CN108602519A - 轮组状态监测方法及轨道车辆 - Google Patents

Abstract

为了监测轨道车辆(1)的轮组(2)的状态，其中轮组具有悬架系统(8)，使用产生倾斜力矩的工作装置(5)，通过车轮减载传感器(15)不断地测量由车轮减载引起的悬架系统(8)的悬架行程的变化。当达到预设的切换标记时，车轮减载传感器(15)自动控制工作装置(5)的驱动单元(6)，以防止倾斜力矩进一步增加和/或控制牵引力(3)。这有助于更经济地使用轨道车辆(1)，因为利用车轮减载传感器(15)无需将工作装置永久地限制于极端状况。

Description

轮组状态监测方法及轨道车辆

技术领域

本发明涉及监测轨道车辆的轮组状态的方法以及轨道车辆。

背景技术

在测试程序中考虑铁道线上的常规轨道车辆用于验证脱轨安全性。脱轨安全性在极端状况下进行测试，并且设备必须证明其在这种状况下的脱轨安全性。在轨道车辆的倾斜力矩可通过起重机、升降平台和类似装置改变的情况下，车辆的性能被永久地限制于极端情况下的储备量。这涉及将车辆置于极限过渡弯道并同时置于150米弯道上，并且可由起重机叠加的可接受的车轮减灾量受限于这种极端状况。

通过始终参照在日常使用中仅在最罕见情况下出现的极端状况，例如最大轨道超高、最大轨道扭曲量和由起重机施加的最大载荷，在整个工作过程中必须始终有大约80％的垂直车轮力，以避免车轮或轮组抬离轨道。这会降低车辆的使用效率，因为产生倾斜力矩的操作装置或其载荷必须减小到不再能够适应正常使用中的典型载荷的程度。

现代起重机控制装置能够在线并实时地计算起重机产生的倾斜力矩。而简单的起重机控制装置没有这种功能。此情况中，假定在大多数情况下最大可能载荷位于最大偏转位置。基于这种假定确定工作装置的最大回转角度。

一些文献中也说明了通过测量获得车辆的脱轨状态的方法(GB 2 061 849)。测量值借助于弹簧变位量馈送到智能控制器中，智能控制器确定车辆在行驶时是否无脱轨的危险，或者是否应阻住驱动装置。车辆的弹簧变位量在车辆运行时确定。因倾斜力矩、轨道的当前扭曲和实际超高导致的车辆的变位和复原可在工作行程中实时在线回溯，以达到脱轨状态。因此，这种评估或控制需要非常高的安全性，需要做出特殊的努力。

发明内容

因此，本发明的任务是产生一种方法以及一种本文开头所述类型的轨道车辆，利用该方法和轨道车辆能够经济地提高利用率。

根据本发明，所述任务是通过具有权利要求1或权利要求7所述特征的方法或常规型轨道车辆来完成的。

利用这种方法，一方面能够实现高水平的脱轨安全性，另一方面能够提高产生倾斜力矩的工作装置的利用率。车轮减载传感器的间隙或切换点几何地设定为使得当达到限定脱轨安全性的极限阈值的切换标记或切换点时中断或切断轨道车辆的前进。可替代地，若车辆静止但处于运转状态并且产生倾斜力矩的工作装置正在运行，则工作装置的驱动受到影响，从而立即减小倾斜力矩。由于这些驱动控制仅通过硬件链执行并且每个传感器都有自己的决断能力，因此能实现特别高的安全性。同时，这是特别有利的，因为这种安全性不会受到操作人员的影响。

利用配有本发明的特征的轨道车辆，能实现特别高的脱轨安全性，因为车轮减载传感器的间隙或切换点是在车辆首次投入运行之前以纯几何方式设定的。

而且，将其改装为轨道车辆不需要太多额外的费用和努力。

附图说明

通过从属权利要求和附图的说明，本发明的其它优点将变得更明显。

下面将利用附图中所示的示例性实施方式更详细地说明本发明。图1中示出了轨道车辆的示意性简化侧视图，图2和3中分别示出了具有弹簧系统的轮组的放大侧视图。

具体实施方式

图1中所示的轨道车辆1能够借助于使用行进驱动力3的轮组2在轨道4上行进，并配有改变倾斜力矩的工作装置5-在此情况中，所述工作装置的例子是具有驱动机构6的起重机。轮组2分别成对地布置在转向架7中，并具有示意性示出的弹簧系统8。在车架9和转向架10之间设有具有驱动机构11的车体支撑件12。

