一种铁路货车脱轨监测系统及铁路车辆的制作方法

本发明属于铁路货车制动，具体涉及一种铁路货车脱轨监测系统及铁路车辆。

背景技术：

1、安全是轨道交通运输重点关注的问题，而脱轨现象是轨道车辆运行过程中特有的一种交通事故。在列车行驶过程中，脱轨事故会造成人员伤亡和财产损失，严重影响运输秩序。随着国内铁路货车载重及列车编组数量的增加，列车运行中的冲击加大，人工操作困难，又进一步加大了列车脱轨的风险。

2、长期以来，世界各国科研人员投入了大量的时间和经费来开展脱轨理论与试验的研究并取得了一些成果，但是由于脱轨问题研究的复杂性以及困难性，至今为止这一问题仍未得到很好地解决，脱轨事故的原因往往难以查明，因此，如何提供一种监测全面、检测脱轨进行预警或迫使车辆紧急停车，能够确保铁路货车安全行驶的脱轨监测系统和方法，是目前迫切需要解决的问题

3、现有国内外铁路货车脱轨检测主要分为接触式和振动式两种方式。

4、国内铁路货车上安装的脱轨自动制动装置为接触式，其工作原理是当铁路货车脱轨时拉环或顶梁与货车车轴接触，其作用力试制动阀杆折断，从而打通列车管与大气通路，促使列车产生紧急制动，减少列车脱轨损失。

5、国外铁路货车一般采用振动式，典型装置有knorr公司的edt101型和wabtec公司的mdv100型，安装在车辆两端。在车辆正常运行时通过弹簧压住质量块，关闭阀口；而当车辆脱轨时利用车辆在轨枕上拖行产生强烈垂向振动，质量块突然增加的加速度，克服弹簧的预压缩力，打开阀口，主风管压力空气排大气，引起列车制动。

6、当前针对脱轨问题主要发展的是脱轨时制动技术，不具有脱轨预警功能，同时也不具备机器学习功能，修订脱轨判断阈值以应对脱轨问题研究的复杂性和困难性。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是要提供一种铁路货车脱轨监测系统及铁路车辆，用于对铁路货车脱轨状态进行智能监控，保证铁路货车的安全运行，安全可靠。

2、为实现上述目的，本发明通过下述技术方案实现：

3、一种铁路货车脱轨监测系统，包括列车脱轨检测装置、脱轨诊断装置、脱轨执行装置、自发电装置和车辆识别模块；

4、所述列车脱轨检测装置用于采集所述铁路货车的转向架运行状态信息，所述运行状态信息至少包含三轴加速度、倾角、温度和湿度数据，并将数据传输到所述脱轨诊断装置；

5、所述脱轨诊断装置用于处理所述列车脱轨检测装置传输的所述三轴加速度、倾角、温度和湿度数据，并对数据进行存储和分析判断，判断所述铁路货车是否存在脱轨隐患并将脱轨诊断信息传输到所述脱轨执行装置；

