CN110207810A - 轴箱振动检测*** - Google Patents
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Abstract
本发明属于轨道车辆检测技术领域,公开了一种轴箱振动检测***,包括电源模块,用于对各部件供电;数据处理模块,与电源模块相连,用于对监测数据进行运算处理;传感器模块,用于监测轴箱获得被测信号;采集模块,分别与传感器模块和数据处理模块相连,用于对传感器模块的被测信号进行前级处理;通信模块,与数据处理模块相连,用于与外部进行通信。本发明所提供的一种轴箱振动检测***,通过传感器模块垂向和横向振动,研究轴箱脱轨算法、评判标准,通过数据分析处理,实现脱轨的在线检测,在列车发现脱轨前后及时报告给列车控制***,提出预报警,以保证列车运行的安全性和可靠性。
Description
技术领域
本发明属于轨道车辆检测技术领域,具体涉及一种轴箱振动检测***。
背景技术
轨道交通领域中,中国作为世界主要高铁产业国之一,自2008年开通高铁,其发展非常迅速,但是很多技术尚不成熟,仍处于起步阶段。在轨道车辆旋转部件车载监控***方面,国内高速动车组并没有完善的轴箱振动状态监测和轴承故障诊断的***,仅仅在旋转件故障诊断方面,国内的机车和地铁上有一些应用,比如机车6A***上的走行部故障监测子***。
我国高速铁路网有别于欧洲和日本高速铁路,路网规模大,覆盖地域辽阔,地理、地质、气候条件复杂多变。相比于地铁和普通铁路,高铁各部件的工作条件更恶劣,运行速度更高,目前已经出现多起高速列车旋转件故障事件,铁路总公司以及各大主机厂都已经明确对该***提出了加装需求。在进行旋转件故障诊断同时,需要进行脱轨的监测,防止列车脱轨事故的发生。
经过几十年的发展,全国铁路五次大提速,技术上对引进的德、日、法高速动车组进行了消化吸收,而后近几年高铁产业进入自主创新的阶段。国内多家高校、科研院所及高速列车零部件配套企业,发挥各自优势、科技资源和产业资源,分工协作,突破高速列车关键技术,旨在构建高效的高速列车技术创新机制,使我国高速铁路发展技术创新进入到一个新的阶段。
现有的高铁产业还存在以下缺陷:
1、轴箱振动检测装置实时监测高速列车转向架上轴箱的状态,确保列车平稳安全运行。该产品的工作环境非常复杂,易受到工作现场电磁、电场、谐波等干扰,同时也可能受到列车上其他设备的干扰。
2、高速列车的安全运行对故障识别的要求非常高,现有共振解调技术只能进行硬件滤波,方法较为单一,无法保证诊断结果完全可靠、准确。
3、在数据采集方面,由于动车组轴箱、轴承等旋转部件较多,故障发生种类各式各样,因此对传感器材质、结构、功能及安装位置都有着较高的要求,现有的复合传感器技术要满足所有要求较为困难。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题,本发明目的在于提供一种轴箱振动检测***。
本发明所采用的技术方案为:
一种轴箱振动检测***,包括
电源模块,用于对各部件供电;
数据处理模块,与电源模块相连,用于对监测数据进行运算处理;
传感器模块,用于监测轴箱获得被测信号;
采集模块,分别与传感器模块和数据处理模块相连,用于对传感器模块的被测信号进行前级处理;
通信模块,与数据处理模块相连,用于与外部进行通信。
优选地,所述电源模块包括顺次连接的电源输入端、输入滤波保护电路、隔离单元、输出滤波保护电路和电源输出端,电源输入端与动车直流电源相连,电源输出端与数据处理模块相连。
优选地,所述电源输入端处设有防反和保险丝保护电路以及浪涌冲击防护电路,在电源输出端设有TVS防护电路和滤波电路。
优选地,所述通信模块包括作为控制中心的ARM控制器、用于与数据处理板卡通讯的CAN总线和RS485总线、用于获取MVB总线命令并传送报警数据的MVB单元。
优选地,所述轴箱振动检测***包括与数据处理模块相连的IO模块,IO模块包括数字输入端和数字输出端。
优选地,所述轴箱振动检测***包括与数据处理模块相连的时钟模块和存储模块,以及与通信模块通信连接的上位机。
优选地,所述传感器模块包括安装在轴箱垂向上的三方向振动、垂向冲击及温度复合传感器以及安装在轴箱横向上的振动传感器。
优选地,所述采集模块包括顺次相连的LC滤波电路、TVS二极管和多路隔离单元。
本发明的有益效果为:
1、本发明所提供的一种轴箱振动检测***,通过传感器模块垂向和横向振动,研究轴箱脱轨算法、评判标准,通过数据分析处理,实现脱轨的在线检测,在列车发现脱轨前后及时报告给列车控制***,提出预报警,以保证列车运行的安全性和可靠性。
