CN112606877B - 城市轨道列车障碍物检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是为了解决城市轨道交通列车在轨运行中的障碍物碰撞问题，为防止因碰撞引发事故，本发明提出一种满足地铁列车安全行驶需要的应对障碍物碰撞和检测的装置和方法，本装置采用接触式障碍物检测方式，通过轻碰撞清除小型障碍物，且不影响列车行驶，并通过重碰撞检测大型障碍物，有效触发列车制动，及时遏制事故发生或恶化。
Description
技术领域
本发明涉及城市轨道列车技术领域，具体涉及一种城市轨道列车障碍物检测方法。
背景技术
随着城市化进程加快，城市交通运输需求量不断增大，城市轨道交通在公共交通领域发挥着愈加重要的作用。随着城市轨道交通的发展，考虑到高效运营和安全需要，伴随运行线路上障碍物的危害极大，当遇到障碍物，轻则发生破坏性碰撞，重则引发脱轨等重大事故，因此，在轨障碍物检测研究成为必要。
目前，国内外有研究出非接触式检测装置，其作为障碍物检测的未来方向，但由于现有技术有限，可靠性不足等原因，还无法广泛应用，同时考虑到城市轨道交通运输特点，即列车行驶速度在0-100km/h范围内，非接触式检测方式的可靠性欠缺，考虑采用接触式检测装置更突出其可靠性，当遇到障碍物较轻时，检测装置可通过轻微碰撞将障碍物弹出行驶轨面，当遇到障碍物较重时，则可启动正常的触发机制，触发列车制动，避免事故发生或恶化。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种满足地铁列车安全行驶需要的应对障碍物碰撞和检测方法，该方法的检测装置采用接触式障碍物检测方式，通过轻碰撞清除小型障碍物，且不影响列车行驶，并通过重碰撞检测大型障碍物，有效触发列车制动，及时遏制事故发生或恶化。
本发明所采用的技术方案是一种城市轨道列车障碍物检测方法，当列车行驶中遇到轻量型障碍物时，障碍物与检测横梁碰撞接触，障碍物检测设备单元的检测横梁和缓冲吸振机构共同作用，缓冲障碍物碰撞力，同时将障碍物弹出行驶轨面，
当列车行驶中遇到大型障碍物时，障碍物检测设备单元的检测横梁和缓冲吸振机构无法全部吸收碰撞力，当缓冲吸振机构内的缓冲弹簧被压缩至设定行程后，检测横梁壁面接触到限位触发装置，产生电控触发信号，触发制动环线紧急制动，轨道列车障碍物检测装置的控制单元接收信号并上报列车控制和管理系统TCMS系统，列车的控制单元做出对应制动控制，保障行车安全。
进一步地，采用城市轨道列车障碍物检测装置，该检测装置包括控制单元和障碍物检测设备单元，所述的控制单元安装于车厢内部，障碍物检测设备单元安装于车头或车尾的转向架前端；障碍物检测装置直接或间接与列车控制和管理系统TCMS及制动环线相连，用以传递指令信息或控制命令；所述的障碍物检测设备单元包含固定与高度调节机构，限位触发装置，缓冲吸振机构，检测横梁，电阻板，安全牵引绳索；障碍物检测设备单元与控制单元采用电缆连接，其电气连接接口分别位于限位触发装置和电阻板上，所述的检测横梁与轨面平行有间距设置。
进一步地，所述的固定与高度调节机构包含两组，分别设置在检测横梁两侧的相对位置，固定与高度调节机构将转向架与障碍物检测设备单元连接，所述的固定与高度调节机构包含转向架安装接口板、障碍物检测单元安装板，二者采用螺栓螺母连接。
进一步地，所述的障碍物检测单元安装板上开有腰型孔，用于设备的上下标高调节，所述的转向架安装接口板和障碍物检测单元安装板其结构上采用楔形齿结构，用于竖直方向上的连接互锁。
进一步地，所述的缓冲吸振机构包括1个非金属端头，2个直线轴承，2个长套筒，2个缓冲弹簧，非金属端头与检测横梁采用螺栓螺母紧固连接，非金属端头上开孔端面平齐嵌装两个直线轴承并采用螺钉紧固，两个长套筒分别穿入直线轴承并凸出直线轴承的安装端面设定距离，长套筒外壁与直线轴承内壁为间隙配合，两个缓冲弹簧分别套在两个长套筒凸出轴壁上，一端轴向受直线轴承或非金属端头的端面限位，两组长螺栓分别穿过长套筒，并穿连至障碍物检测单元安装板对应过孔中，过孔背面通过螺母锁紧，长套筒一端轴向端面受障碍物检测单元安装板壁面的限位，另一端轴向端面受长螺栓帽端面或垫片限位，缓冲弹簧的另一端轴向受障碍物检测单元安装板壁面限位。