6、所述脱轨执行装置用于接收并执行本节车辆/所有车辆发送的所述脱轨诊断信息；

7、所述自发电装置设置于所述铁路货车上，用于在货车运用时对所述列车脱轨检测装置、脱轨诊断装置和脱轨执行装置供电；

8、所述车辆识别模块用于实现所述铁路货车的区分和定位。

9、优选地，所述列车脱轨检测装置包含三轴加速度传感单元、倾角传感单元、温度传感单元和湿度传感单元；

10、所述三轴加速度传感单元用于采集所述铁路货车转向架的x、y、z三个轴向加速度；

11、所述倾角传感单元用于采集所述铁路货车转向架的侧架倾角；

12、所述温度传感单元用于采集所述铁路货车转向架的环境温度；

13、所述湿度传感单元用于采集所述铁路货车转向架的环境湿度。

14、优选地，所述脱轨诊断装置包含脱轨诊断模块、电源管理模块和数据传输模块；

15、所述脱轨诊断模块用于采集gps数据，同时对上述所有采集数据进行处理、分析，并通过与风险阈值的对比，进一步评估车辆的脱轨风险；

16、所述电源管理模块用于管理电源向所述列车脱轨检测装置、脱轨诊断装置和脱轨执行装置供电；

17、所述数据传输模块用于接收所述脱轨诊断模块的所述脱轨诊断信息，并将所述脱轨诊断数据发送到所述脱轨执行装置。

18、优选地，所述脱轨诊断模块包括gps定位单元、数据处理单元、存储单元、机器学习单元和评估单元；

19、所述gps定位单元用于采集铁路货车位置信息；

20、所述数据处理单元用于处理所述三轴加速度、倾角、温度、湿度数据和gps数据；

21、所述存储单元用于存储所述三轴加速度、倾角、温度、湿度数据和gps数据，同时预存风险阈值数据；

22、所述机器学习单元用于分析所述存储单元的存储数据，并对所述风险阈值数据进行优化；

23、所述评估单元用于对所述三轴加速度、倾角、温度、湿度数据和gps数据与所述风险阈值进行分析判断，并将脱轨诊断信息传输到数据传输模块。

24、优选地，所述风险阈值预存脱轨状态仿真分析、脱轨线路试验数据、列车运行线路数据和执行装置操作数据。

25、优选地，所述数据传输模块包括无线模块和有线模块，用于与所述脱轨执行装置传输所述脱轨诊断信息

26、优选地，所述无线模块采用gprs通讯技术和/或卫星系统。

27、优选地，所述脱轨诊断信息包括安全结论、低风险结论、中风险结论和高风险结论；

28、所述安全结论指列车运行安全，当所述三轴加速度、倾角、温度、湿度数据和gps数据低于风险阈值时，机车警示灯显示绿色；

29、所述低风险结论指列车运行存在低脱轨风险，当所述三轴加速度、倾角、温度、湿度数据和gps数据接近风险阈值时，机车警示灯显示黄色并闪烁；

30、所述中风险结论指列车运行存在中脱轨风险，当所述三轴加速度、倾角、温度、湿度数据和gps数据超出风险阈值10％以内时，机车警示灯显示红色并闪烁；

31、所述高风险结论指列车运行存在高脱轨风险，当所述三轴加速度、倾角、温度、湿度数据和gps数据超出风险阈值10％以上时，列车启动紧急制动，同时机车警示灯显示红色并闪烁

32、优选地，所述脱轨执行装置包括安装于车辆上的紧急排气阀和安装于机车上的警报装置；

33、所述紧急排气阀用于执行列车紧急制动，所述紧急排气阀由所述电源管理模块供电；

34、所述警报装置用于提醒司机的声光警示。

35、一种铁路货车，所述铁路货车包括所述的铁路货车脱轨监测系统；所述列车脱轨检测装置安装于列车每个转向架摇枕或侧架上，所述脱轨诊断装置安装于转向架摇枕或车辆上，所述脱轨执行装置安装于车辆和机车上。

36、本发明与现有技术相比，具有如下显著优点：

37、1、本发明提供的铁路货车脱轨监测系统可有效预防并及时提醒列车脱轨信息，减小脱轨带来的损失。

38、2、本发明提供的铁路货车脱轨监测系统可实时监测智能化监控车辆运行状况，提高铁路货车运行安全性。

39、3、本发明提供的铁路货车脱轨监测系统可通过自我机器学习自动优化风险阈值参数。风险阈值前期是一个理论计算和试验室数据，该数据需要根据实际线路运行情况采集的大数据进行调整优化。

40、4、本发明提供的铁路货车脱轨监测系统可将安全等级细分为4个级别，列车工作人员能够直观的通过机车警示灯显示颜色判断出当前列车的安全状态，根据脱轨报警信号能够提醒操控中心或工作人员对车辆的行驶状态进行及时察看或预防，采取相应安全措施，简单有效。