記 錄預(yù)警數(shù)據(jù)；當(dāng)判定列車脫軌后啟動報(bào)警機(jī)制，執(zhí)行單元將風(fēng)管排風(fēng)以實(shí)現(xiàn)自動制動直至 停車，同時啟動聲光報(bào)警提醒車上乘員；以上所有信號以無線方式與報(bào)警指示器通信。所有 單元由風(fēng)力發(fā)電及蓄電池模塊供電，以滿足系統(tǒng)在無源的貨運(yùn)列車上的應(yīng)用。本發(fā)明裝置 結(jié)構(gòu)簡單，且對所有裸露在外的工作單元都實(shí)施了重要的保護(hù)，以確保其在惡劣環(huán)境下工 作的穩(wěn)定性；更重要的是采用頻譜分析判斷機(jī)制，有效避免了大幅振動和滾裝卸貨等非脫 軌情況下的誤判。


圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明貨運(yùn)列車脫軌自動制動停車裝置，包括振動傳感器模塊、振動 頻譜分析處理單元、自動充電蓄能裝置、電磁閥以及制動裝置和存儲模塊，其中振動傳感 器模塊的輸出端連接振動頻譜分析處理單元的輸入端，振動頻譜分析處理單元的輸出端連 接存儲模塊和電磁閥以及制動裝置的輸入端，自動充電蓄能裝置給各模塊供電。優(yōu)選地，所述貨運(yùn)列車每節(jié)車廂與機(jī)車上裝配報(bào)警裝置，報(bào)警裝置與振動頻譜分 析處理單元連接。優(yōu)選地，振動傳感器模塊包括4只基于MEMS的振動傳感器。優(yōu)選地，振動頻譜分析處理單元由數(shù)字信號處理單元串接控制單元構(gòu)成。貨運(yùn)列車脫軌自動制動停車裝置的制動方法包括如下步驟a.振動傳感器實(shí)時測量車軸垂直于鋼軌和平行于枕木方向的振動分量；b.振動頻譜分析處理單元對垂直于鋼軌方向振動數(shù)據(jù)進(jìn)行頻域分析并比對，判斷 是否已經(jīng)脫軌；c.振動頻譜分析處理單元對水平方向振動數(shù)據(jù)進(jìn)行頻域分析并比對，判斷是否存 在橫向失穩(wěn)；d.振動頻譜分析處理單元根據(jù)步驟b和c采集的輪對與軸承工作頻段的振動信 息，對其進(jìn)行狀態(tài)分析和故障預(yù)報(bào)；e.當(dāng)狀態(tài)判斷為脫軌時，振動頻譜分析處理單元控制電磁閥以及制動裝置實(shí)施車 輛制動，報(bào)警裝置發(fā)出警報(bào)；
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f.存儲模塊循環(huán)存儲實(shí)時數(shù)據(jù)。本發(fā)明采用基于MEMS技術(shù)的微型振動傳感器，傳感器安裝在貨運(yùn)列車的鞍部以 采集車架振動信息，并將振動信息發(fā)送至脫?？刂破鬟M(jìn)行信號的頻域分析。振動頻譜分析處理單元封裝在堅(jiān)固的鑄鐵殼中，以確保其內(nèi)部結(jié)構(gòu)工作于惡劣環(huán) 境也難以破壞，完好保存列車運(yùn)行的原始信息，起到類似于黑匣子的作用。振動頻譜分析處 理單元安裝在車輛的底部中央，專用數(shù)字信號處理單元對所有軸承的振動信號進(jìn)行頻譜分 析，獲得二維的振動特征參數(shù)，判別列車的運(yùn)行狀態(tài)及橫向穩(wěn)定系數(shù)，同時監(jiān)控軸承運(yùn)行故 障信息；當(dāng)判定列車存在橫向失穩(wěn)危險(xiǎn)，發(fā)出預(yù)警信號，并記錄預(yù)警數(shù)據(jù)；當(dāng)判定軸承存在 故障隱患，發(fā)出預(yù)警信號提醒成員到乘后檢修，并記錄預(yù)警數(shù)據(jù)；當(dāng)判定列車脫軌后啟動報(bào) 警機(jī)制，執(zhí)行單元將風(fēng)管排風(fēng)以實(shí)現(xiàn)自動制動直至停車，同時啟動聲光報(bào)警提醒車上乘員； 以上所有信號以無線方式與報(bào)警指示器通信。本發(fā)明裝置安裝在無源的貨運(yùn)列車上，其工作的能源全部來自于車輛下部安裝的 風(fēng)力發(fā)電機(jī)。該風(fēng)力發(fā)電機(jī)帶有堅(jiān)固的保護(hù)罩，以確保在車底工作時不至因異物撞擊而導(dǎo) 致?lián)p壞；車速達(dá)到一定數(shù)值以上，發(fā)電機(jī)輸出電壓超過12V即開始向控制器中的蓄電池模 塊充電，其他時間由蓄電池維持系統(tǒng)運(yùn)行的電能。電磁閥由脫停控制器主控器控制，當(dāng)主控器發(fā)出制動指令后，電磁閥打開，從而使 車廂下部的總風(fēng)管實(shí)現(xiàn)排風(fēng)制動，達(dá)到及時停車減少事故損失的目的。
