一种列车走行部健康状态监测系统的制作方法

1.本发明涉及机械设备监测技术领域，尤其涉及一种列车走行部健康状态监测系统。


背景技术：

2.随着城市化进程的不断发展和进步，城轨地铁交通工具成为人们出行普遍选择的重要交通工具。由于地铁列车长时间的运行会使得车辆的关键部件
‑‑
走行部出现磨损、受力疲劳、破损等情况，地铁走形部件的健康情况直接影响着地铁车辆的安全运行。
3.目前现有监测/检测手段如探伤、外观检查、应变监测等技术，不能够快速准确查出故障，对车辆运行维护成本较高。由于不能够实时掌握车辆部件的工作状态，及时发现部件的异常，现有运维一般都是计划性维修，维修效率低，成本高。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种列车走行部健康状态监测系统。所述技术方案如下：
5.第一方面，提供了一种列车走行部健康状态监测系统，包括：主机监测子系统和从机监测子系统，所述主机监测子系统安装在列车拖车，所述从机监测子系统安装在列车动车；
6.所述主机监测子系统包括：监测主机、主机前置处理器和主机复合传感器；
7.所述从机监测子系统包括：监测从机、从机前置处理器和从机复合传感器；
8.所述从机复合传感器用于，采集所述列车动车走行部的状态数据，所述状态数据包括温度、振动和冲击；
9.所述从机前置处理器连接所述从机复合传感器，用于接收多个从机复合传感器采集的状态数据得到汇总数据，将汇总数据发送给监测从机；
10.所述监测从机与所述从机前置处理器和监测主机分别连接，用于接收并存储所述从机前置处理器发来的汇总数据；
11.所述主机复合传感器用于，采集所述列车拖车走行部的状态数据，所述状态数据包括温度、振动和冲击；
12.所述主机前置处理器连接所述主机复合传感器，用于汇总多个主机复合传感器采集的状态数据，将汇总后的数据发送给监测主机；
13.所述监测主机与所述主机前置处理器连接，用于接收所述主机前置处理器发来的状态数据。
14.进一步的，所述监测主机包括：背板、供电模块、脱轨检测模块、车辆速度检测模块、车间转速/debug模块、振动信号采集模块和主控模块。
15.进一步的，所述监测从机包括：背板、供电模块、脱轨检测模块、车间转速/debug模块、振动信号采集模块、主控模块。
16.进一步的，所述背板用于给各个模块供电，并进行通信交互；
17.所述供电模块用于给其他各个模块供电；
18.所述脱轨检测模块用于根据状态数据获取振动信号，判断是否发生脱轨；
19.所述车间转速/debug模块用于采集车辆转速信号，将电压型或电流型车辆转速信号进行预处理后，通过背板返送给主控模块；
20.所述主控模块用于接收和存储温度信息、振动信息、车辆转速信息，并根据所述信息进行故障诊断。
21.进一步的，所述车辆速度检测模块用于接收车辆转速信号，并转发给所述背板。
22.进一步的，所述复合传感器安装在轴箱或电机和齿轮箱。
23.本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明实施例中，列车走行部健康状态监测系统，包括：主机监测子系统和从机监测子系统，所述主机监测子系统安装在列车拖车，所述从机监测子系统安装在列车动车；所述主机监测子系统包括：监测主机、主机前置处理器和主机复合传感器；所述从机监测子系统包括：监测从机、从机前置处理器和从机复合传感器；所述从机复合传感器用于，采集所述列车动车走行部的状态数据，所述状态数据包括温度、振动和冲击；所述从机前置处理器连接所述从机复合传感器，用于接收多个从机复合传感器采集的状态数据得到汇总数据，将汇总数据发送给监测从机；所述监测从机与所述从机前置处理器和监测主机分别连接，用于接收并存储所述从机前置处理器发来的汇总数据；所述主机复合传感器用于，采集所述列车拖车走行部的状态数据，所述状态数据包括温度、振动和冲击；所述主机前置处理器连接所述主机复合传感器，用于汇总多个主机复合传感器采集的状态数据，将汇总后的数据发送给监测主机；所述监测主机与所述主机前置处理器连接，用于接收所述主机前置处理器发来的状态数据。本发明通过对部件的实时监测可在故障早期发现部件异常，提高运营安全性，及时检修改善部件运行环境、延长部件使用寿命。本发明可实现走行部件工作状态实时监测，为支撑运维提供大量真实数据，通过采用温度、振动和冲击监测相结合的多参数诊断机制等技术实现对走行部件的状态、轨道状态的早期预警、故障诊断、提供维修决策建议。根据实时监测诊断分析结果将计划维修转为状态维修，提高了运维的效率，实时监测性为地铁安全有效运行提供了有效保障。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1是本发明实施例提供的一种的列车走行部健康状态监测系统结构图；
