一种轨道车制动过程监测装置及方法与流程

本发明涉及轨道车制动领域，特别是涉及一种轨道车制动过程监测装置及方法。

背景技术：

轨道车制动性能良好是保证轨道车安全运行的前提条件，如果轨道车运行中一旦发生制动力失效，就可能导致车毁人亡的恶性事故发生。尽管《机车乘务员一次乘务作业程序标准》对开车前的试风过程有严格的作业要求，但由于个别乘务员业务素不强，不认真盯住风表，不注意排、充风时间，不懂也不会根据排、充风时间判断轨道车管贯通情况，严重缺乏通过试风确认轨道车管贯通的意识(轨道车贯通是指轨道车在多车编组连挂下轨道车管连接的状态)。因此，在现有的试风过程中存在着大量的安全隐患。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种轨道车制动过程监测装置及方法，能够自动完成对轨道车制动主管充、排风时间、风压泄漏量、总充风流量的测量与判断，测量及判断结果客观、可靠。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种轨道车制动过程监测装置，所述监测装置包括：第一压力传感器、第二压力传感器、流量传感器、监控主机，所述第一压力传感器设置于所述轨道车的均衡风缸内，所述第二压力传感器设置于所述轨道车的制动主管内，所述流量传感器设置于所述轨道车的中继阀与制动主管之间；所述第一压力传感器用于测量所述均衡风缸的内部压力，所述第二压力传感器用于测量所述制动主管的内部压力，所述流量传感器用于测量所述中继阀与制动主管之间的空气流量，所述监控主机用于采集所述第一压力传感器、第二压力传感器测得的压力值以及所述流量传感器测得的流量值，并根据所述压力值和所述流量值确定所述轨道车制动过程中的排风时间、充风时间、主管风压泄漏量和充风总流量，并当所述排风时间、充风时间、主管风压泄漏量和充风总流量超出设定范围时，发出警报。

可选的，所述监测装置还包括：第一显示器和第二显示器，所述第一显示器和第二显示器均用于显示所述排风时间、充风时间、主管风压泄漏量和充风总流量。

可选的，所述监控主机选用stm32f4xx系列的arm芯片。

可选的，所述第一压力传感器、第二压力传感器、流量传感器均采用t1443p芯片。

本发明还提供了一种轨道车制动过程监测方法，所述方法应用于轨道车制动过程的监测装置，所述监测装置包括：第一压力传感器、第二压力传感器、流量传感器、监控主机，所述第一压力传感器设置于所述轨道车的均衡风缸内，所述第二压力传感器设置于所述轨道车的制动主管内，所述流量传感器设置于所述轨道车的中继阀与制动主管之间；所述第一压力传感器用于测量所述均衡风缸的内部压力，所述第二压力传感器用于测量所述制动主管的内部压力，所述流量传感器用于测量所述中继阀与制动主管之间的空气流量，所述监控主机用于采集所述第一压力传感器、第二压力传感器测得的压力值以及所述流量传感器测得的流量值，并根据所述压力值和所述流量值确定所述轨道车制动过程中的排风时间、充风时间、主管风压泄漏量和充风总流量，并当所述排风时间、充风时间、主管风压泄漏量和充风总流量超出设定范围时，发出警报；

