[发明专利]一种车轮冲角测量系统装置及方法

说明书

本发明公布了一种车轮冲角测量系统装置，包括接近触发传感器，激光测距单元，硬件处理单元和数据处理系统，接近触发传感器包括接近开关，激光测距单元包括激光测距传感器，硬件处理单元包括硬件控制器；接近触发传感器、激光测距单元、数据处理系统与硬件处理单元通信连接。本发明的车轮冲角测量方法，接近触发传感器控制硬件处理单元打开保护设备；激光测距单元控制硬件处理单元采集数据；硬件处理单元关闭保护设备，并将数据发送给数据处理系统；数据处理系统计算每个车轮的冲角值。本发明能够测量机车行驶过程中车轮的冲角，并具有自动报警功能。测量全面、精确度高，能够提高铁路运行的安全性。

技术领域

本发明利用激光测距传感器实现机车在行驶过程中车轮冲角的连续测量。通过测量的冲角值，监控机车运行的安全性。

背景技术

近年来，随着社会经济的快速发展，整体工业结构的不断升级，地区与地区之间快速的人口流动，货物的运输量也日益增多，原有的交通输送能力已经难以满足不断提高的交通运输量。为了解决日益紧张的供需矛盾，国家采取了多种手段来扩大国内国际的交通运输量。其中铁路作为目前世界公认的单位运力最大的交通手段，也积极采取了多种应对方式——多次进行列车大提速，并大力发展以高速铁路为代表的快速运营手段。

高速列车运行稳定性、安全性和防止脱轨，成为了高铁列车研制的关键性问题。其中对于车辆运行的稳定性也就成为了重点研究方向。在列车的安全性研究中,机车行驶过程中车轮的冲角测量是一个非常重要的研究方向。冲角是机车在运动过程中横向作用力的结果，反映出车轮的磨损状态。冲角值的大小不仅反应出机车行驶过程中的稳定性，也是间接的判断机车行驶过程中出现脱轨和判断车轮磨损的重要参考值。冲角值越大，反映出车轮磨损的情况越严重，同时机车发生脱轨或其他安全事故可能性越大，冲角值越小或为0，显示了机车稳定安全的运行，在机车的运行过程中，根据机车车轮的冲角参数值，判断机车车轮的磨损状态，判断机车的运行的安全性，可以在一定程度上保障机车运行的安全，通过机车运行时所有车轮的冲角值的自动测量，并且通过长期的数据的积累计算得出的冲角阈值，根据设定的阈值实现提前报警，提高机车运行的安全性。同时，根据测量的冲角值，对分析车轮的磨损状态具有实际的意义。

如图1所示，两侧表示的是轨道1，中间表示的是机车车轮相对铁轨运动的轨迹示意图，当机车在轨道1上行驶，机车车轮的运动轨迹如图1所示，图1对应了两种不同运动状态，在机车正常行驶过程，车轮运动的轨迹与轨道1之间不存在夹角，对应图1中下面的状态，此时机车车轮轮缘相对于轨道1两侧的距离是相等的。此时车轮的冲角值是0，图1中上面的状态表示此时机车车轮与轨道1之间存在夹角，这个夹角就是冲角，此时冲角计算如图2所示，在直角三角形中，冲角

其中D是两个激光测距传感器之间的距离，L激光测距传感器测量出车轮轮缘与轨道1之间的偏差值。通过激光测距传感器测量出机车运行时车轮轮缘与钢轨的距离，轮缘与轨道1之间的夹角值就是车轮的冲角值，从而计算出机车车轮的冲角值。

目前已有的冲角测量系统需要在机车上安装特殊的装置检测车轮的冲角，这种典型地车辆安装式系统是安装在车辆某一组特殊的车轮上，并不能检测所有车轮的冲角，这种系统不仅成本比较高，而且检测单一的车轮冲角，从而检测不是不全面和不是很精确。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的发明目的是基于轨道安装的方式，在铁轨中间布置单个或多个高精度的激光测距传感器测量机车所有车轮的冲角，能够准确连续多次的测量冲角，并且模块化的安装方式方便，使用和维护简单。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种车轮冲角测量系统装置，包括接近触发传感器，激光测距单元，硬件处理单元和数据处理系统等，接近触发传感器包括接近开关，激光测距单元包括激光测距传感器，硬件处理单元包括硬件控制器；接近触发传感器、激光测距单元、数据处理系统与硬件处理单元通信连接。