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基于承載鞍定位檢測的防脫軌轉向架及脫軌檢測方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201511023065.9

申請日:

2015.12.30

公開號:

CN105480250A

公開日:

2016.04.13

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):B61F 9/00申請日:20151230|||公開
IPC分類號: B61F9/00; B61F5/00; B61K9/00 主分類號: B61F9/00
申請人: 中車長江車輛有限公司
發明人: 神圣; 劉鳳偉; 王寶磊; 姜瑞金; 徐勇; 陳祖順; 張良威; 肖光毅; 羅輝; 劉愛文; 易軍恩; 黎巧能; 江荷燕
地址: 430212湖北省武漢市江夏經濟開發區大橋新區
優先權:
專利代理機構: 武漢開元知識產權代理有限公司42104 代理人: 胡鎮西
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201511023065.9

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2018.04.03|||2016.05.11|||2016.04.13

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種基于承載鞍定位檢測的防脫軌轉向架及脫軌檢測方法,防脫軌轉向架包括軸箱定位裝置、側架組成、搖枕組成、基礎制動裝置和輪軸組成,承載鞍安裝于側架組成與軸箱定位裝置之間,它還包括安裝于四個承載鞍內側面的脫軌檢測裝置,另外本發明還提供一種脫軌檢測方法,本發明通過在轉向架上增加脫軌檢測裝置,實現鐵道車輛脫軌前的預警功能,解決了鐵道車輛無法預測脫軌的問題,為確保鐵路運輸安全,減少貨車脫軌事故提供了保障。

權利要求書

1.一種基于承載鞍定位檢測的防脫軌轉向架,包括軸箱定位裝置(1)、
側架組成(2)、搖枕組成(3)、基礎制動裝置(4)和輪軸組成(5),所
述側架組成(2)與軸箱定位裝置(1)之間通過承載鞍(6)相連,其特征在
于:
它還包括安裝于四個承載鞍(6)內側面的脫軌檢測裝置(7),所述脫
軌檢測裝置(7)包括四個支承架(8)、以及與其配套使用的四個激光位移
計與處理器系統(9);
所述輪軸組成(5)包括車輪(5a)和輪軸(5b),所述承載鞍(6)朝
向車輪(5a)的側面一體鑄造成型有一對懸臂梁(6a),所述懸臂梁(6a)
與所述承載鞍(6)的側面垂直,所述懸臂梁(6a)上還設有用于安裝脫軌檢
測裝置(7)的通孔(6b);
所述支承架(8)經鑄造模具一體成型,由安裝基面(8a)、斜連接桿(8b)、
水平連接桿(8c)、豎直連接桿(8d)和弧形連接桿(8e)組合而成;所述
安裝基面(8a)一端和斜連接桿(8b)一端連接,所述斜連接桿(8b)另一
端與水平連接桿(8c)一端連接,所述水平連接桿(8c)另一端與豎直連接
桿(8d)一端連接,所述豎直連接桿(8d)另一端與弧形連接桿(8e)一端
連接,所述弧形連接桿(8e)另一端與安裝基面(8a)另一端連接,所述豎
直連接桿(8d)與水平連接桿(8c)之間的夾角為直角,所述斜連接桿(8b)
與水平連接桿(8c)之間的夾角為銳角,所述安裝基面(8a)與水平連接桿
(8c)互相平行,所述支承架(8)整體呈類似直角梯形的框架結構;
所述安裝基面(8a)開設有與懸臂梁(6a)的通孔(6b)相匹配的安裝
孔(8f),所述支承架(8)的安裝基面(8a)固定安裝于所述承載鞍(6)的
懸臂梁(6a)下表面,所述輪軸(5b)位于支承架(8)的框架結構內部;
所述激光位移計與處理器系統(9)安裝在所述斜連接桿(8b)與水平連
接桿(8c)連接的銳角夾角處,且所述激光位移計與處理器系統(9)位于鐵
路鋼軌(10)正上方,從而用于測量車輪(5a)相對于鐵路鋼軌(10)的抬
升量,并根據抬升量進行數據處理和判斷。
2.根據權利要求1所述基于承載鞍定位檢測的防脫軌轉向架,其特征在
于:所述支承架(8)的安裝基面(8a)通過鉚釘或螺栓固定安裝于所述承載
鞍(6)的懸臂梁(6a)下表面。
3.根據權利要求1所述基于承載鞍定位檢測的防脫軌轉向架,其特征在
于:所述激光位移計與處理器系統(9)的處理器為單片機。
4.根據權利要求1所述基于承載鞍定位檢測的防脫軌轉向架,其特征在
于:所述弧形連接桿(8e)所對應的圓心和輪軸(5b)的橫截面圓心重合,
所述弧形連接桿(8e)所對應的圓的半徑為110-120mm。
5.一種權利要求1所述基于承載鞍定位檢測的防脫軌轉向架的脫軌檢測
方法,其特征在于:包括以下步驟:
1)激光位移計與處理器系統(9)開機,通過激光位移計采集激光位移
計本身距離鋼軌(10)上表面的垂向距離數據,第m次采集的數據記為Hm;
通過處理器計算數據的平均值作為本次測量的基準點,記為H0;
2)Hm與H0求差,即得到車輪(5a)相對于鋼軌(10)的抬升量為hm=Hm-H0,
用于執行判斷;
3)如果第m次數值hm值大于所設定的安全值,處理器記錄本次數據hm,
標記為1次;
4)如果第m+1次數值hm+1大于第m次數值hm,處理器記錄本次數據
hm+1,標記為2次;
5)如果第m+2次數值hm+2大于第m+1次數值hm+1,標記為3次;
6)如果連續滿足上述步驟3)、步驟4)和步驟5),則處理器發送報警
信號,直至hm值小于所設定的安全值;
7)如果沒有連續滿足上述步驟3)、步驟4)和步驟5),則繼續采樣判
斷,不報警。