2、电源模块将列车110V电源转换为***所需的电源电压,并为***提供需要的功率;电源输入端经自恢复保险丝为前级起到限流保护作用,到Y、X安全电容与压敏电阻符合安规标准设计,同时可滤除来自电源的共模、差模等干扰,再经防反接二极管及输入滤波保护电路提供干净、稳定的直流电源,再经隔离单元为***提供所需的直流电源。
3、***可通过对功能灯的测试观察,可以初步查看***的运行是否正常;将温度原始、特征数据和处理板振动数据导入SD卡实现温度、振动的存储。
附图说明
图1是本发明轴箱振动检测***的结构框图。
图2是本发明数据处理模块的结构图。
图3是本发明电源模块的结构图。
图4是本发明通信模块的结构图。
图5是本发明轴箱振动检测***的流程图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步阐释。
如图1所示,本实施例提供一种350KM标准动车组轴箱振动检测***,实现轴承故障、轮对多边形故障在线识别,包括电源模块、数据处理模块、传感器模块、采集模块、通信模块、IO模块、时钟模块、存储模块以及上位机。
数据处理模块分别与电源模块、采集模块、通信模块、IO模块、时钟模块和存储模块相连,传感器模块与采集模块相连,上位机与通信模块通信连接。
电源模块主要用于对各部件供电,如图3所示,电源模块包括顺次连接的电源输入端、输入滤波保护电路、隔离单元、输出滤波保护电路和电源输出端,电源输入端与动车直流电源相连,电源输出端与数据处理模块相连。
电源模块使用列车上的直流电源做为总电源输入,通过DC TO DC隔离单元转换出***所需要的电源。电源输入端处设有防反和保险丝保护电路以及浪涌冲击防护电路(包括浪涌、EFT、ESD),在电源输出端设有TVS防护电路和滤波电路。
输入滤波保护电路由保险丝、压敏电阻、二极管、共模电感组成,为隔离模块提供干净、稳定的电源电压。
电源模块设计为金升阳的隔离电源模块URB1D24LMD-20WR3的输入处理,将有如下优点:
a.隔离电压2250VDC;
b.工作温度范围:-40℃~+85℃;
c.输入欠压保护,输出短路、过流、过压保护;
d.低纹波噪声;
e.模块化设计,便于维护。
传感器模块用于监测轴箱获得被测信号;传感器模块包括安装在轴箱垂向上的三方向振动、垂向冲击及温度复合传感器以及安装在轴箱横向上的振动传感器。三方向振动、垂向冲击及温度复合传感器可以实现轴箱垂向振动检测,振动传感器可以实现轴箱横向振动检测。
采集模块用于对传感器模块的被测信号进行前级处理;采集模块包括顺次相连的LC滤波电路、TVS二极管和多路隔离单元。采集模块采用30Hz抗混叠低通滤波设计,并将检测信号与接口电路相互隔离,以免相互影响,硬件设计采用LC滤波电路与LTC3902、AD8032实现对信号的输入、输出隔离并将所接收到的检测信号,转换成电路所需的有用信号。优质的滤波、隔离电路设计为后端信号处理奠定基础。
传感器模块将被测信号通过信号变化输出电流信号到采集模块,此电流信号为4-20mA的输出信号,该信号为目前工业设计中最为常用的设计标准之一,具有很强的抗干扰能力,能够适应干扰严重的工业现场。采集模块接收到此信号后,将进行前级滤波处理,滤波电路采用LC滤波电路设计,滤除现场电磁、电场、谐波等干扰,同时结合TVS二极管很好的抑制了来自环境的强电压干扰,并有效的遏制了共模、差模干扰,且有效的将有用信号输入到后级转换处理,大大的提高了输入信号的精度与准度;通过T1630P转换输出干净的电压信号。T1630P为多路隔离模块,有效的将信号输入、信号输出、电源输入、电源输出进行隔离,隔离电压可达2500VDC,有效的保护的后级处理电路。
数据处理模块采用STM32F407芯片为软件***的运行平台,完成对监测数据核心运算处理,其逻辑结构参考如图2所示,其集成了RS232、SD卡、CAN总线、RS485总线、LAN、USB功能,可对监测数据实时监测、诊断、报警和存储。
数据处理模块利用***运行过程中传感器模块采集到的振动数据,结合算法进行分析计算,通过对结果值和故障值的对比判断,从而达到预报警故障的功能。利用传感器模块采集到的温度数据,结合算法进行分析计算,通过对结果值和故障值的对比判断,从而达到预报警故障的功能。
通信模块将数据处理模块运算后的数据传输到列车监测室。如图4所示,通信模块包括ARM控制器、用于与数据处理板卡通讯的CAN总线和RS485总线、用于获取MVB总线命令并传送报警数据的MVB单元。
ARM控制器采用STM32F103做为通信板卡的控制中心;CAN总线与RS485总线,两种通信方式,实现相互通信,数据传输;MVB单元实现对数据的上传。
IO模块通过内部总线和处理与通信板卡进行通信,传输速度信号、轴箱异常信号、装置故障信号等。IO板卡包括数字输入端(DI)与数字输出端(DO),在处理与通信板卡和其他设备之间起着接口(继电器、光耦合器)的作用。