26.图2是本发明实施例提供的一种监测主机结构图；
27.图3是本发明实施例提供的一种监测从机结构图。
具体实施方式
28.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方
式作进一步地详细描述。
29.下面将结合具体实施方式，对图1所示的一种列车走行部健康状态监测系统，进行详细的说明，内容可以如下：
30.列车走行部健康状态监测系统包括：主机监测子系统100和从机监测子系统200，主机监测子系统100安装在列车拖车，从机监测子系统200安装在列车动车。
31.主机监测子系统100包括：监测主机101、主机前置处理器102和主机复合传感器103。
32.从机监测子系统200包括：监测从机201、从机前置处理器202和从机复合传感器203。
33.在实际使用中，针对地铁列车，每列车tc车(拖车)可以配置一台走行部监测主机101，m/mp车(动车)配置一台走行部监测从机201，每辆拖车设置2个主机前置处理器102，8个主机复合传感器103；每辆动车上设置4个从机前置处理器202，16个从机复合传感器203。
34.监测主机101和监测从机201将主机前置处理器102(从机前置处理器202)上传的数据进行采集和处理，然后集中传输至监测主机101。监测主机101进一步完成处理、分析、诊断、预警与存储，实现在线自动诊断，并通过在线故障诊断专家系统软件能实时给出诊断结论和维修建议，通过以太网接口与车辆网络系统(tcms)进行通讯。m/mp车走行部的监测从机201通过列车以太网将数据传至tc车走行部监测主机101，tc车监测主机101通过以太网将系统数据传至地面智能分析系统。
35.主机复合传感器103(从机复合传感器203)能够通过感知走行部件的温度、振动、冲击等多个变量参数检测，对其处理和传输。主机复合传感器103(从机复合传感器203)的传感器线缆通过转接线连接主机前置处理器102(从机前置处理器202)，汇聚后再通过线缆车辆总线连接监测主机101(监测从机201)。主机前置处理器102(从机前置处理器202)处于监测主机101(监测从机201)和主机复合传感器103(从机复合传感器203)之间，能够根据监测主机101(监测从机201)发送的指令实现对温度、冲击振动和指令的传输控制件，不同主机前置处理器102(从机前置处理器202)根据通讯地址编码不同，通过rs485总线来实现与监测主机101(监测从机201)之间温度信息的传输。
36.在主机前置处理器102(从机前置处理器202)中，只对温度信息进行采集。振动信号在前置处理器102中进行传输，将振动信号传输至主/从机的振动信号采集模块进行采集。
37.主机前置处理器102(从机前置处理器202)的主要功能是温度采集。主机复合传感器103(从机复合传感器203)输出的温度信息，经过主机前置处理器102(从机前置处理器202)的s连接器传输给监测主机101(监测从机201)，在主机前置处理器102(从机前置处理器202)中进行温度采集，并通过串口发送给主/从机的振动信号采集模块。
38.主机前置处理器102(从机前置处理器202)的输入、输出、供电共用同一个s连接器，对于监测主机101，一个x11接口需要连接两个s连接器，每个s连接器需要连接4个主机复合传感器103。对于从机前置处理器202，一个x11接口需要连接4个s连接器，每个s连接器需要连接4个从机复合传感器203。
39.主机前置处理器102(从机前置处理器202)中有微控制器，多个pt100传感器的接口通过温度信号采集器后连接至微控制器，主机前置处理器102(从机前置处理器202)通过
传感器接口与复合传感器相连接从而获取监测目标的温度信号。微控制器接口通过rs485通信连接到车辆总线接口，与主从机连接。主机前置处理器102(从机前置处理器202)上设置有环境温度传感器，将环境温度传感器进行采集后的数据通过微控制器的rs485接口发送到监测主机101(监测从机201)。
