一种用于轨道电机车的制动距离检测装置及检测方法与流程
本发明涉及车辆制动性能检测装置，具体的说是一种用于轨道电机车的制动距离检测装置及检测方法。
背景技术：
现阶段，轨道电机车制动距离测试多采用标记点吹哨式测量，其原理是标记刹车起始点位置，检验人员与电机车司机约定好制动联络信号，如吹哨。电机车从出发点出发保持匀速运动，当电机车到达刹车起始点位置时，检测人员发出信号，电机车司机收到信号后开始制动，最后测量电机车停止点到刹车起始点位置是否满足标准要求，其中煤矿安全规程规定电机车的制动距离载人车制动距离不超过20米为合格，载货车制动距离不超过40米为合格，测量精度等级要求大多为二级。
但是由于电机车型号厂家众多，有些井下专用电机车还进行了防爆加固处理，所以当前无法将电机车测试仪接入电机车控制系统和信号指示系统。当前行业内检测机构采取的人工发出制动信号，1是需要检验员看到电机车之后发出信号，2是需要电机车司机收到信号做出反应，所以当下这种方法所测得的距离只可称作刹车距离，是反应距离与制动距离的和，并不能完全做到精确严谨测量，即检验员看到车运行到指定位置就吹哨子，司机听到哨子踩刹车，不同的司机做出的反应不同，有的司机可能0.1秒踩刹车，有些可能需要1秒，不同司机都有不同的反应时间，在听到哨声没踩刹车之前，电机车跑过的距离被称为反应距离，传统方法测量为刹车距离，是反应距离与制动距离的和，但是严格意义上来说只有制动距离可以客观的反映电机车的制动性能，同时检验人员位于轨道附近发出信号，本身就有很大的安全隐患。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题为一种用于轨道电机车的制动距离检测装置及检测方法，不仅精确严谨，还能降低人身安全隐患。
本发明的技术方案为，
一种用于轨道电机车的制动距离检测装置，其特征在于，包括线轨固定板，所述线轨固定板背面设有强力磁铁，所述线轨固定板正面设有水平设置的直线导轨，所述直线导轨上设有滑块，所述滑块上连接伸缩杆，所述伸缩杆一端与滑块铰接另一端设有滚筒轴架，所述滚筒轴架上设有中间轴和滚筒，所述中间轴上设有对射型光电传感器，所述滚筒两侧设有挡板，所述挡板正中设有与中间轴配合的轴承，所述滚筒内壁周圈设有凸起的对射孔板，所述对射孔板上均匀设置多组与对射型光电传感器配合使用的光电对射孔，所述中间轴一端设有红外反射传感器。
进一步的，所述中间轴设置红外反射传感器的一端设有可拆卸的辅助校准装置，所述辅助校准装置包括可套在中间轴上的固定板，所述固定板上设有氮化硅轴承，所述固定板外侧设有十字激光发射器，十字激光发射器下部设有三角形配重。
进一步的，所述滚筒轴架上设有显示输出装置，所述显示输出装置包括屏幕，所述屏幕两侧分别设置控制按键。
进一步的，所述滑块上设有轴座，所述轴座之间设有横轴，横轴的两端设有聚四氟乙烯块，滑块的中部设有滑块固定螺母。
进一步的，所述伸缩杆包括伸缩杆套和伸缩内杆，所述伸缩杆套连接滑块横轴的一端设有氮化硅轴承，伸缩杆套另一端设有两个用于固定伸缩杆内杆的固定螺母，伸缩内杆为十字形伸缩杆。
进一步的，滚筒采用abs材料，设置在挡板上的轴承为单向氮化硅轴承，滚筒表面覆盖硅胶套。
进一步的，对射型光电传感器末端设有棱台缩口形传感器帽，内部涂有反射层，用于汇聚增强光电触发信号。
进一步的，滚筒轴架外部还套有v形毛刷架，毛刷架设置在滚筒前进方向。
进一步的，线轨固定板上端设有气泡水平计。
本申请还包括一种用于轨道电机车的制动距离检测方法，主要包括以下步骤：
