CN109278796B - 一种车载式车轮不圆度检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种车载式车轮不圆度检测系统，其特征在于，包括检测主机和传感器，所述的检测主机和传感器设置在每节车厢上，所述的传感器采集车辆运行时的车轮振动信息，所述的检测主机接受车轮振动信息并对其进行低通滤波消除信号干扰，并对低通滤波后的车轮振动信息进行包络分析得到包络谱，然后结合车轮转速信息对包络谱进行归一化得到阶次谱，由阶次谱计算出车轮径跳值的当量以及车轮多边形的边数。本发明所述的车载式车轮不圆度检测系统结构简单、紧凑，在车辆正常运行时实现对车轮不圆度的在线动态检测，不受环境和车辆运行速度的影响，不影响车辆的正常行驶，自动实时的进行检测，检测效率高，检测精度高。

Description

一种车载式车轮不圆度检测系统

技术领域

本发明涉及不圆度检测技术领域，尤其涉及一种车载式车轮不圆度检测系统。

背景技术

列车运行过程中，车轮与钢轨直接接触，使得车轮踏面受到轮轨力的作用产生磨耗导致车轮出现多边形等不圆度现象。当磨耗达到一定程度时，影响车轮运行的平稳度和舒适性，会导致列车部件承受高频振动冲击，引起机电连接松脱或断裂，如果不及时发现，有可能会引起车毁人亡的重大安全事故。因此，需要对车轮的不圆度程度进行检测，根据检测结果和安全标准，定期对车轮进行维护。

目前，常用的车轮不圆度检测测技术包括静态检测法、图像监测法、轨边振动检测法。静态检测法一般需要使用不落轮镟床将轮对顶起并转动轮对，再使用磁力百分表或自动径跳记录仪表来测量车轮径跳值，该方法测量精度高，已得到广泛应用，但必须在车辆静止的情况下进行，影响车辆运行，检测效率低，检测成本高，无法实现自动化和实时检测。图像监测法一般使用激光光源照射列车车轮踏面，然后通过高速摄像机连续拍摄，最后对拍摄到的图像进行处理来分析踏面不圆度情况，该方法检测精度高，但是受拍摄设备及环境的影响较大，且只能在低速下进行检测。轨边振动检测法利用安装在钢轨上的多个振动传感器采集列车通过时的振动信号，再对信号的强度及周期性进行分析来获得车轮的不圆度信息，只能得到车轮的载荷信息，难以得到多边形的阶次信息。上述的检测技术受环境和车辆的运行速度影响大，影响车辆的正常运营。

发明内容

本发明所要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术进行改进，提供一种车载式车轮不圆度检测系统，解决目前技术中的检测方法检测效率低，受环境和车辆的运行速度影响大，影响车辆的正常运营的问题。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案是：

一种车载式车轮不圆度检测系统，其特征在于，包括检测主机和传感器，所述的检测主机和传感器设置在每节车厢上，所述的传感器采集车辆运行时的车轮振动信息，所述的检测主机接受车轮振动信息并对其进行低通滤波消除信号干扰，并对低通滤波后的车轮振动信息进行包络分析得到包络谱，然后结合车轮转速信息对包络谱进行归一化得到阶次谱，由阶次谱计算出车轮径跳值的当量以及车轮多边形的边数。本发明所述的车载式车轮不圆度检测系统实现对车轮不圆度的在线检测，在车辆正常运行时，设置在车厢上的传感器有效收集车轮振动信息，检测主机通过对车轮振动信息的计算分析即可实时得出车轮径跳值的当量以及车轮多边形的边数，在对车轮振动信息进行低通滤波时能有效消除车轮经过轨缝所带来的低频干扰信号，阶次谱总的峰值与车轮径跳值和转速关系，从而可计算出车轮径跳值的当量，并且峰值对应的阶次反应了车轮垂向振动的周期，可分析计算得到车轮多变形的边数。本发明所述的车载式车轮不圆度检测系统不受环境和车辆运行速度的影响，不影响车辆的正常行驶，自动实时的进行检测，检测效率高，检测精度高。