40.主机复合传感器103(从机复合传感器203)能同时实现温度、振动多个物理量的检测、处理和传输的一体式受感部件，精度高、稳定可靠，可通过单个安装孔安装在轴箱体、牵引电机和齿轮箱上。主机复合传感器103(从机复合传感器203)振动冲击性能满足gb/t 21563中3类的试验要求，防护等级至少达到ip67防水级别。主机复合传感器103(从机复合传感器203)分为两种，一种安装在轴箱位置，通过采集轴箱数据作为判断轴箱、轮对、钢轨状态以及列车是否脱轨的依据，另一种为连接电机和齿轮箱的复合传感器，采集数据作为牵引电机和齿轮箱状态的依据。
41.主机复合传感器103(从机复合传感器203)内部集成的温度敏感元件为两线制pt100，能达到a级精度，pt100这种温度敏感元件可以被测量到的温度范围满足-55℃～+125℃，可以测量到的振动的量程为
±
200g。
42.如图2所示，监测主机101包括：背板1011、供电模块1012、脱轨检测模块1013、车辆速度检测模块1014、车间转速/debug模块1015、振动信号采集模块1016和主控模块1017。
43.背板1011用于连接全部其他模块，给各个模块供电，并进行通信交互。
44.供电模块1012用于将整机的供电输入经过隔离稳压转换后供给监测主机101的各个模块和前置处理器，复合传感器通过前置处理器获得供电。供电输入经过x1输入，经过电源板隔离稳压转换后，再经过背板1011给主机各个模块供电。其中供电输入的电压为直流110v。在供电模块1012的前面板有一个脱轨报警功能失效输出接口x2。
45.脱轨检测模块1013用于根据状态数据获取振动信号，判断是否发生脱轨。
46.走行部车健康监测装置对安装在轴箱位置的复合传感器，连续实时获取轴箱振动、冲击信号进行分析诊断，当车辆发生脱轨时迅速报警，并将报警信息持续输出到ed紧急制动系统及列车自动控制系统atc。脱轨检测模块1012具备报警切除及失效输出功能。
47.振动信号的原始信号通过背板1011传给脱轨检测模块1013，脱轨检测模块1013进行诊断，并通过x3、x4，输出给eb紧急制动系统和atc列车控制系统。x5、x6是脱轨报警列车总线1和脱轨报警列车总线2，通过总线为车间脱轨信号传递信号，分别向前车和后车通过车辆跨接连接器传递脱轨信号。
48.车辆速度检测模块1014主要是将x7和x8输入的零速和车辆转速信号调理成标准信号。x7输入的零速号调理后输出给背板1011，x8输入的车辆转速信号调理后输出给背板1011(车辆转速信号输入的为电流信号，将电流信号转换为电压信号进行调理后输出给背板)；零速信号输入(车辆给dc110v信号波动范围位77v到110v)高电平则零速信号有效，车速为零；低电平0v则零速信号无效，车速非零。
49.车间转速/debug模块1015主要用于是采集车辆转速信号，将电压型或电流型的车辆转速信号进行幅度转换等预处理后，将采集的转速通过背板1011传输给主控模块1017，再通过x10的接口送出给到监测从机201的x9输入，第一个监测主机101通过x10的接口发送给第一个监测从机201的x9输入，第一个监测从机201的x10输出给第二个监测从机201的x9输入，如此传递直至最后一个监测从机201的x9输入前车转速，并通过最后一个监测从机
201的x10输出本车转速至最后一个监测主机101。
50.振动信号采集模块1016主要用于对振动信号进行采集处理，转换成数字信号后通过背板1011发送给主控模块1017。
51.原始振动信号和温度信号由x11输入，经过运放调理之后进入adc(模拟数字转换器)采集，输出数字信号经io隔离器进入fpga进行处理，完成振动信号的采集，再以数字的形式输出给主控模块1017。温度信号也是在x11端口输入，通过背板1011透传给主控模块1017。同时，振动信号采集模块1016通过背板1011将采集到的原始振动信号发送给脱轨检测模块1013。
52.主控模块1017收集温度，振动信息，零速和车辆转速信息，通过内部的软件实现实时故障诊断，并将原始数据和诊断结论信息进行存储，通过网络接口x15发送给车载软件或地面软件。x16用于和从机监测主机进行通信。tcms下发的车辆信息及控制信息，通过trdp协议的网口x14或mvb总线x12和x13转换后提供给内部计算单元。主机主控模块1017上的vga，usb1，usb2，reset接口仅仅用于调试，正常工作时不需要对外连接。
