[发明专利]货运列车脱轨自动制动停车装置及方法

说明书

技术领域

本发明设计了货运列车脱轨自动制动停车装置及方法，属于脱轨自动停车的动态测试与校准技术领域。

背景技术

货物列车在运行中，由于多种原因导致车轮脱轨的事故时有发生。由于货车脱轨目前尚无有效办法及时发现并紧急制动，由此每年给铁路工务部门造成了很大的损失和麻烦，很大程度上影响了铁路的正常运输。

货车的脱轨事故除了对货车自身的安全造成危害之外，还会导致切割枕木等事故对线路造成损害以及在线路上高速运行的别的车辆造成危险。特别是在当前铁路大提速，以及动车运行实施的情况下，货车脱轨事故在如今的铁路运营过程中可能造成重大财产、人员破坏和损失，后果严重。

由于车辆运行状态能够被其轴承的振动信号特征本质的反映出来，而货车的脱轨运行，将导致其轮轴振动频率等特征发生明显变化，所以依靠振动分析和智能控制技术、电子技术对于货车轮轴的振动信号进行采集和检测，从本质上及时的发现货车脱轨事故从而及时紧急的制动，是完全可行而有效的方法。

发明内容

本发明目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种货运列车脱轨自动制动停车装置及方法。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

本发明货运列车脱轨自动制动停车装置，包括振动传感器模块、振动频谱分析处理单元、自动充电蓄能装置、电磁阀以及制动装置和存储模块，其中：振动传感器模块的输出端连接振动频谱分析处理单元的输入端，振动频谱分析处理单元的输出端连接存储模块和电磁阀以及制动装置的输入端，自动充电蓄能装置给各模块供电。

优选地，所述货运列车每节车厢与机车上装配报警装置，报警装置与振动频谱分析处理单元连接。

优选地，振动传感器模块包括4只基于MEMS的振动传感器。

优选地，振动频谱分析处理单元由数字信号处理单元串接控制单元构成。

货运列车脱轨自动制动停车装置的制动方法包括如下步骤：

a.振动传感器实时测量车轴垂直于钢轨和平行于枕木方向的振动分量；

b.振动频谱分析处理单元对垂直于钢轨方向振动数据进行频域分析并比对，判断是否已经脱轨；

c.振动频谱分析处理单元对水平方向振动数据进行频域分析并比对，判断是否存在横向失稳；

d.振动频谱分析处理单元根据步骤b和c采集的轮对与轴承工作频段的振动信息，对其进行状态分析和故障预报；

e.当状态判断为脱轨时，振动频谱分析处理单元控制电磁阀以及制动装置实施车辆制动，报警装置发出警报；

f.存储模块循环存储实时数据。

本发明融合了国内外领先的微型传感器技术、芯片技术、信号处理技术和无线数字通讯技术，采用基于MEMS技术的微型振动传感器拾取车辆下部4个轴承的振动信息，振动传感器实时测量车轴垂直于钢轨和平行于枕木方向的振动分量，专用数字信号处理单元对所有轴承的振动信号进行频谱分析，获得二维的振动特征参数，判别列车的运行状态及横向稳定系数，同时监控轴承运行故障信息；当判定列车存在横向失稳危险，发出预警信号，并记录预警数据；当判定轴承存在故障隐患，发出预警信号提醒成员到乘后检修，并记录预警数据；当判定列车脱轨后启动报警机制，执行单元将风管排风以实现自动制动直至停车，同时启动声光报警提醒车上乘员；以上所有信号以无线方式与报警指示器通信。所有单元由风力发电及蓄电池模块供电，以满足系统在无源的货运列车上的应用。本发明装置结构简单，且对所有裸露在外的工作单元都实施了重要的保护，以确保其在恶劣环境下工作的稳定性；更重要的是采用频谱分析判断机制，有效避免了大幅振动和滚装卸货等非脱轨情况下的误判。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明货运列车脱轨自动制动停车装置，包括振动传感器模块、振动频谱分析处理单元、自动充电蓄能装置、电磁阀以及制动装置和存储模块，其中：振动传感器模块的输出端连接振动频谱分析处理单元的输入端，振动频谱分析处理单元的输出端连接存储模块和电磁阀以及制动装置的输入端，自动充电蓄能装置给各模块供电。

优选地，所述货运列车每节车厢与机车上装配报警装置，报警装置与振动频谱分析处理单元连接。

优选地，振动传感器模块包括4只基于MEMS的振动传感器。

优选地，振动频谱分析处理单元由数字信号处理单元串接控制单元构成。

货运列车脱轨自动制动停车装置的制动方法包括如下步骤：

a.振动传感器实时测量车轴垂直于钢轨和平行于枕木方向的振动分量；