[發(fā)明專利]軌道車輛的車輪相對(duì)于軌道的幾何形狀的軌旁測(cè)量

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380026984.4
• 申請(qǐng)日: 2013-05-23
• 公開（公告）號(hào): CN104364607B
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: R·W·伽瑪徹;Z·F·米安;J·C·馬拉尼
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)際電子機(jī)械公司
• 主分類號(hào): G01B11/275
• 分類號(hào): G01B11/275;B61K9/08;B61K9/12;G01M17/10
• 代理公司: 中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所11038
• 代理人: 柳愛國(guó)

現(xiàn)有申請(qǐng)的引用

本申請(qǐng)要求2012年5月24日提交的、申請(qǐng)?zhí)枮?1/688,910、發(fā)明名稱為“Method and Device for Wayside Measurement of Railcar Wheel to Rail Geometry”、同時(shí)待決的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的權(quán)益，因此通過(guò)全文引用將其并入。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開主要涉及軌道運(yùn)輸領(lǐng)域，并且更特別地涉及確定軌道車輛的輪副和/或轉(zhuǎn)向架的狀態(tài)，從而能夠指示軌道車輛的輪副和/或轉(zhuǎn)向架的不安全狀態(tài)。

背景技術(shù)

在鐵路運(yùn)輸服務(wù)中，軌道名義上以相對(duì)于水平面的已知高度和已知傾斜度而平行鋪設(shè)。軌道車輛的輪副成對(duì)地安裝在被稱作轉(zhuǎn)向架(也稱為轉(zhuǎn)向盤)的懸置裝置上。當(dāng)輪副在軌道上居中且旋轉(zhuǎn)軸線垂直于軌道的中心線時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)部件的最小磨損和最大的乘坐舒適性；相對(duì)于這樣的對(duì)準(zhǔn)和取向的任何偏離都會(huì)引發(fā)振動(dòng)并導(dǎo)致磨損增加。

失準(zhǔn)的一些基本測(cè)量值已經(jīng)與部件壽命和乘坐舒適性的下降有關(guān)，這些測(cè)量值包括迎角(AOA)、循跡位置(TP)、偏移、軸間失準(zhǔn)和旋轉(zhuǎn)。一種主要的測(cè)量值A(chǔ)OA從測(cè)量的角度看被定義為包含軌道車輛車輪的輪輞面的平面和車輪在其上接合的軌道的切線之間的夾角。TP被定義為輪副的中心線偏離軌道對(duì)的中心線的橫向位移。另外一些涉及AOA和TP的導(dǎo)出測(cè)量值被實(shí)現(xiàn)用于標(biāo)識(shí)已經(jīng)與部件壽命和乘坐舒適性的下降相關(guān)聯(lián)的特定異常。上述測(cè)量值評(píng)估轉(zhuǎn)向架上的兩根輪軸之間以及輪軸和軌道之間的平移和旋轉(zhuǎn)失準(zhǔn)。最后，擺動(dòng)(hunting)是描述軌道車輛在車軌上的周期性橫向運(yùn)動(dòng)的術(shù)語(yǔ)，并且在極端情況下擺動(dòng)會(huì)造成諧振，從而會(huì)導(dǎo)致車輪的輪緣撞擊軌道。這種狀態(tài)能夠?qū)е虏考焖倌p和嚴(yán)重的乘坐舒適性方面的問(wèn)題。嚴(yán)重的轉(zhuǎn)向架的幾何形狀誤差甚至能夠?qū)е旅撥墸貏e是在以高速運(yùn)行時(shí)以及在轉(zhuǎn)彎時(shí)，從而造成重大損失并且還可能造成人員傷亡。因此，準(zhǔn)確和及時(shí)地測(cè)量轉(zhuǎn)向架的對(duì)準(zhǔn)誤差能夠?qū)е戮S護(hù)成本下降，并且可以防止災(zāi)難性的脫軌。