特别是如结合其它图2和3所示的，车轮减载传感器15用于测量支撑弹簧系统8的弹簧座13(或与之相关的轴承座16)与置于弹簧系统8上的载荷支撑件14之间的距离。车轮减载传感器15例如形成为接近开关和断开触点。紧固到载荷支撑件14或转向架10上的车轮减载传感器15相对于连接至轴承座16并由车轮减载传感器15检测的致动U形螺栓17布置在组装之前计算的距离d处。

具有限定最大允许车轮减载量的预设切换标记的每个车轮减载传感器15设计为直接影响工作装置5的驱动机构6，以避免倾斜力矩和/或行进驱动力3进一步增加。

在工作行程中，由于质量变化、轨道4的载荷和曲率变化、以及实际轨道超高的变化所引起的倾斜力矩变化，垂直车轮力可能变化。

为了确保整个系统的运转安全性，即“识别脱轨危险”，选择级别为SIL2(SIL＝IEC61508/IEC 61511规定的安全完整性等级)的接近开关(传感器)。

如上所述，接近开关或车轮减载传感器15制造为断开触点的形式，车轮减载传感器15的位置或切换标记是使用先前计算的转向架10上的车轮减载量确定的，在相应的车轮减载量时，行进驱动力3或驱动机构6被硬件链中的断开触点中断。出于安全原因，决断链或硬件链不含智能控制。

使用具有非常高的安全等级的传感器，并将其精确地安装在适当位置，使得传感器的切换斜率由允许的车轮减载量(脱轨安全性的极限值)确定。预先计算所需的最小剩余垂直车轮力。在空载时距车辆的空闲状态(静态平衡)的距离可通过主弹簧系统的弹簧刚度精确地确定。

从图2和图3能够看出，车轮减载传感器15安装在转向架10上的轴承座16的上方。致动U形螺栓17连接至轴承座16。在转移运动期间，可无限制地处理动态弹簧变位量。在工作行程期间，随着车轮上的垂直力减小，轴承座16与致动U形螺栓17一起沿着向下的弹簧变位量s移动，并在预设的切换标记处触发车轮减载传感器15。断开触点中断轨道车辆1的行进驱动力3，使得后者立即切换到脱轨安全操作。在倾斜力矩减小并且因而弹簧系统8承载更多载荷之前，车辆不会被释放以继续正常运转。利用所述的车轮减载传感器15，能够保证脱轨安全性处于非常高的安全水平。因此，这些传感器15尤其适合于配有承载工人的工作笼的工作装置5。

在轨道车辆1的工作行程期间，在远离起重机的一侧，车体支撑件12在车架9和转向架7之间起作用。在特定的车体支撑件12中，在工作行程期间测量液压，并将液压值提供给智能控制器。此时，操作员接收到警告信号形式的信息，告知一旦达到90％允许车轮减载量，行进驱动力3就会被切断。这样，操作员获知正在因车轮减载量过大而接近脱轨安全性的极限阈值。作为响应，操作员可使起重机或工作装置5进入脱轨安全状态，以避免车辆的向前运动被车轮减载传感器15自动中断。对于该信息，控制器不必具有很高的安全级别，以产生对用户更友好的作业程序。可通过声和/或光的形式将该信息传送给操作员。

在四轴轨道车辆1的情况下，对于每个转向架7，轴或轮组2分别在左侧和右侧配有车轮减载传感器15。因此，利用传感器15能监测车辆1的最前侧和最后侧的车轴。

脱轨安全性是在最大车轮减载量的条件下确定的。该最大车轮减载量是由记录弹簧变位量s的车轮减载传感器15确定的，车轮减载传感器15在达到设定的切换标记时中断行进驱动力3。这种验证按照EN14363中的方法3进行。必须满足基本条件a)和b)。

a)dQ/Q0<0.6，在扭转试验台上测试扭转，并且因不对称而发生车轮减载。

b)X因子<0.1

该方法3假定车轮减载仅由测试扭转导致。由于起重机也可能导致车轮减载，因此为了安全起见，按照EN14363中的方法2进行以下试验：

c)在不对称弯道中Y/Q<1.2

起重机的倾斜力矩引起车轮减载，在此状态下通过150米弯道。必须可靠地记录由此产生的主导力。使用EN 14033-2附录I中的公式(基本上是ORE B55)确定Y力，摩擦值μ＝0.36：Ya_q包括根据EN14033确定的值(X因子)：

DG 1 Ya_q(1):6.52e+04[N](牛)

DG 2 Ya_q(2):6.67e+04[N](牛)