进一步地，所述的检测横梁采用截面尺寸为120*60*3的矩形铝型材折弯而成，其整体为对称折弯形状，中间部位前凸，中间采用曲线过度。
进一步地，限位触发装置包含3组冗余限位开关，所述的限位开关设置有限位杆，所述的限位触发装置固定在障碍物检测单元安装板上，限位杆探出装置盒，所述的限位杆与前端检测横梁后壁面保持有效触发的计算距离，当出现障碍物碰撞时，检测横梁受撞击力向后位移，压缩缓冲弹簧后碰触限位杆，触发障碍物检测保障机制，3组限位开关采用3取2表决机制，当有2组限位开关被同时触发后，则触发信号有效。
进一步地，所述的障碍物检测设备单元采用接触式碰撞检测。
进一步地，还包括脱轨检测设备单元，所述的脱轨检测设备单元包括2个电阻板，所述的电阻板与控制单元通过电缆连接，所述的2个电阻板分别安装于检测横梁下部位置两端。
本发明的有益效果是：本发明的列车障碍物检测方法能为轨道交通营运车辆带来运行安全保障，避免因碰撞引发重大事故，进而避免造成乘客人员伤亡和重大经济损失，能够保障市民交通安全，提升运营单位的经济效益。
附图说明
图1为本发明城市轨道列车障碍物检测装置主控制器母板示意图。
图2为本发明城市轨道列车障碍物检测装置脱轨检测设备单元结构图。
图3为本发明城市轨道列车障碍物检测装置缓冲减震机构结构图。
图4为图3的A-A方向视图。
图5为本发明城市轨道列车障碍物检测装置限位触发装置结构图。
图中标记：1-固定与高度调节机构，2-限位触发装置，3-缓冲吸振机构，4-检测横梁，5-电阻板，6-安全牵引绳索，7-非金属端头，8-直线轴承，9-长套筒，10-缓冲弹簧，11-长螺栓，12-限位开关，13-限位杆。
具体实施方式
现结合附图1至附图5对发明做进一步的说明，本发明公开了一种城市轨道列车障碍物检测方法，该方法的装置包含控制单元，障碍物检测设备单元，控制单元安装于车厢内部，障碍物检测设备单元安装于车头转向架前端；整车可采用双套系统，分别安装于车头和车尾对应位置；该障碍物检测装置直接或间接与列车TCMS及制动环线相连，用以指令信息传递或控制命令；
障碍物检测设备单元包含固定与高度调节机构1，限位触发装置2，缓冲吸振机构3，检测横梁4，电阻板5，安全牵引绳索6；障碍物检测设备单元与控制单元采用电缆连接，其电气连接接口分别位于限位触发装置2和电阻板5上。
本障碍物检测设备单元采用接触式碰撞检测。当列车行驶中遇到轻量型障碍物时，障碍物与检测横梁4碰撞接触，障碍物检测设备的检测横梁4和缓冲吸振机构3共同作用，缓冲障碍物碰撞力，同时将障碍物弹出行驶轨面，且不影响列车行驶，保证列车及检测设备安全。
当列车行驶中遇到大型障碍物时，障碍物检测设备的检测横梁4和缓冲吸振机构3无法全部吸收碰撞力，当缓冲吸振机构3内的缓冲弹簧10被压缩至设定行程后，检测横梁4壁面接触到限位触发装置2，产生电控触发信号，触发制动环线紧急制动，控制单元接收信号并上报列车TCMS系统，各控制单元做出对应制动控制，保障行车安全；
本障碍物检测设备单元兼顾脱轨检测功能，主要检测组件为电阻板5，电阻板5与控制单元通过电缆连接，两个电阻板5分别安装于检测横梁4下部位置两端，检测横梁4与轨面平行并保持设定距离，当列车发生脱轨后，检测横梁4必然接触到轨面，同时接触到电阻板5，电阻板5与铁轨形成导通电流，主控单元检测到电流信号，辨识出车辆脱轨，并及时触发紧急制动和上报列车TCMS系统，避免列车发生更大事故；