所述轨道车制动过程监测方法包括：

在所述轨道车的制动排风过程中，确定所述轨道车的排风时间；

在所述轨道车的制动保压过程中，确定所述轨道车制动主管的风压泄漏量；

在所述轨道车的制动充风过程中，确定所述轨道车的充风时间和充风总流量；

判断所述排风时间是否在所述标准排风时间设定的范围内；

如果否，则发出排风时间异常的警报；

判断所述泄漏量是否在所述标准泄漏量设定的范围内；

如果所述泄漏量不在所述标准泄漏量设定的范围内，则发出泄漏量异常的警报；

判断所述充风时间是否在所述标准排风时间设定的范围内；

如果所述充风时间不在所述标准排风时间设定的范围内，则发出充风时间异常的警报；

判断所述充风总流量是否在所述标准充风总流量设定的范围内；

如果所述充风总流量不在所述标准充风总流量设定的范围内，则发出充风总流量异常的警报。

可选的，所述在所述轨道车的制动排风过程中，确定所述轨道车的排风时间，具体包括：

在所述轨道车的制动排风过程开始时，对排风时间进行计时；

实时采集所述均衡风缸内部的压力值；

实时采集所述制动主管内部的压力值；

当所述均衡风缸内部的压力值与所述制动主管内部的压力值相等时，停止对所述排风时间的计时，得到排风时间。

可选的，所述在所述轨道车的制动保压过程中，确定所述轨道车制动主管的风压泄漏量，具体包括：

当所述均衡风缸内部的压力值与所述制动主管内部的压力值相等时，进入所述轨道车的制动保压过程；开始对保压时间进行计时；

开始对保压时间进行计时时，采集所述制动主管的内部压力值，记为第一压力值；

保压时间达到设定时间时，采集所述制动主管的内部压力值，记为第二压力值；

将所述第一压力值与所述第二压力值做差，得到所述制动主管的风压泄漏量。

可选的，所述在所述轨道车的制动充风过程中，确定所述轨道车的充风时间和充风总流量，具体包括：

当所述轨道车的制动进入充风过程时，对充风时间开始计时；

实时采集所述均衡风缸内部的压力值；

实时采集所述制动主管内部的压力值；

当所述均衡风缸内部的压力值达到600kpa或500kpa时，采集所述流量传感器测量到的流量值，记为充风总流量；

当所述均衡风缸内部的压力值与所述制动主管的内部压力值相等时，停止对所述充风时间的计时，得到充风时间。

可选的，所述在所述轨道车的制动充风过程中，确定所述轨道车的充风时间和充风总流量，具体包括：

当所述轨道车的制动进入充风过程时，对充风时间开始计时；

实时采集所述均衡风缸内部的压力值；

实时采集所述制动主管内部的压力值；

当所述均衡风缸内部的压力值达到600kpa或500kpa时，采集所述流量传感器测量到的流量值，记为充风总流量；

当所述轨道车主管内的压力波动值小于10kpa时，停止对所述充风时间的计时，得到充风时间。

可选的，所述设定时间为一分钟。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明通过在轨道车的制动主管、均衡风缸中设置压力传感器，在轨道车的中继阀与制动主管之间设置流量传感器，借助上述传感器的测量的数据，在制动车制动过程的充风、排风、保压阶段对充风时间、排风时间以及总充风流量、泄漏量进行测量，并根据测量结果判断轨道车的制动过程是否存在安全隐患，整个过程客观可靠，避免了现有技术中由于人为检查不当所带来的轨道车事故。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例轨道车制动过程监测装置的结构组成框图；

图2为本发明实施例轨道车制动过程监测方法流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种轨道车制动过程监测装置及方法，能够自动完成对轨道车制动主管充、排风时间、风压泄漏量、总充风流量的测量与判断，测量及判断结果客观、可靠。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例轨道车制动过程监测装置的结构组成框图，如图1所示，本发明提供的轨道车制动过程监测装置包括：第一压力传感器102、第二压力传感器103、流量传感器104、监控主机101，所述第一压力传感器102设置于所述轨道车的均衡风缸内，所述第二压力传感器103设置于所述轨道车的制动主管内，所述流量传感器104设置于所述轨道车的中继阀与制动主管之间；所述第一压力传感器102用于测量所述均衡风缸的内部压力，所述第二压力传感器103用于测量所述制动主管的内部压力，所述流量传感器104用于测量所述中继阀与制动主管之间的空气流量，所述监控主机101用于采集所述第一压力传感器102、第二压力传感器103测得的压力值以及所述流量传感器104测得的流量值，并根据所述压力值和所述流量值确定所述轨道车制动过程中的排风时间、充风时间、主管风压泄漏量和充风总流量，并当所述排风时间、充风时间、主管风压泄漏量和充风总流量超出设定范围时，发出警报。

所述监测装置还包括：第一显示器109和第二显示器105，所述第一显示器109和第二显示105器均用于显示所述排风时间、充风时间、主管风压泄漏量和充风流量。

监控主机101与两个显示器之间采用can总线通讯，监控主机101与tax箱106(轨道车工具箱)或gyk设备1017(轨道车远程维护监测系统)采用rs422总线或rs485总线通讯。