这样能确定最小垂直车轮力：

Qmin＝Ya_q/1.2。

Ya_q：车轮在外轨上的最大Y力(由测量或计算确定)

Qmin：脱轨安全状态下的最小垂直车轮力

最大车轮减载量ΔQ_max可利用空载状态(空车，无载荷)下的垂直车轮力来获得：

ΔQ_max＝Q0-Qmin

ΔQ_max：最大车轮减载量。

Q0：空载状态下的垂直车轮力。

Qmin：脱轨安全状态下的最小垂直车轮力。

由此得出最大不对称度：

asym＝ΔQ_max/Q0

ΔQ_max：最大车轮减载量。

Q0：空载状态下的垂直车轮力。

asym：车辆仍处于脱轨安全状态时的最大允许不对称度。

确定弹簧变位量到何时车轮减载传感器做出响应时的点：

预先确定车辆仍处于脱轨安全状态时最小垂直车轮力。由于车辆的主弹簧系统的弹簧刚度，能够确定车轮的相应车轮减载量时的最大弹簧变位量：

s_max＝ΔQ_max/K/k_ampl

ΔQ：最大车轮减载量

s_max：通过复原测得的最大弹簧变位量(与车轮减载量对应)

k：特定车轮的弹簧常数

k_ampl：由弹簧接触宽度和车轮接触宽度决定的放大系数。

在起重机和轨道扭曲的叠加倾斜力矩导致最大车轮减载量的状态下通过150米弯道。必须可靠地记录由此产生的主导力。使用EN 14033-2附录I中的公式(基本上是OREB55)确定Y力，摩擦值μ＝0.36。

根据条件a)和c)确定的最大力现在用于设定最小垂直车轮力：

车轮减载传感器的功能验证可通过两种不同的方式进行：在扭转试验台上进行或在地秤上进行。

通过计算确定的最小车轮减载量是通过扭转或回转起重机或工作装置5引起的，并且是通过使用地秤或扭转试验台上的载荷传感器进行测量而获得的。当达到极限值或切换标记时，车轮减载传感器15必须中断行进驱动力3。在此情况中，可通过螺纹接头18(参见图3)调节致动U形螺栓17，直到执行切换或打开过程。

布置在轨道车辆1上的车轮减载传感器15彼此不连通，并且每个传感器15具有其自己的决断能力。

Claims (10)

1.用于监测具有弹簧系统(8)的轨道车辆(1)的轮组(2)或转向架的状态的方法，所述车辆具有产生倾斜力矩的工作装置(5)，其特征在于，通过车轮减载传感器(15)测量由车轮减载引起的弹簧系统(8)的弹簧变位量的变化，并且当达到预设的切换标记时，车轮减载传感器(15)自动控制工作装置(5)的驱动机构(6)，以避免倾斜力矩和/或行进驱动力(3)进一步增加。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，从切换标记的致动直到影响驱动机构(6)和/或行进驱动力(3)的决断链仅由硬件执行。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，布置在轨道车辆(1)上的每个车轮减载传感器(15)具有自己的切换能力。

4.如权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，限定最大允许车轮减载量的切换标记是在车轮减载传感器(15)安装之前计算的。

5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，与车轮减载传感器(15)获取弹簧变位量s的操作无关，当优选达到90％允许车轮减载量时，发出警告信号。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述警告信号的发出是由车架(9)和转向架(7)之间的压力测量导致的。

7.可在轨道上行驶的轨道车辆(1)，其具有带有弹簧系统(8)的轮组(2)，并具有产生倾斜力矩的工作装置(5)，其特征在于，车轮减载传感器(15)用于测量支撑弹簧系统(8)的弹簧座(13)与置于弹簧系统(8)上的载荷支撑件(14)之间的距离，并且具有限定最大允许车轮减载量的预设切换标记的每个车轮减载传感器(15)设计为直接影响工作装置(5)的驱动机构(6)，以避免倾斜力矩和/或行程驱动力(3)进一步增加。

8.如权利要求7所述的轨道车辆，其特征在于，所述车轮减载传感器(15)形成为接近开关。

9.如权利要求7或8所述的轨道车辆，其特征在于，所述车轮减载传感器(15)形成为断开触点。

10.如权利要求7、8或9所述的轨道车辆，其特征在于，紧固到载荷支撑件(14)上的车轮减载传感器(15)相对于连接至轴承座(16)并由车轮减载传感器(15)检测的致动U形螺栓(17)布置在安装之前计算的距离(d)处。