存储模块基于SD卡,创建数据存储文件夹,并将***运行过程中,相关的温度、振动以及预报警数据分别存储到SD卡各个文件中,实现存储功能。
该***采用基于STM32F4系列单片机的RT-thread、MDK5实时操作***,***运行过程中共有五大线程,分别为存储、加速度诊断、温度诊断、自检、通信。整个软件核心算法在诊断线程中实现,其轴承处理和脱轨处理的数据流程从采集到直观显示以及分析流程如图5。
自检功能,既完成SD卡***挂载的检测,并从数据处理模块上获取***时间,利用***时间创建数据文件,同时,从flash中读取配置数据,完成***的自检启动。
CAN通信功能,既初始化CAN通信***,等待通过总线发送和接收数据。
上述轴箱振动检测***的创新点在于:
1.具备可靠的硬件条件,稳定的电源模块保证有效传输电源功率;
2.采用振动、冲击、温度复合传感器和双温度冗余设计,运用共振解调、双数复小波两种故障识别算法相互验证,可提高可靠性;
3.具备轴承故障诊断、脱轨检测、多边形检测、轨道异物检测、脱轨趋势判定五大功能。
本发明不局限于上述可选的实施方式,任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制,本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准,并且说明书可以用于解释权利要求书。
Claims (8)
1.一种轴箱振动检测***,其特征在于:包括
电源模块,用于对各部件供电;
数据处理模块,与电源模块相连,用于对监测数据进行运算处理;
传感器模块,用于监测轴箱获得被测信号;
采集模块,分别与传感器模块和数据处理模块相连,用于对传感器模块的被测信号进行前级处理;
通信模块,与数据处理模块相连,用于与外部进行通信。
2.根据权利要求1所述的轴箱振动检测***,其特征在于:所述电源模块包括顺次连接的电源输入端、输入滤波保护电路、隔离单元、输出滤波保护电路和电源输出端,电源输入端与动车直流电源相连,电源输出端与数据处理模块相连。
3.根据权利要求2所述的轴箱振动检测***,其特征在于:所述电源输入端处设有防反和保险丝保护电路以及浪涌冲击防护电路,在电源输出端设有TVS防护电路和滤波电路。
4.根据权利要求1所述的轴箱振动检测***,其特征在于:所述通信模块包括作为控制中心的ARM控制器、用于与数据处理板卡通讯的CAN总线和RS485总线、用于获取MVB总线命令并传送报警数据的MVB单元。
5.根据权利要求1-4任一所述的轴箱振动检测***,其特征在于:所述轴箱振动检测***包括与数据处理模块相连的IO模块,IO模块包括数字输入端和数字输出端。
6.根据权利要求1-4任一所述的轴箱振动检测***,其特征在于:所述轴箱振动检测***包括与数据处理模块相连的时钟模块和存储模块,以及与通信模块通信连接的上位机。
7.根据权利要求1-4任一所述的轴箱振动检测***,其特征在于:所述传感器模块包括安装在轴箱垂向上的三方向振动、垂向冲击及温度复合传感器以及安装在轴箱横向上的振动传感器。
8.根据权利要求1-4任一所述的轴箱振动检测***,其特征在于:所述采集模块包括顺次相连的LC滤波电路、TVS二极管和多路隔离单元。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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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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PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Axle box vibration detection system Granted publication date: 20211130 Pledgee: China Construction Bank Corporation Changzhou Huimin sub branch Pledgor: CHANGZHOU LUHANG RAILWAY TRANSPORTATION TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2024980017307 |
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