所述监控主机101选用stm32f4xx系列的arm芯片。

所述第一压力传感器102、第二压力传感器103、流量传感器104均采用t1443p芯片。

轨道车电源108与监控主机101相连接，为监控主机101提供电能。

本发明还提供了一种轨道车制动过程监测方法，所述方法应用于轨道车制动过程的监测装置，所述监测装置包括：第一压力传感器102、第二压力传感器103、流量传感器104、监控主机101，所述第一压力传感器102设置于所述轨道车的均衡风缸内，所述第二压力传感器103设置于所述轨道车的制动主管内，所述流量传感器104设置于所述轨道车的中继阀与制动主管之间；所述第一压力传感器102用于测量所述均衡风缸的内部压力，所述第二压力传感器103用于测量所述制动主管的内部压力，所述流量传感器104用于测量所述中继阀与制动主管之间的空气流量，所述监控主机101用于采集所述第一压力传感器102、第二压力传感器103测得的压力值以及所述流量传感器104测得的流量值，并根据所述压力值和所述流量值确定所述轨道车制动过程中的排风时间、充风时间、主管风压泄漏量和充风总流量，并当所述排风时间、充风时间、主管风压泄漏量和充风总流量超出设定范围时，发出警报；

图2为本发明实施例轨道车制动过程监测方法流程示意图，如图2所示，轨道车空气制动过程的监测方法包括以下步骤：

步骤201：在所述轨道车的制动排风过程中，确定所述轨道车的排风时间；

步骤202：在所述轨道车的制动保压过程中，确定所述轨道车制动主管的风压泄漏量；

步骤203：在所述轨道车的制动充风过程中，确定所述轨道车的充风时间和充风总流量；

步骤204：判断所述排风时间是否在所述标准排风时间设定的范围内；

步骤205：如果否，则发出排风时间异常的警报；

步骤206：判断所述泄漏量是否在所述标准泄漏量设定的范围内；

步骤207：如果所述泄漏量不在所述标准泄漏量设定的范围内，则发出泄漏量异常的警报；

步骤208：判断所述充风时间是否在所述标准排风时间设定的范围内；

步骤209：如果所述充风时间不在所述标准排风时间设定的范围内，则发出充风时间异常的警报；

步骤210：判断所述充风总流量是否在所述标准充风总流量设定的范围内；

步骤211：如果所述充风总流量不在所述标准充风总流量设定的范围内，则发出充风总流量异常的警报。

其中，步骤201具体包括：

在所述轨道车的制动排风过程开始时，对排风时间进行计时；

实时采集所述均衡风缸内部的压力值；

实时采集所述制动主管内部的压力值；

当所述均衡风缸内部的压力值与所述制动主管内部的压力值相等时，停止对所述排风时间的计时，得到排风时间。

步骤202具体包括：

当所述均衡风缸内部的压力值与所述制动主管内部的压力值相等时，进入所述轨道车的制动保压过程；开始对保压时间进行计时；

开始对保压时间进行计时时，采集所述制动主管的内部压力值，记为第一压力值；

保压时间达到设定时间时，采集所述制动主管的内部压力值，记为第二压力值；

将所述第一压力值与所述第二压力值做差，得到所述制动主管的风压泄漏量。

步骤203具体包括：

当所述轨道车的制动进入充风过程时，对充风时间开始计时；

实时采集所述均衡风缸内部的压力值；

实时采集所述制动主管内部的压力值；

当所述均衡风缸内部的压力值达到600kpa或500kpa时，采集所述流量传感器测量到的流量值，记为充风总流量；

当所述均衡风缸内部的压力值与所述制动主管的内部压力值相等时或当所述轨道车主管内的压力波动值小于10kpa时，停止对所述充风时间的计时。

本发明通过在轨道车的制动主管、均衡风缸中设置压力传感器，在轨道车的中继阀与制动主管之间设置流量传感器，借助上述传感器的测量的数据，在制动车制动过程的充风、排风、保压阶段对充风时间、排风时间以及总充风流量、泄漏量进行测量，并根据测量结果判断轨道车的制动过程是否存在安全隐患，整个过程客观可靠，避免了现有技术中由于人为检查不当所带来的轨道车事故。