權(quán)利要求
一種貨運(yùn)列車脫軌自動制動停車裝置，其特征在于包括振動傳感器模塊、振動頻譜分析處理單元、自動充電蓄能裝置、電磁閥以及制動裝置和存儲模塊，其中振動傳感器模塊的輸出端連接振動頻譜分析處理單元的輸入端，振動頻譜分析處理單元的輸出端連接存儲模塊和電磁閥以及制動裝置的輸入端，自動充電蓄能裝置給各模塊供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貨運(yùn)列車脫軌自動制動停車裝置，其特征在于所述貨運(yùn)列 車每節(jié)車廂與機(jī)車上裝配報(bào)警裝置，報(bào)警裝置與振動頻譜分析處理單元連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的1貨運(yùn)列車脫軌自動制動停車裝置，其特征在于振動傳感 器模塊包括4只基于MEMS的振動傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的貨運(yùn)列車脫軌自動制動停車裝置，其特征在于振動頻 譜分析處理單元由數(shù)字信號處理單元串接控制單元構(gòu)成。
5.一種基于權(quán)利要求1所述的貨運(yùn)列車脫軌自動制動停車裝置的制動方法，其特征在 于包括如下步驟a.振動傳感器實(shí)時測量車軸垂直于鋼軌和平行于枕木方向的振動分量；b.振動頻譜分析處理單元對垂直于鋼軌方向振動數(shù)據(jù)進(jìn)行頻域分析并比對，判斷是否 已經(jīng)脫軌；c.振動頻譜分析處理單元對水平方向振動數(shù)據(jù)進(jìn)行頻域分析并比對，判斷是否存在橫 向失穩(wěn)；d.振動頻譜分析處理單元根據(jù)步驟b和C采集的輪對與軸承工作頻段的振動信息，對 其進(jìn)行狀態(tài)分析和故障預(yù)報(bào)；e.當(dāng)狀態(tài)判斷為脫軌時，振動頻譜分析處理單元控制電磁閥以及制動裝置實(shí)施車輛制 動，報(bào)警裝置發(fā)出警報(bào)；f.存儲模塊循環(huán)存儲實(shí)時數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種貨運(yùn)列車脫軌自動制動停車裝置及方法，所述裝置包括振動傳感器模塊、振動頻譜分析處理單元、自動充電蓄能裝置、電磁閥以及制動裝置和存儲模塊。所述方法采用數(shù)字傳感器拾取車輛輪對與軸承的振動信號，再經(jīng)過頻域分析法撿取特征頻段的振動信息，判別列車運(yùn)行是否脫軌，并將振動的特征數(shù)據(jù)存入非易失性存儲器，用于狀態(tài)記錄；若脫軌則啟動報(bào)警機(jī)制，制動裝置動作使列車制動直至停止，聲光報(bào)警裝置發(fā)出報(bào)警信號。本發(fā)明對鐵路貨車的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，能夠檢測故障隱患，對可能發(fā)生脫軌的狀態(tài)發(fā)出預(yù)警信號，預(yù)防事故的發(fā)生。
文檔編號B61L3/00GK101879907SQ201010204580
公開日2010年11月10日 申請日期2010年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月21日
發(fā)明者丁松, 吳文南, 姜禹, 徐維磊, 王平, 王海濤, 田貴云 申請人:南京航空航天大學(xué)