基于一种列车姿态推测超偏载的检测方法

基于一种列车姿态推测超偏载的检测方法

王京昂李顺顺

郑州铁路职业技术学院  451460

摘要：列车在启动、制动等变速运动中。因列车震动，车内载装的货物可能因捆扎不良导致货物在车厢内发生较大位移。就会使得列车两端或两侧装载货物重量差异较大，让货运列车处于偏载状态。在偏载状态下的列车就会单侧倾斜。根据偏载程度，轻则列车超过运行限界，重则在货运列车转弯时造成列车脱轨事故的发生。目前，在铁路装备领域。还没有一款能够动态实时监测列车超偏载的装置设备。目前检测超偏载设备，都是在编组场出站口定点设置轨道衡测量各个轮子对轨道的垂向力，进行计算偏载情况。无法动态、全程、随车进行货运列车超偏载监测。只能确保列车驶出编组站时列车处于正常状态，无法监测列车途中因捆扎不良货位位移使得的偏载情况。

关键词：列车姿态推测 车载式超偏载  实时监测  货物偏载

1.目前监测超偏载技术

目前在轨道车辆领域，是在货运站设置定点超偏载监测站点。该超偏载监测站点是通过在该站点前的铁路安装应变片，列车低速（小于30KM/小时）驶过。安装在铁轨的应变片可以监测出该货运列车每个轮子所承担重量，通过计算该货车每个轮子所传导到钢轨的重量计算出列车是否偏载。

2.目前监测超偏载技术存在不足之处

该方法是能准确地测量出在监测点货运列车是否偏载。但部分不规则移。可能使得列车出现在固定偏载监测点可以通过监测，在行驶过程中出现偏载。行驶过程中出现偏载，并未采取降速处理，会导致铁路货车单侧承压过大，转向架承压偏载使得铁路车辆、铁路基础设施寿命减少。

3.列车姿态推测超偏载的检测设备构想

经查询资料发现：目前许多地方的铁路车辆偏载检测方法都是使用人工目测判断车辆车厢是否与水平线垂直。这种方法主要存在以下几个问题：

（1）对操作人员的技术要求较高，需要具备一定的专业知识和实践经验。

（2）操作难度大，需要手持铅锤进行调整，时间长且效率低下。

（3）无法精确地测量偏载程度，只能简单地判断是否偏载，对于轻微的偏载现.

根据人工检测偏载思路，我们决定使用检测列车车底倾斜角度是一种优化的偏载检测思路，相比于人工使用铅锤的方法，它具有以下优点：

（1）直观：通过测量车底倾斜角度可以直接得出偏载情况，无需人工判断和推测，减少了主观因素对结果的影响。

（2）精准：利用高精度传感器对车底倾斜角度进行测量，可以有效避免偏差和误差，提高检测准确性。

（3）快速：与人工检测相比，使用传感器进行自动检测速度更快，可以大大提高运输效率。

需要注意的是，在实际操作中，要确保选择合适的传感器类型和位置，并保持传感器的正常运行，以确保获得准确的偏载检测数据。象难以准确判定。因此，对于现代化铁路运营而言，需要更加先进、智能化的偏载检测设备来提高效率和准确性。

可以通过多项数据传感器收集关键参数数据，如倾斜角度、加速度等姿态数据和定位模块获取车辆行驶线路，经过长时间数据积累和分析后，建立具有代表性的货车车型的正常姿态运行数据区间，再将同型号列车经过同一路段的行驶数据与正常姿态运行数据区间进行对比，可以有效地检测偏载现象。通过这种方法，可以实现超偏载动态监测，并及时发现列车运行中出现的异常情况，进而采取相应的措施，提高列车运行的安全和可靠性。

4.硬件结构设计

作者设计的超偏载动态监测设备，安装在车底，不占用其他空间资源，并且不干扰列车的正常运行。多种供电方式，确保设备能够稳定运行，不受外界因素干扰。主控电路控制，可以对多种数据进行获取、分析，极大程度提高了监测的精度和准确性。

金属外壳设计和IP58防护等级，能够防止日常使用中可能遇到的一些磨损、碰撞、水雨等因素对设备造成的影响。

综上所述，这个设备具有可靠、精确、耐用等特点，可以为铁路运营管理提供重要的数据支撑，提高货运列车的安全性和运行效率，值得广泛推广应用。作者设计的超偏载动态监测设备，安装在货运列车的车底。

5.发明技术方案：

通过安装在货运列车底架中心点传感模块监测车辆的姿态数据（X轴Y轴Z轴相对偏移角度、列车运行加速度、列车行驶方向）计算列车所处运行状态与对应姿态。判断列车是否偏载。

技术原理：由安装在列车底架的姿态传感器得出车辆底架与水平面的偏移角度，便可以根据不同车辆的具体底架参数的计算得出偏载量。

通过偏移角度计算偏载量的方法：

已知:装在货物总重X、车架总长为L。理想状态下车辆两端垂向力为为X/2，车架半长为L/2。

当偏载时由传感器得出底架与水平面的偏载角度为α

由三角函数可得：cosα=L/力臂长

由杠杆原理可得：L1*F1=L2*F2

可计算出：F1:F2=L1:L2

由上述计算比例和车辆装载货物总重可得出车辆两端偏载重量F1、F2。

设备分析：可以提高货车车辆超偏载监测的效率和准确性，以及提高运输安全性。可以应用于货车运输、物流等领域。

6.结论

本发明可以实现动态实时的货车车辆超偏载监测，完成对货车车辆在运行过程中的姿态监测。与传统超偏载检测相比，本发明可以避免货物在运输途中因震动垂向力导致的货物位

移偏载，而传统的超偏载检测只能在检测点进行静态检测，并且安装复杂，前期成本投入较大。另外，本发明的监测装置成本相对较低，并且可以为司机提供限速依据，提高运输安全。

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