作为本发明的又一实施例，本装置通过检测均衡风缸与轨道车主管压力及流量，计算轨道车排风时间及流量，充风时间及流量，以及轨道车管泄漏量，根据给定的参照表进行判断，超限时给出报警指示。

轨道车排风时间tp、轨道车主管管压泄漏量px的检测：当按下轨道车的制动按钮k1(或k2、k3)时，轨道车进入制动过程中的排风阶段，制动监测装置首先对均衡风缸压力pj0进行采样，然后监测装置发出“减压指令”，排风时间计数器开始计时，在该制动排风过程中，均衡风缸压力首先下降，中继阀排风阀口随之打开，轨道车主管压力随之下降，当均衡风缸压力自定压(500或600kpa)下降50kpa(或70kpa、100kpa、170/140kpa)后，监测装置送出“保压指令”，此后轨道车管继续排风，压力继续下降，当均衡风缸压力pj＝轨道车主管压力pl(即pj-pl＝a<10kpa)时，轨道车制动系统关闭中继阀排风阀口，排风时间计数器停止计时(此时，排风时间计数器值即为tp)；同时，保压计时开始(此时的轨道车主管压力记为pl0)，持续一分钟后，采样当前轨道车主管压力，记为pl1，按式px＝pl0-pl1计算得轨道车管泄漏量px。

轨道车充风时间tc检测及充风流量mx的检测：当按下轨道车制动系统中的按钮k4时，轨道车觉得制动过程进入充风阶段，监测装置发出“充风缓解”指令(即同时撤销“减压指令”和“保压指令”)，充风时间计数器开始计时，均衡风缸压力首先上升，中继阀供风阀口随之打开，轨道车管开始充风，压力随之上升，当均衡风缸压力上升至定压(600或500kpa)时，同时，中继阀与制动管之间的流量传感器检测缓解周期的充风总流量mx，由于轨道车长度较长(还需对轨道车副风缸充风)，此时轨道车管继续充风，压力上升，当pj＝pl(即pj-pl＝a<10kpa)时或检测轨道车主管压力波动值<10kpa，制动系统将中继阀供风阀口关闭，充风时间计数器停止计时(此时，充风时间计数器值即为tc，充风总流量为mx)。

经过上述检测，得到了轨道车的充风时间、排风时间、主管风压泄漏量和充风总流量，充排风标准时间依据《货物/旅客轨道车充排风时间参照表》存于监测装置内存中，充风标准流量值依据《货物/旅客轨道车充风流量参照表》存于监测装置内存中。将检测到的充风时间、排风时间、主管风压泄漏量和充风总流量与标准规定的范围进行比较，如果检测到的充风时间、排风时间、主管风压泄漏量和充风总流量超出规定范围，则发出危险警报。

静态检测保压1分钟后，如果轨道车主管风压泄漏量大于20kpa/m，则进行报警提示；运行途中实时监测轨道车主管风压波动情况，当轨道车主管风压漏泄量大于20kpa时进行报警提示；轨道车运行过程中制动减压量与排风时间超过标准时间进行报警；轨道车运行过程中制动减压量后缓解时间超过标准时间进行报警；轨道车在多车连挂状态下的贯通试验充风和缓解时间超过标准进行报警。

本发明提供的轨道车制动监测装置工作的主要流程是：测试并存储机车、车辆制动管的容积数据→测定充风、排风相对压力、流量与时间的数据转换当量→建立数据库→联机获取的编组车种、辆数信息进行换算→与试闸和运行中制动、缓解充、排风的压力与流量进行比对→非正常即可报警。

监测装置通过rs-422(或rs-485)接口从tax箱(或轨道车gyk设备)获取机车类型(货车/客车)及车辆数值。

显示器界面显示内容为：

减压量＝50kpa(或70kpa、140/170kpa)

