[发明专利]基于钢轨形变/应力参数的车辆脱轨预警方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于轨道交通系统的车辆脱轨预警方法，尤其涉及一种基于钢轨的形变/应力参数实现的轨道交通车辆脱轨预警方法，属于列车运行监测技术领域。

背景技术

在轨道交通系统中，脱轨系数和减载率是确保列车安全运行的重要参数。现有技术中，对脱轨系数和减载率的测量一般使用地面框架式测量床或车载测量系统。这些设备都存在一定的使用缺陷。例如地面框架式测量床结构比较复杂，而且需要改变道床与轨道的连接方式，安装过程复杂、维护困难；而车载测量系统存在车地之间的通信是否畅通的问题，地面维护系统并不是在任何情况下都能方便地采集到所需的数据。

鉴于现有车辆脱轨预警技术所存在的不足，人们先后提出一些改进的列车脱轨预警方案。例如在公告号为CN2414962的中国实用新型专利中，公开了一种可及时、准确拾取车辆脱轨信号并将信号传递出去的轨道交通车辆脱轨自动报警系统传感装置。它有二个上部有卡口且通过长螺栓连接的外卡具和传感器卡具，在传感器卡具下部有一个插孔，在对应插孔两侧位置分别插装有传感器套管和压切套管，且其间通过安装在传感器卡具底部的顶丝紧固，在传感器套管内放置有传感触头伸入压切套管内的压力万向开关，在压切套管上套装支撑板，且二个支撑板上部通过绝缘连接杆连接。

另外，在公开号为CN2414962的中国发明专利申请中，也公开了一种轨道交通车辆脱轨检测装置。列车脱轨时，加速度使质量块产生向下的作用力，当该作用力足以克服弹簧向上的作用力-即加速度超过设定的域值时，出现一系列动作，从而达到迅速使列车产生紧急制动的目的。

经过研究，本发明人认为钢轨上的应力和形状变化是和车轮运动位置对应的。因此通过测量钢轨形变或应力参数的传感器实时测量车辆运行中的不同位置的应力或形状变化可以间接测量得到列车脱轨系数和减载率。这对于列车安全运行有很好的保障作用。

通过钢轨应力和形状变化测量车辆脱轨系数、减载率和车轮疤痕尽管在原理上可行，而且钢轨的形变规律也非常清楚，但钢轨形变测量一直仅用于钢轨制造和维护，以及建立轮轨的受力模型，目前并没有基于钢轨应力和形状变化来进行车辆脱轨系数和减载率测量的具体方法。

另外，由于对钢轨之类的弹性体而言，其形变和内部的应力成正比，测量形变就相当于测量应力，为方便起见，在下文中统一采用测量形变参数的表述。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术方案所存在的不足，提供一种基于钢轨形变或应力参数实现的轨道交通车辆脱轨预警方法。该脱轨预警方法可以实现对脱轨系数、减载率、车轮疤痕等多种关键行车安全参数的监测。

为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：

一种基于钢轨形变/应力参数的车辆脱轨预警方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)采集形变传感器的测量数据；

(2)根据列车轴数信息和传感器测量数据生成列车通过预警测试点的事件，启动脱轨预警进程；

(3)通过钢轨的形变/应力参数分别获取脱轨系数、减载率数据和疤痕预警数据；

(4)根据脱轨系数、减载率数据和疤痕预警数据对列车的脱轨趋势做出评价；

(5)根据评价结果决定是否进行脱轨预警操作。

其中，所述步骤(3)中，首先测量钢轨的水平方向受力，然后用该水平方向受力除以车轮对钢轨的垂直压力以得到所述脱轨系数。

所述钢轨的水平方向受力通过如下步骤获得：首先，获取传感器的测量数据，利用拐点计算方法得到车轮峰值压力的数据；将车轮峰值压力数据减去测量基准数据就可以得到钢轨形变数据；利用该钢轨形变数据并查阅预先准备的形变与受力数据对照表中就可以获得与测量数据对应的钢轨受力数据。

在测量所述脱轨系数时，在一个预警测量点至少安装五个传感器，其中两个传感器作为测量钢轨水平方向形变的传感器，分别安装在同一轨枕上两根钢轨的侧边；另外两个传感器作为测量钢轨垂直方向形变的传感器，分别安装在相邻轨枕中点处的两根钢轨的轨底；第五个传感器作为计轴传感器使用。

在测量所述减载率数据时，所采用的绝对压力减载率测量方案包括如下步骤：首先获得传感器的测量数据，利用拐点计算方法得到车轮峰值压力下的形变数据，该峰值形变数据减去测量基准数据得到钢轨形变数据；利用该钢轨形变数据并查阅形变与压力数据对照表中就可以获得与测量数据对应的压力数据；将该压力数据和预设的告警压力数据表中得到的告警压力数据进行比较，如果压力数据大于告警压力数据则产生告警信号。