53.监测从机201包括：背板2011、供电模块2012、脱轨检测模块2013、车间转速/debug模块2014、振动信号采集模块2014、主控模块2016。监测从机201中各模块的功能与监测主机101相似，在此不再赘述，需要说明的是，监测从机201不和列车的tcms连接，监测从机201中也没有车辆速度检测模块，监测从机201通过车间转速/debug模块2014获取到车辆的速度信息。
54.第一个监测主机的x16和第一个监测从机的x15连接，第一个监测从机的x16连接第二个监测从机的x15，以此类推，最后一个监测从机的x16连接最后一个监测主机的x16。从机主控模块2016上的reset接口仅仅用于调试，正常工作时不需要对外连接。
55.以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种列车走行部健康状态监测系统，其特征在于，包括：主机监测子系统和从机监测子系统，所述主机监测子系统安装在列车拖车，所述从机监测子系统安装在列车动车；所述主机监测子系统包括：监测主机、主机前置处理器和主机复合传感器；所述从机监测子系统包括：监测从机、从机前置处理器和从机复合传感器；所述从机复合传感器用于，采集所述列车动车走行部的状态数据，所述状态数据包括温度、振动和冲击；所述从机前置处理器连接所述从机复合传感器，用于接收多个从机复合传感器采集的状态数据得到汇总数据，将汇总数据发送给监测从机；所述监测从机与所述从机前置处理器和监测主机分别连接，用于接收并缓存所述从机前置处理器发来的汇总数据；所述主机复合传感器用于，采集所述列车拖车走行部的状态数据，所述状态数据包括温度、振动和冲击；所述主机前置处理器连接所述主机复合传感器，用于汇总多个主机复合传感器采集的状态数据，将汇总后的数据发送给监测主机；所述监测主机与所述主机前置处理器连接，用于接收所述主机前置处理器发来的状态数据。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述监测主机包括：背板、供电模块、脱轨检测模块、车辆速度检测模块、车间转速/debug模块、振动信号采集模块和主控模块。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述监测从机包括：背板、供电模块、脱轨检测模块、车间转速/debug模块、振动信号采集模块、主控模块。4.根据权利要求2或3任一项所述的方法，其特征在于，所述背板用于给各个模块供电，并进行通信交互；所述供电模块用于给其他各个模块供电；所述脱轨检测模块用于根据状态数据获取振动信号，判断是否发生脱轨；所述车间转速/debug模块用于采集车辆转速信号，将电压型或电流型车辆转速信号进行预处理后，通过背板返送给主控模块；所述主控模块用于接收和存储温度信息、振动信息、车辆转速信息，并根据所述信息进行故障诊断。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述车辆速度检测模块用于接收车辆转速信号，并转发给所述背板。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述复合传感器安装在轴箱或电机和齿轮箱。

技术总结
本发明公开了一种列车走行部健康状态监测系统，包括：主机监测子系统和从机监测子系统，所述主机监测子系统安装在列车拖车，所述从机监测子系统安装在列车动车；所述主机监测子系统包括：监测主机、主机前置处理器和主机复合传感器；所述从机监测子系统包括：监测从机、从机前置处理器和从机复合传感器。本发明可实现走行部件工作状态实时监测，为支撑运维提供大量真实数据，通过采用温度、振动和冲击监测相结合的多参数诊断机制等技术实现对走行部件的状态、轨道状态的早期预警、故障诊断、提供维修决策建议。根据实时监测诊断分析结果将计划维修转为状态维修，提高了运维的效率，实时监测性为地铁安全有效运行提供了有效保障。障。障。


技术研发人员：高晖 赵立艳 贾引娣 李圆 王鸿运
受保护的技术使用者：北京博华信智科技股份有限公司
技术研发日：2023.01.06
技术公布日：2023/4/5