排风时间＝xxx秒标准排风＝xxx秒排风时间差＝xxx秒

充风时间＝xxx秒标准充风＝xxx秒充风时间差＝xxx秒

充风流量＝xxxm³/min标准充风流量＝xxxm³/min

充风流量差＝xxxm³/min

泄漏量＝xxxkpa标准泄漏量≤20kpa泄漏量差＝xxxkpa

其他说明：

①减压指令输出

按下k1(或k2、k3)时，监测装置通过继电器输出110vdc电压；

②保压指令输出

当保压指令送出后，监测装置通过继电器输出110vdc电压；

③压差a

压差a＝pj-pl为〈＝10kpa；

④均衡风缸压力pj

pj来自均衡风缸压力传感器，压力传感器安装在机车均衡风缸上，当排风指令下达后，制动系统监测装置首先采样均衡风缸压力pj0，然后发出“减压指令”，排风时间计数器开始计时，均衡风缸压力首先下降，中继阀排风阀口随之打开，轨道车管压力随之下降，压力传感器可实时检测均衡风缸压力变化的大小的数据。压力范围在0～950kpa。额定电压为：15v。a/d模数转换输出3～20ma。

⑤轨道车管压力pl

pl来自轨道车管压力传感器，压力传感器安装在机车制动管上，机车制动管通过软连接，在机车与车辆制动管折角塞门开放的情况下，随时感知轨道车制动管压力变化情况，当司机试闸或轨道车运行中调速与制动停车时，制动管压力都要发生变化，压力传感器可实时检测其压力变化的大小的数据。

压力范围在0～950kpa。额定电压为：15v。a/d模数转换输出4～20ma。

⑥mx来自中继阀与制动管之间的流量传感器

流量传感器串联安装在机车制动机中继阀与机车制动管中间，随时监测并记录轨道车制动管充风与排风的流量，当司机试闸或轨道车运行中调速与制动停车时，制动管压力都要发生变化，流量传感器可实时检测其变化的流量数据。其压力范围在0～950kpa。额定电压为：15v。a/d模数转换输出3～25ma。

监测主机由电源板卡+主控板卡组成，主控板卡包括：主控的cpu，传感器的供电，传感器输出信号的采集，各种通讯电路等。

cpu的选型：选用stm32f4xx系列的arm芯片。

1)更先进的内核，stm32f4采用cortexm4内核，带fpu和dsp指令集，而stm32fi采用的是cortexm3内核，不带fpu和dsp指令集。

2)更多的资源，stm32f4拥有多达192kb的片内sram，带摄像头接口(dcmi)、加密处理器(cryp)、usb高速otg、真随机数发生器、otp存储器等。

3)增强的外设功能.对于相同的外设部分，stm32f4具有更快的模数转换速度、更低的adc/dac工作电压、32位定时器、带日历功能的实时时钟(rtc)、io复用功能大大增强、4k字节的电池备份sram以及更快的usart和spi通信速度。

4)更高的性能，stm32f4最高运行频率可达168mhz，stm32fi只能到72mhz；stm32f4拥有art自适应实时加速器，可以达到相当于flash零等待周期的性能，stm32fi则需要等待周期:stm32f4的fsmc采用32位多重ahb总线矩阵，相比stm32fi总线访问速度明显提高。

5)更低的功耗。stm32f40x的功耗为：238ua/mhz，其中低功耗版本的stm32f40i更是低到：l40ua/mhz，而stm32fi则高达421ua/mhz。

传感器的芯片采用隔离放大器t1443p芯片，如果传感器输出的标准电流信号必须加精密电阻转换为电压信号。

关于监测主机接口的定义，表1为监测主机gx7端口引脚定义，如表1所示：

表1：监测装置主机gx7端口引脚定义

关于监测装置显示器，显示器的外形尺寸为：长*宽*高＝140*180*65(mm)；显示器接口定义如表2所示。

表2：显示器gx7端口引脚定义

本发明通过在轨道车的制动主管、均衡风缸中设置压力传感器，在轨道车的中继阀与制动主管之间设置流量传感器，借助上述传感器的测量的数据，在制动车制动过程的充风、排风、保压阶段对充风时间、排风时间以及总充风流量、泄漏量进行测量，并根据测量结果判断轨道车的制动过程是否存在安全隐患，整个过程客观可靠，避免了现有技术中由于人为检查不当所带来的轨道车事故。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。