[发明专利]一种重载列车运行危险状态的地面监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种重载列车运行危险状态的地面监测方法。

背景技术

铁路是交通运输的大动脉，对国民经济的发展起着十分重要的作用。发展重载运输是提高我国铁路运输能力的基本战略对策，是国情路情的必然产物，能有效缓解铁路运量与运能的矛盾，具有显著的社会经济效益。但是重载运输是对传统运输方式的重大突破，其安全形势并不乐观，重载铁路车辆蛇形失稳(左右摆动过大)及车轮擦伤现象普遍存在，前者将恶化车辆运行品质，引发车辆爬轨脱轨的严重事故，后者将恶化轮轨动态相互作用，可产生跳轨脱轨的严重事故。因此，在既有线路条件下对过往重载车辆的蛇形失稳及车轮擦伤这两种运行危险状态，实行实时高精度的监测，是铁路安全工作者和铁路研究人员多年来一直希望解决的问题，也是我国重载铁路快速发展的一个瓶颈。

在地面测试列车运行状态，安装的设备少，成本低，能够对所有经过测试区域的列车车辆进行检测。国内外铁路管理部门都投入了大量的人力和物力进行相关设备的研究，目前都是利用道旁的监测设备对铁道车辆等移动设备的运行安全进行监控，已用的成套的列车安全检测装置有：美国交通技术中心有限公司的车辆性能检测系统、中国铁路车辆运行安全监控系统中的车辆运行品质动态监测系统、车辆安全运行检测系统。美国的车辆性能检测系统虽然在铁路安全监控方面发挥了作用，但是测试区长为0.3米的间断试测量，不能监测连续的轮轨力，包括连续的横向与垂向轮轨力，不能识别重载车辆的蛇形失稳状态，另外，安装区段线路为平坡，满足美国联邦铁路局标准5级线路以上，其按照条件非常苛刻。中国车辆运行品质动态监测系统在安装过程中需要对路基、道床枕木及扣件等做较大的更改和替换，致使轮轨系统的边界条件发生变化，测量的结果更是在这种特定的边界条件和约束条件下得到的，难以反映真实轮轨力，另外，由于采用整体道床结构，决定了该系统的监测区长度较短(目前监测区长为4.8米)，从而使得该系统也不能实现对转向架或轮对蛇行失稳识别，且车轮擦伤判断不准确。而车辆安全运行检测系统虽然采用既有线路条件，不破坏轨道路基，可真实反映轮轨实际作用力，但其应用时满足轨道坡度小于3‰的条件，实际上，铁路轨道超过3‰坡度是非常普遍，因此车辆安全运行检测系统具有相当大的应用局限性。

综上所述，现有列车状态监测系统均不能满足应用需求，具有各自的应用缺陷和局限性，且未见重载铁路车辆蛇形失稳及车轮擦伤状态监测方法的报道。

发明内容

本发明的目的就是提供一种重载列车运行危险状态的地面监测方法，该方法基于轨道地面测试，能够实时、可靠的识别与监测出重载车辆蛇形失稳和车轮擦伤的运行危险状态，并实时显示蛇形失稳及车轮擦伤的轮对位置信息，以确保列车运行的安全。

本发明实现其发明目的所采用的技术方案是：一种重载列车运行危险状态的地面监测方法，其步骤是：

A、在连续15跨的铁路轨道直线单侧钢轨上布置应变花组，每跨的轨腰上布置3组测量垂向轮轨力的应变花组，每跨的轨底边缘上布置3组测量横向轮轨力的应变花组构成应变测试模块；由应变测试模块测试出列车经过时，轨道测试点的垂向轮轨力和横向轮轨力的信号及其对应的时间信号；

B、将A步测得的轨道测试点的垂向轮轨力和横向轮轨力信号及其对应的时间信号通过信号调理器放大、滤波后由数据采集卡转换为轨道测试点的数字信号；该数字信号再经数据处理系统转化为所述的15跨轨道即测试区各点连续的轮轨力曲线；

C、数据处理系统将被测列车的速度信号和B步得到的测试区各轮对上各点连续的垂向轮轨力曲线与数据库中的对应速度下，不同擦伤长度的车轮擦伤曲线进行比较，如比较轮对的垂向轮轨力曲线与被比较的擦伤曲线尖峰的残差平方和小于设定的阈值，则判定该轮对存在擦伤，且擦伤长度等于被比较的车轮擦伤曲线所对应的擦伤长度，并给出该列车存在车轮擦伤、列车运行处于危险状态及其擦伤轮对位置的信息；

数据处理系统将B步得到的测试区各轮对上各点连续的横向轮轨力曲线进行频域和时域分析，如有轮对曲线的主频在设定的取值范围内，且此曲线在时域上存在周期波形，则判定该轮对蛇形失稳，并给出该列车处于蛇形失稳危险状态及其蛇形失稳轮对位置的信息。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、通过在地面轨道上布置连续15跨90组(垂向与横向各45组)应变花组，测试列车轮对经过测试区域时各轮对上的垂向和横向轮轨力，轮轨力的测试点多，信息丰富，使后期的数据分析精度高、可靠性强。