s1：对光电传感器进行标定校准，通过公式:s=
s2：放置喷涂玻璃微珠反光漆的瓦楞纸板在轨道旁做为刹车起始点识别标记，驾驶员启动轨道电车向刹车起始点方向行驶，红外反射传感器探测到识别标记时，通过放置在屏幕下方的315/433m模块发射信号，驾驶室内放置接收模块，收到信号后发出声光提示，提醒驾驶员到达刹车起始点，停止点的判断当光电传感器信号输出无变化3秒后判断该点为停止点；
s3：确定制动起始点a点，通过对射型光电传感器、红外反射传感器和滚筒单片机配合自动获取a点位置，通过识别红外反射传感器输出信号，此时滚筒单片机标记为刹车起始点，同时开始记录每个信号的间隔的时间，为了避免数据抖动干扰，记录时将10×n个信号间隔作为一组求间隔时间和，并不断连续记录，n根据制动前速度设置，制动前速度与n的取值成反比，与此同时判断出现连续5次求出的和每组的和都比前一组数和大时，则取时间最小的组，然后在这组中取信号间隔时间最小的点，记作制动起始点a；
s4:计算刹车距离，所述刹车距离为：反应距离+制动距离，反应距离和制动距离的测量方法为，首先统计a点到刹车起始点的信号个数和a点到停止点的信号个数，反应距离为：刹车起始点到a点的脉冲数×每个计数长度，制动距离为：a点到停止点光电传感器计数个数×每个计数长度。
进一步的，所述s3中确定制动起始点a点的另一种方法为，设置辅助模块采集制动起始点a，所述辅助模块放置在车头司机室，辅助模块内设置有车头单片机模块和315/433m通讯模块，设置采集模块通过传感器间接连接制动开关，采集模块捕捉到传感器的信号后，通过无线方式发出信号，位于车尾的滚筒单片机收到信号后记为该点为制动起始点a点。
进一步的，所述传感器包括压电式传感器、薄膜式传感器和磁感应式传感器，分别对应设置在脚踏式制动电机车、按钮式制动电机车和轮杆式制动电机车，所述压电式传感器为放入制动踏板上方的薄片压电陶瓷片，薄片压电陶瓷片两端接入采集模块，当司机踩踏制动踏板时输出信号被采集模块捕捉；
薄膜式传感器为设置在制动按钮上端薄膜开关，薄膜开关两端接入制动采集模块，当司机按下制动按钮时输出信号被采集模块捕捉；
磁感应式是霍尔传感器和磁铁，所述磁铁固定在轮杆上，霍尔传感器固定在电机车操作室内，通过磁铁与霍尔传感器发生相对移动时，霍尔传感器发出信号被采集模块捕捉。
本发明的有益效果为：
本申请可适用各类电机车全自动测量，减少人的干预，能够做到相对精确测量。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明拆解示意图；
图3为本发明滚轮结构示意图；
图4为本发明辅助校准装置使用时示意图；
图5为本发明辅助校准装置结构示意图；
图6为本发明使用状态图；
图7为本发明控制系统结构框图；
图8为本发明滚筒单片机的电路图；
图9为本发明车头单片机的电路图；
图10为制动起始点a点示意图。
图中：线轨固定板1，气泡水平计11，直线导轨12，滑块13，轴座14，横轴15，聚四氟乙烯块16，固定螺母17，伸缩杆2，滚筒轴架21，中间轴22，伸缩杆套23，伸缩内杆24，氮化硅轴承25，固定螺母26，滚筒3，挡板31，轴承32，硅胶套33，对射型光电传感器4，屏幕41，控制按键42，对射孔板5，光电对射孔51，红外反射传感器6，辅助校准装置7，固定板71，氮化硅轴承72，十字激光发射器73，三角形配重74，v形毛刷架8。
具体实施方式
下面结合附图说明和具体实施方式对本发明进行进一步说明。