說明書

基于承載鞍定位檢測的防脫軌轉向架及脫軌檢測方法

技術領域

本發明涉及鐵路運輸裝備技術領域,具體涉及一種基于承載鞍定位檢測
的防脫軌轉向架及脫軌檢測方法。

背景技術

列車脫軌是鐵道車輛運行中的重大行車事故。脫軌事故的發生,將造成
車輛、貨物、交通設備和通訊設備的損壞,嚴重時還將傷及生命,因此受到
世界各國的高度重視。自1997年我國鐵路提速以后,貨物列車脫軌有上升趨
勢;近l0年來,脫軌事故在我國鐵路行車重大、大事故中的比率高達70%左
右。為確保鐵路運輸安全,找出防范的對策,減少貨車脫軌事故是一項重要
而緊迫的任務。

引起脫軌事故的原因比較復雜,即有人為因素、設備因素,還有自然災
害等。脫軌事故在改善列車運行性能、加強職工素質和安全教育后可以大大
減少,但不可能完全杜絕,因為無法抗拒的自然災害是引起脫軌的主要原因
之一。

脫軌雖不可避免,但是可以在車輛上增加脫軌檢測裝置達到脫軌前預警
和脫軌后制動減損的效果。目前,脫軌制動技術比較成熟,南車公司研制的
脫軌自動制動裝置已經廣泛應用于70t級以上貨車,效果顯著;相對的,能夠
實現預警功能的脫軌檢測技術還沒有可靠產品投入運用。當前鐵路總公司已
經開始組織快運貨車的研制工作,晉中南重載運煤專線也將投入運用,鐵路
貨車的快運重載需求越來越緊迫,而實現這些目標的關鍵技術之一就是防止
車輛脫軌。然而當前針對脫軌問題主要發展的是脫軌制動技術,具有脫軌預
警功能的產品還處于試驗階段,因技術難度大,未見規模化成功案例,尚處
于市場空白期,其潛力和價值十分巨大。因此研制防脫軌轉向架是具有重大
意義的研究課題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于承載鞍定位檢測的防脫軌轉向架及脫軌
檢測方法,實現鐵道車輛脫軌前的預警功能,解決鐵道車輛無法預測脫軌的
問題,為確保鐵路運輸安全,減少貨車脫軌事故提供了可能。

為實現上述目的,本發明所設計的基于承載鞍定位檢測的防脫軌轉向架,
包括軸箱定位裝置、側架組成、搖枕組成、基礎制動裝置和輪軸組成,所述
側架組成與軸箱定位裝置之間通過承載鞍相連,其特征在于:

它還包括安裝于四個承載鞍內側面的脫軌檢測裝置,所述脫軌檢測裝置
包括四個支承架、以及與其配套使用的四個激光位移計與處理器系統;

所述輪軸組成包括車輪和輪軸,所述承載鞍朝向車輪的側面一體鑄造成
型有一對懸臂梁,所述懸臂梁與所述承載鞍的側面垂直,所述懸臂梁上還設
有用于安裝脫軌檢測裝置的通孔;