控制单元包含电源模块一，电源模块二，传感器输入板，传感器处理板，DI干接点板，工作背板，结构机箱等，所述的控制单元包含功能有障碍物碰撞检测与处理功能，接触式脱轨检测，在轨检测，自诊断及故障保护，数据记录，MVB、DI、EB干接点，通信，冗余、PTU等基本功能。所述的MVB、DI、EB干接点与TCMS进行通信，传输指令、状态及故障数据。控制单元通过EB干接点串入整车制动环线，保证障碍物检测检测系统能够直接控制车辆紧急制动。
主机电源模块采用双热备冗余架构，可实现电源冗余功能。当单电源故障时可自动切换备用电源，故障切换时不影响系统的正常工作。障碍物检测设备单元的固定与高度调节机构1包含两组，分别位于检测横梁4两侧的相对位置，其作为中间环节将转向架与障碍物检测设备单元机体进行有效连接，单组固定与高度调节机构1包含转向架安装接口板，障碍物检测单元安装板，二者采用螺栓螺母连接，安装板上开有腰型孔可实现设备的上下标高调节，接口板和安装板其结构上采用楔形齿结构，实现竖直方向上的连接互锁，保证转向架安装接口板与障碍物检测单元安装板的连接稳固，
障碍物检测设备单元的限位触发装置2包含3组冗余限位开关12，限位触发装置2固定在障碍物检测单元安装板上，限位杆13探出装置盒，限位开关12的限位杆13与前端检测横梁4后壁面保持有效触发的计算距离，当出现障碍物碰撞时，检测横梁4受撞击力向后位移，压缩缓冲弹簧10后碰触限位开关12的限位杆13，触发障碍物检测保障机制，3组限位开关12采用3取2表决机制，当有2组限位开关12被同时触发(NC信号断开，NO信号闭合)后，则触发信号有效。
限位开关12为通用的已触发功能为基础的开关，如微动开关。
障碍物检测单元安装板上设有限位开关12保护凸台，凸台为计算设定高度，在超限碰撞力情况下既能保证限位开关12的有效触发，同时能保护限位开关12不受检测横梁4的碰撞损伤；
障碍物检测设备单元的缓冲吸振机构3包含两组，分别位于检测横梁4两侧的相对位置，其作为中间环节将安装板和检测横梁4进行有效连接，单组缓冲吸振机构3包括1个非金属端头7，2个直线轴承8，2个长套筒9，2个缓冲弹簧10，附属紧固螺栓螺母及垫片等，非金属端头7与检测横梁4采用螺栓螺母紧固连接，非金属端头7上开孔端面平齐嵌装两个直线轴承8并采用螺钉紧固，两个长套筒9分别穿入直线轴承8并凸出直线轴承8的安装端面设定距离，长套筒9外壁与直线轴承8内壁为间隙配合保留轴向自由度，满足直线轴承在长套筒9上有轴向滑动位移，两个缓冲弹簧10分别套在两个长套筒9凸出轴壁上，一端轴向受直线轴承8或非金属端头7的端面限位，两组长螺栓11分别穿过长套筒9，并串接穿连至安装板对应过孔中，过孔背面通过螺母锁紧，长套筒9一端轴向端面受安装板壁面的限位，另一端轴向端面受长螺栓11帽端面或垫片限位，缓冲弹簧10的另一端轴向受安装板壁面限位，结构上满足检测横梁4携直线轴承8在套筒上轴向滑动，并压缩缓冲弹簧10，直线轴承8长度及缓冲弹簧10的参数由设计计算确定。缓冲吸振机构3通过非金属端头7的有效变形及弹簧压缩实现缓冲吸振功能，缓冲吸振能力由计算确定。
障碍物检测设备单元的检测横梁4两端分别与两侧的非金属端头7螺栓紧固连接，检测横梁4采用截面尺寸为120*60*3的矩形铝型材折弯而成，其整体为对称折弯形状，中间部位前凸设定尺寸，中间采用曲线过度，结构形式满足碰撞吸振能力和碰撞力的传递。非金属端头7为聚四氟乙烯材质，具有足够的强度和塑性，与检测横梁4刚性连接，受到碰撞后二者共同变形作用，有效的达到碰撞力传递和变形吸振的平衡。
障碍物检测设备单元的安全牵引绳索6作为列车和障碍物检车设备的二次保护机制，当障碍物检测设备因特殊因素导致掉落后，起到垂吊牵制作用，防止其设备掉落轨面造成更大事故。
本障碍物检测设备单元集成脱轨检测功能，主要检测组件为电涡流传感器，电涡流传感器与控制单元通过电缆连接，两个电涡流传感器分别安装于检测横梁下部位置两端，检测横梁与轨面平行并保持设定距离，主控单元实时监测电涡流状态信号，当列车发生脱轨后，检测横梁下部的电涡流传感器必然接触到轨面，导致电涡流传感器涡流值发生变化，主控单元检测到有效变化信号，辨识出车辆出现脱轨，立即上报列车TCMS系统和并触发紧急制动环线，施加紧急制动避免列车发生更大事故。