一种适用于多种规格轨道电机车的制动距离测试仪，其特征在于，包括线轨固定板1，所述线轨固定板1背面设有强力磁铁，所述线轨固定板1上端设有气泡水平计11，所述线轨固定板1正面设有水平设置的直线导轨12，所述直线导轨12上设有滑块13，所述滑块13上连接伸缩杆2，所述伸缩杆2一端与滑块13铰接另一端设有滚筒轴架21，所述滚筒轴架21上设有中间轴22和滚筒3，所述中间轴22上设有对射型光电传感器4，所述滚筒3两侧设有挡板31，所述挡板31正中设有与中间轴配合的轴承32，所述滚筒3内壁周圈设有凸起的对射孔板5，所述对射孔板5上均匀设置多组与对射型光电传感器4配合使用的光电对射孔51，所述中间轴22一端设有红外反射传感器6。
进一步的，所述中间轴22设置红外反射传感器6的一端设有可拆卸辅助校准装置7，所述辅助校准装置7包括可套在中间轴上的固定板71，所述固定板71上设有氮化硅轴承72，所述固定板71外侧设有十字激光发射器73，十字激光发射器73下部设有三角形配重74。
进一步的，所述滚筒轴架21上设有显示输出装置，所述显示输出装置包括屏幕41，所述屏幕41两侧分别设置控制按键42。
进一步的，所述滑块13上设有轴座14，所述轴座14之间设有横轴15，横轴的两端设有聚四氟乙烯块16，滑块13的中部设有滑块固定螺母17。
进一步的，所述伸缩杆2包括伸缩杆套23和伸缩内杆24，所述伸缩杆套23连接滑块13的一端设有氮化硅轴承25，伸缩杆套23另一端设有两个用于固定伸缩杆内杆的固定螺母26，伸缩内杆24为十字形伸缩杆，伸缩内杆的一端连接滚筒轴架21。
进一步的，滚筒3采用abs材料，设置在挡板31上的轴承32为单向氮化硅轴承，滚筒表面覆盖硅胶套33。
进一步的，对射型光电传感器4末端设有棱台缩口形传感器帽41，内部涂有反射层，用于汇聚增强光电触发信号。
进一步的，滚筒轴架21外部还套有v形毛刷架8，毛刷架设置在滚筒前进方向。
使用前，进行统一的标定校准，在较优的实施例中200个光电信号为400毫米，使用中为了防止硅胶外套的磨损造成误差，还可进行手动校准标定，标定长度为10-100倍的滚筒周长，如4米、8米、12米……40米，最长为40米，标定距离越长校准越精确，但需要根据校准场所的场地限制选择。首先使用高精度量尺量出开始点和结束点，画直线连接，在滚筒轴右端伸出处套入辅助校准装置，辅助校准装置带有十字激光发射器73，下部带有三角形配重74，上部套有氮化硅轴承72，能始终保持发射到地面上的十字激光与滚筒的中线统一。按下辅助校准模块电源开关，此时侧面十字激光线发射激光发出射线与开始点相交对齐，使用屏幕41左右按钮选择校准长度，为避免选择时操作按钮产生移动误差，选择确认后3秒后屏幕提示开始校准，校准中始终使十字激光的一边对齐所画直线，以保证滚筒路径为直线，缓慢拉动滚筒逐步移动到终点，停止移动使十字交点对准终点静止5秒，仪器结束校准，校准时标定长度越长，精度越高。
计算方法为，校准长度÷光电传感器计数个数=每个计数间的长度，然后将计数的长度存入单片机rom中，测量制动距离时原理，光电传感器计数个数×每个计数长度，即可得到距离，辅助校准装置可拆下单独保存，仅在校准时安装。
使用时，刹车起始点标记采用固定好喷涂玻璃微珠反光漆的瓦楞纸板或白色瓦楞纸箱竖直放置在轨道旁作为刹车起始点识别标记，固定滚筒框架中间轴处设有红外反射传感器6，当到红外反射传感器3收到信号时，通过315/433m模块发射信号，驾驶室内放置接收模块，收到信号后发出声光提示，提示驾驶员制动。