所述支承架經鑄造模具一體成型,由安裝基面、斜連接桿、水平連接桿、
豎直連接桿和弧形連接桿組合而成;所述安裝基面一端和斜連接桿一端連接,
所述斜連接桿另一端與水平連接桿一端連接,所述水平連接桿另一端與豎直
連接桿一端連接,所述豎直連接桿另一端與弧形連接桿一端連接,所述弧形
連接桿另一端與安裝基面另一端連接,所述豎直連接桿與水平連接桿之間的
夾角為直角,所述斜連接桿與水平連接桿之間的夾角為銳角,所述安裝基面
與水平連接桿互相平行,所述支承架整體呈類似直角梯形的框架結構;

所述安裝基面開設有與懸臂梁的通孔相匹配的安裝孔,所述支承架的安
裝基面固定安裝于所述承載鞍的懸臂梁下表面,所述輪軸位于支承架的框架
結構內部;

所述激光位移計與處理器系統安裝在所述斜連接桿與水平連接桿連接的
銳角夾角處,且所述激光位移計與處理器系統位于鐵路鋼軌正上方,從而用
于測量車輪相對于鐵路鋼軌的抬升量,并根據抬升量進行數據處理和判斷。

優選地,所述支承架的安裝基面通過鉚釘或螺栓固定安裝于所述承載鞍
的懸臂梁下表面。

優選地,所述激光位移計與處理器系統的處理器為單片機。

進一步地,所述弧形連接桿所對應的圓心和輪軸的橫截面圓心重合,所
述弧形連接桿所對應的圓的半徑為110-120mm。

另外,本發明還提供一種防脫軌轉向架的脫軌檢測方法,其特殊之處在
于:包括以下步驟:

1)激光位移計與處理器系統開機,通過激光位移計采集激光位移計本身
距離鋼軌上表面的垂向距離數據,第m次采集的數據記為Hm;通過處理器計
算數據的平均值作為本次測量的基準點,記為H0;

2)Hm與H0求差,即得到車輪相對于鋼軌的抬升量為hm=Hm-H0,用于執
行判斷;

3)如果第m次數值hm值大于所設定的安全值,處理器記錄本次數據hm,
標記為1次;

4)如果第m+1次數值hm+1大于第m次數值hm,處理器記錄本次數據
hm+1,標記為2次;

5)如果第m+2次數值hm+2大于第m+1次數值hm+1,標記為3次;

6)如果連續滿足上述步驟3)、步驟4)和步驟5),則處理器發送報警
信號,直至hm值小于所設定的安全值;

7)如果沒有連續滿足上述步驟3)、步驟4)和步驟5),則繼續采樣判
斷,不報警。

在上述技術方案中,通過安全值與hm,hm與hm+1,hm+1與hm+2的三次連
續比較,大大降低了因為線路損壞、軌縫和道岔等線路損傷造成的誤報。

激光位移計與處理器系統在使用中主要起到兩個作用:一是監控轉向架
的運行狀態;二是在車輛發生脫軌危險之前發送報警信息。

本發明有益效果:通過在轉向架上增加脫軌檢測裝置,實現鐵道車輛脫
軌前的預警功能,解決了鐵道車輛無法預測脫軌的問題,為確保鐵路運輸安
全,減少貨車脫軌事故提供了保障。

附圖說明

圖1為一種基于承載鞍定位檢測的防脫軌轉向架的結構示意圖;

圖2為圖1中承載鞍的結構示意圖;

圖3為圖1中支承架的結構示意圖;

圖4為承載鞍與支承架的安裝結構示意圖;

圖5為圖1中支承架與輪軸安裝位置示意圖;

圖6為一種防脫軌轉向架的檢測方法流程示意圖;

圖7為輪軌正常接觸狀態示意圖;

圖8為輪緣貼靠狀態示意圖;

圖9為持續爬軌狀態示意圖;

圖10為脫軌狀態示意圖。

圖中,軸箱定位裝置1、側架組成2、搖枕組成3、基礎制動裝置4、輪
軸組成5、車輪5a、輪軸5b、承載鞍6、脫軌檢測裝置7、支承架8、激光位
移計與處理器系統9、鋼軌10。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細描述:

如圖1至圖5所示,本實施例的基于承載鞍定位檢測的防脫軌轉向架,
包括軸箱定位裝置1、側架組成2、搖枕組成3、基礎制動裝置4和輪軸組成
5,所述側架組成2與軸箱定位裝置1之間通過承載鞍6相連;

它還包括安裝于四個承載鞍6內側面的脫軌檢測裝置7,所述脫軌檢測裝
置7包括四個支承架8、以及與其配套使用的四個激光位移計與處理器系統9;

所述輪軸組成5包括車輪5a和輪軸5b,所述承載鞍6朝向車輪5a的側
面一體鑄造成型有一對懸臂梁6a,所述懸臂梁6a與所述承載鞍6的側面垂直,
所述懸臂梁6a上還設有用于安裝脫軌檢測裝置7的通孔6b;