通常，已經(jīng)有兩種技術(shù)被應(yīng)用于測(cè)量涉及轉(zhuǎn)向架的幾何形狀異常。在第一種方法中，應(yīng)變片被安裝至軌道以測(cè)量豎直和側(cè)向的作用力。在該方法中，側(cè)向作用力和豎直作用力的比值是輪副失準(zhǔn)的指標(biāo)。然而，這樣的系統(tǒng)需要對(duì)車軌的基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行昂貴且耗時(shí)的改造。例如，在車軌上安裝應(yīng)變片通常需要磨削軌道和安置混凝土軌枕以準(zhǔn)確地支撐車軌區(qū)段，從而用于準(zhǔn)確的應(yīng)變測(cè)量。如果安裝有應(yīng)變片的軌道區(qū)段有所改變，那就會(huì)失去系統(tǒng)功能。

在第二種方法中，包括激光束和光學(xué)檢測(cè)器的軌旁光學(xué)系統(tǒng)與車輪檢測(cè)器相結(jié)合以用于利用光學(xué)三角測(cè)量法的原理來(lái)完成測(cè)量。在此情況下，使用點(diǎn)式激光位移測(cè)量裝置，其每秒鐘可以在經(jīng)過(guò)的車輪的場(chǎng)側(cè)輪輞面上測(cè)量10000個(gè)點(diǎn)。

可惜的是這種方法僅對(duì)新的狀態(tài)良好的車輪才有良好效果。特別地，激光通常施加在軌道上方約一英寸的高度處。對(duì)于狀態(tài)良好的車輪來(lái)說(shuō)，其允許能夠連續(xù)地測(cè)量約10英寸的一段輪輞面(或者是在每秒鐘10000個(gè)點(diǎn)的測(cè)量速度和60英里/小時(shí)的車速下測(cè)量約110個(gè)點(diǎn))。但是，隨著車輪的磨損，輪輞面變得越來(lái)越窄，導(dǎo)致兩個(gè)分離的、隨著車輪繼續(xù)磨損而變小的測(cè)量區(qū)域。對(duì)于可以報(bào)廢的車輪的最差情形，在60英里/小時(shí)的車速下只能生成5個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。由于輪輞面的角部可能會(huì)被碎片、塵土、雪、冰等污染，因此可能導(dǎo)致不穩(wěn)定的測(cè)量，特別是在車輪磨損較為嚴(yán)重的情況下，對(duì)這樣的車輪來(lái)說(shuō)，測(cè)量值所具有的用于允許消除異常值的冗余性較低。

這種方法的另一個(gè)明顯的限制源于測(cè)量點(diǎn)是沿著運(yùn)動(dòng)對(duì)象成時(shí)間序列的事實(shí)。由于存在多種車輪的對(duì)準(zhǔn)在完整的一轉(zhuǎn)當(dāng)中將有所改變的車輪運(yùn)動(dòng)模式，因此這種測(cè)量方法可能會(huì)由于車輪取向隨時(shí)間的變化而被干擾或者至少是表現(xiàn)為不太準(zhǔn)確。

在第二種方法的一種變型中，接近度傳感器例如電感式傳感器附連至軌道以測(cè)量由經(jīng)過(guò)的車輪生成的信號(hào)的時(shí)長(zhǎng)和相對(duì)定時(shí)。通過(guò)使用兩個(gè)傳感器(每一條軌道上一個(gè)傳感器)，即可測(cè)量迎角和其他的轉(zhuǎn)向架性能參數(shù)。這種方法對(duì)車輪在檢測(cè)點(diǎn)處的直徑、速度和表面狀態(tài)敏感。特別地，接近度傳感器已知對(duì)所有這些條件都有響應(yīng)變化，并且任何響應(yīng)變化都可能會(huì)導(dǎo)致目標(biāo)參數(shù)的測(cè)量不準(zhǔn)確。

發(fā)明內(nèi)容

本文中介紹的本發(fā)明利用一種軌旁光學(xué)系統(tǒng)以能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中的一種或多種限制和潛在誤差來(lái)源的方式來(lái)完成轉(zhuǎn)向架對(duì)準(zhǔn)的測(cè)量。

實(shí)施例能夠獲取(與經(jīng)過(guò)一段時(shí)間相比)同時(shí)完成測(cè)量所需的全部數(shù)據(jù)以消除在一段延長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)完成測(cè)量時(shí)可能出現(xiàn)的、與輪副的橫向運(yùn)動(dòng)和/或角運(yùn)動(dòng)相關(guān)聯(lián)的誤差。