Claims (6)
1.城市轨道列车障碍物检测方法，其特征在于：当列车行驶中遇到轻量型障碍物时，障碍物与检测横梁碰撞接触，障碍物检测设备单元的检测横梁和缓冲吸振机构共同作用，缓冲障碍物碰撞力，同时将障碍物弹出行驶轨面，当列车行驶中遇到大型障碍物时，障碍物检测设备单元的检测横梁和缓冲吸振机构无法全部吸收碰撞力，当缓冲吸振机构内的缓冲弹簧被压缩至设定行程后，检测横梁壁面接触到限位触发装置，产生电控触发信号，触发制动环线紧急制动，城市轨道列车障碍物检测装置的控制单元接收信号并上报列车控制和管理系统TCMS，列车的控制单元做出对应制动控制，保障行车安全；
采用城市轨道列车障碍物检测装置，该检测装置包括控制单元和障碍物检测设备单元，所述的控制单元安装于车厢内部，障碍物检测设备单元安装于车头或车尾的转向架前端；城市轨道列车障碍物检测装置直接或间接与列车控制和管理系统TCMS及制动环线相连，用以传递指令信息或控制命令；所述的障碍物检测设备单元包含固定与高度调节机构，限位触发装置，缓冲吸振机构，检测横梁，电阻板，安全牵引绳索；所述的固定与高度调节机构包含两组，分别设置在检测横梁两侧的相对位置，固定与高度调节机构将转向架与障碍物检测设备单元连接，所述的固定与高度调节机构包含转向架安装接口板、障碍物检测单元安装板，二者采用螺栓螺母连接，障碍物检测设备单元与控制单元采用电缆连接，其电气连接接口分别位于限位触发装置和电阻板上，所述的检测横梁与轨面平行有间距设置，所述的缓冲吸振机构包括1个非金属端头，2个直线轴承，2个长套筒，2个缓冲弹簧，非金属端头与检测横梁采用螺栓螺母紧固连接，非金属端头上开孔端面平齐嵌装两个直线轴承并采用螺钉紧固，两个长套筒分别穿入直线轴承并凸出直线轴承的安装端面设定距离，长套筒外壁与直线轴承内壁为间隙配合，两个缓冲弹簧分别套在两个长套筒凸出轴壁上，一端轴向受直线轴承或非金属端头的端面限位，两组长螺栓分别穿过长套筒，并穿连至障碍物检测单元安装板对应过孔中，过孔背面通过螺母锁紧，长套筒一端轴向端面受障碍物检测单元安装板壁面的限位，另一端轴向端面受长螺栓帽端面或垫片限位，缓冲弹簧的另一端轴向受障碍物检测单元安装板壁面限位。
2.根据权利要求1所述的城市轨道列车障碍物检测方法，其特征在于：所述的障碍物检测单元安装板上开有腰型孔，用于设备的上下标高调节，所述的转向架安装接口板和障碍物检测单元安装板其结构上采用楔形齿结构，用于竖直方向上的连接互锁。
3.根据权利要求1所述的城市轨道列车障碍物检测方法，其特征在于：所述的检测横梁采用截面尺寸为120*60*3的矩形铝型材折弯而成，其整体为对称折弯形状，中间部位前凸，中间采用曲线过渡 。
4.根据权利要求1所述的城市轨道列车障碍物检测方法，其特征在于：限位触发装置包含3组冗余限位开关，所述的限位开关设置有限位杆，所述的限位触发装置固定在障碍物检测单元安装板上，限位杆探出装置盒，所述的限位杆与前端检测横梁后壁面保持有效触发的计算距离，当出现障碍物碰撞时，检测横梁受撞击力向后位移，压缩缓冲弹簧后碰触限位杆，触发障碍物检测保障机制，3组限位开关采用3取2表决机制，当有2组限位开关被同时触发后，则触发信号有效。
5.根据权利要求1所述的城市轨道列车障碍物检测方法，其特征在于：所述的障碍物检测设备单元采用接触式碰撞检测。
6.根据权利要求1所述的城市轨道列车障碍物检测方法，其特征在于：还包括脱轨检测设备单元，所述的脱轨检测设备单元包括2个电阻板，所述的电阻板与控制单元通过电缆连接，所述的2个电阻板分别安装于检测横梁下部位置两端。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20220524 |
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