所述支承架8經鑄造模具一體成型,由安裝基面8a、斜連接桿8b、水平
連接桿8c、豎直連接桿8d和弧形連接桿8e組合而成;所述安裝基面8a一端
和斜連接桿8b一端連接,所述斜連接桿8b另一端與水平連接桿8c一端連接,
所述水平連接桿8c另一端與豎直連接桿8d一端連接,所述豎直連接桿8d另
一端與弧形連接桿8e一端連接,所述弧形連接桿8e另一端與安裝基面8a另
一端連接,所述豎直連接桿8d與水平連接桿8c之間的夾角為直角,所述斜
連接桿8b與水平連接桿8c之間的夾角為銳角,所述安裝基面8a與水平連接
桿8c互相平行,所述支承架8整體呈類似直角梯形的框架結構;所述弧形連
接桿8e所對應的圓心和輪軸5b的橫截面圓心重合,所述弧形連接桿8e所對
應的圓的半徑為110-120mm;

所述安裝基面8a開設有與懸臂梁6a的通孔6b相匹配的安裝孔8f,所述
支承架8的安裝基面8a通過鉚釘或螺栓固定安裝于所述承載鞍6的懸臂梁6a
下表面,輪軸5b位于支承架8的框架結構內部;

所述激光位移計與處理器系統9安裝在所述斜連接桿8b與水平連接桿8c
連接的銳角夾角處,且所述激光位移計與處理器系統9位于鐵路鋼軌10正上
方,從而用于測量車輪5a相對于鐵路鋼軌10的抬升量,并根據抬升量進行
數據處理和判斷;

所述激光位移計與處理器系統9的處理器為單片機;

本實施例公開的上述防脫軌轉向架的檢測方法,如圖6所示,包括以下
步驟:

1)激光位移計與處理器系統9開機,通過激光位移計采集激光位移計本
身距離鋼軌10上表面的垂向距離數據,第m次采集的數據記為Hm;本實施
例選擇t>5s后,通過處理器計算數據的平均值作為本次測量的基準點,記為
H0;

2)Hm與H0求差,即得到車輪5a相對于鋼軌10的抬升量為hm=Hm-H0,
用于執行判斷;

3)如果第m次數值hm值大于所設定的安全值,本實施例設定安全值為
12mm,處理器記錄本次數據hm,標記為1次;

4)如果第m+1次數值hm+1大于第m次數值hm,處理器記錄本次數據
hm+1,標記為2次;

5)如果第m+2次數值hm+2大于第m+1次數值hm+1,標記為3次;

6)如果連續滿足上述步驟3、步驟4和步驟5,則處理器發送報警信號,
直至hm值小于所設定的安全值;

7)如果沒有連續滿足上述步驟3、步驟4和步驟5,則繼續采樣判斷,
不報警。

結合車輪10爬軌脫軌過程,其脫軌檢測具體描述如下:

一、正常狀態

如圖7所示,鐵道車輛在軌道上正常運行時,車輪5a以鋼軌10中心線
為中心做小幅蛇形運動,車輪5a輪緣沒有貼靠到鋼軌10上,車輪5a相對于
鋼軌10的抬升量hm為零;

二、輪緣貼靠狀態

如圖8所示,如果在某種特定條件下,車輪5a給鋼軌10的橫向力很大,
而車輪5a給鋼軌10的垂向力很小,以至車輪5a在滾動過程中新的接觸點逐
漸移向輪緣頂部,車輪5a逐漸升高。車輪5a與鋼軌10上表面的垂向距離
Hm值逐漸增大,當hm值大于安全值,處理器記錄本次數據hm,標記為1次;

三、持續爬軌狀態

如圖9所示,如果輪緣上接觸點的位置到達輪緣圓弧面上的拐點,即輪
緣根部與中部圓弧連接處輪緣傾角最大的一點時,就到達爬軌的臨界點。如
果在到達臨界點以前橫向力減小或垂向力增大,則輪對仍可能向下滑動,恢
復到原來穩定位置。當接觸點超過臨界點以后,如果橫向力、垂向力的變化
不大,車輪5a有可能逐漸爬上鋼軌10而脫軌。

此過程中,車輪5a與鋼軌10上表面的垂向距離hm值繼續增大,hm+1大
于hm,標記為2次,hm+2大于hm+1,標記為3次,然后發送報警信號;

四、脫軌狀態

如圖10所示,如果車輪5a繼續爬軌,就會爬上鋼軌10直到輪緣頂部達
到鋼軌10頂面而脫軌。

關 鍵 詞:
基于 承載 定位 檢測 脫軌 轉向架 方法
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