刹车距离为：反应距离+制动距离，如图10所示：刹车起始点为红外反射传感器感应到反光挡板的点，制动起始点a为驾驶员开始制动后的点。刹车起始点到制动起始点a所经过的距离为：反应距离，制动起始点a到停止点的距离为：制动距离。
对于制动起始点a的判断，有两种，一种是自动判断：当红外反射传感器输出信号，单片机此处标记为刹车起始点。同时对滚筒内对光电对射传感器信号开始计数，同时开始记录每个信号的间隔的时间，为了让避免数据抖动干扰，记录时将10×n个信号间隔作为一组求间隔时间和，并不断连续记录，n根据制动前速度设置，速度越大n取值越小，与此同时判断出现连续5次求出的和每组的和都比前一组数和大时，则取时间最小的组，然后在这组中取信号间隔时间最小的点，记作制动起始点a点，随着电机车开始制动，测量滚筒会越滚越慢，时间也会有所增加，该算法的目的是求出最先减速点的相对位置。最后统计a点到刹车起始点的信号个数和a点到停止点的信号个数。输出反应距离为：刹车起始点到a点的脉冲数×每个计数长度，a点到停止点的距离为：a点到停止点光电传感器计数个数×每个计数长度，自动测量无需外加配件可简化测量方式，该种测量方式测量出的制动距为制动器发挥作用后的制动距离距离。
第二种是通过外置制动采集模块判断，采集模块传感器共分为三种，压电式、薄膜式和磁感应式。1、压电式薄片压电陶瓷片，两端接入制动采集模块，针对脚踏式制动方式，放入制动踏板上方，当司机踩踏制动踏板时输出信号被采集模块捕捉。2、薄膜式采用薄膜开关，两端接入制动采集模块，针对按钮等制动方式，放在制动按钮上端，当司机按下制动按钮时输出信号被采集模块捕捉。3、磁感应式是霍尔传感器和磁铁，针对旋转式制动手轮/手柄等，原理通过吸附在轮杆上的磁铁与固定在电机车上的霍尔传感器发生相对移动时，霍尔传感器发出信号被采集模块捕捉，位于车头司机室的采集模块单片机捕捉到以上三种传感器的信号后，通过无线模块方式发出信号，滚筒单片机收到信号后记为该点为制动起始点a点，最后统计a点到刹车起始点的信号个数和a点到停止点的信号个数。计算方式与自动判断的计算方式相同，为制动起始点a到停止点光电传感器计数个数×每个计数长度，该种测量方式测量出的制动距离为人工操作制动器后的制动距离。
实际测试中两种测量方法的测量结果相差不大，多数电机车制动距离测试的传统量具精度为2级，该仪器能将精度等级提升5-10倍左右，输出结果都可满足测量要求，选用不同的制动起始点a的测量方式根据测试车辆的便捷性和本地区相关主管部门要求来进行选择。
对于停止点的判断是当光电传感器信号输出无变化3秒后判断该点为停止点。并自动结束测量，在屏幕上给出测量结果，将反应距离和制动距离分别显示。
对于需要较高测量要求的带有轨道间隙的场所，还可使用附件中轨道间隙填充块进行对刹车起始点之后的钢轨缝隙进行填充，防止测量滚筒不均匀旋转造成的微小误差。轨道间隙填充块采用聚氨酯泡沫材料，宽度分为10mm、13mm、15mm三种，每种共八块。
本专利输出部分还可通过315/433m通讯模块无线连接热敏打印机输出。
本发明的特点在于，分别提供了测量设备和测量方法，测量设备适用各类电机车全自动测量，减少人的干预，能够做到相对精确测量，测量方法可根据测试车辆的便捷性和本地区相关主管部门要求来进行选择通过可自动和手动测量制动距离，并且相较于传统的测量方法本申请中方法可以分别测量反应距离和制动距离，可以根据情况自行选择数据，而且数据精准度高。
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