进一步的，所述的检测主机内预设有车轮径跳值门限值以及车轮多边形边数门限值，从车轮振动信息计算出的车轮径跳值的当量、车轮多边形的边数超过车轮径跳值门限值、车轮多边形边数门限值时，检测主机通过与之相连的警报器发出警报并给出车轮多边形的阶数。在车轮径跳值的当量、车轮多边形的边数达到一定程度时说明车轮受损严重，及时的发出警报并给出车轮多边形的阶数，为车轮提供检修依据，保障车辆行驶安全性。

进一步的，所述的车轮径跳值门限值以及车轮多边形边数门限值预设有若干个不同等级，从车轮振动信息计算出的车轮径跳值的当量、车轮多边形的边数超过不同等级的车轮径跳值门限值、车轮多边形边数门限值时，检测主机通过与之相连的警报器发出不同等级的警报。车辆的受损状况会有很多不同，对于一些较轻微的车轮径跳及不圆度，不影响车辆的正常行驶，通过警报提醒人员在车辆定期检修时进行维护，而一些突发情况导致车轮受损严重时，通过警报提醒人员减速行驶甚至停车，设置不同等级的警报，保障车辆运行效率的同时提高安全性。

进一步的，所述的传感器在每节车厢上设置了1个或多个，采集准确完整的车轮振动信息，保障对车轮径跳值的当量以及车轮多边形的边数的计算准确性。

进一步的，所述的传感器设置在轴箱、车轴或车厢上，可靠的采集每节车厢的车轮振动信息。

进一步的，所述的每节车厢上的检测主机将计算出车轮径跳值的当量以及车轮多边形的边数上传至车辆监控系统，集中统一管理每节车厢上的车轮不圆度状况。

与现有技术相比，本发明优点在于：

本发明所述的车载式车轮不圆度检测系统结构简单、紧凑，在车辆正常运行时实现对车轮不圆度的在线动态检测，不受环境和车辆运行速度的影响，不影响车辆的正常行驶，自动实时的进行检测，检测效率高，检测精度高，并在车轮状况出现问题时及时的进行预警，提高车辆行驶安全性，及时的进行维护。

附图说明

图1为车载式车轮不圆度检测系统的结构示意图；

图2为传感器的安装位置示意图；

图3为实施例一的采集到的车轮振动信息的时域信号图；

图4为实施例一的通过包络分析得到的包络谱图；

图5为实施例一的车轮径跳值的当量示意图；

图6为实施例一的车轮不圆度幅值示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开的一种车载式车轮不圆度检测系统，系统简单、紧凑，不受环境和车辆运行速度的影响，在车辆正常运行时可进行检测，检测效率高，检测精度高，并且在线检测到车轮不圆度达到一定程度时可及时报警，提醒车辆减速，提高车辆运行可靠性。

如图1和图2所示，一种车载式车轮不圆度检测系统，最主要包括检测主机2和传感器1，所述的检测主机2和传感器1设置在每节车厢上，传感器1在每节车厢上设置了1个或多个，可设置在轴箱4、车轴5或车厢上，每节车厢上设置一个检测主机2，传感器1实时采集车辆运行时的车轮振动信息，然后车轮振动信息传送到检测主机2中记性计算分析，检测主机2再将计算分析的结果自动上传至车辆监控系统3。

检测主机2在接受到车轮振动信息后，对其进行低通滤波消除信号干扰(包括车轮经过轨缝所带来的低频干扰信号等)，然后并对低通滤波后的车轮振动信息进行包络分析得到包络谱，包络谱即车轮振动信息的振幅随着时间变化的曲线，再结合车轮转速信息对包络谱进行归一化得到阶次谱，阶次分析在旋转和往复式机械中，载荷的变动和运动部件的缺陷会引起振动，并相应的辐射噪声。振动的形态与机械运动及静止部件的结构特性有关，阶次分析是一个将频谱及时间历程与旋转部件的转速关联起来的工具，揭示振动与噪声机理，阶次分析的关键在于获得转速信息，在速度变化时，振动信号的频率随着转速变化而变化，阶次谱总的峰值与车轮径跳值和转速相关，由阶次谱计算出车轮径跳值的当量以及车轮多边形的边数，然后将计算出的车轮径跳值的当量以及车轮多边形的边数上传至车辆监控系统3。

车轮不圆度的危害程度与多边形阶次和车轮径跳值有关，根据车辆实际运行经验，设置不同预警等级的门限值，在检测主机2内预设车轮径跳值门限值以及车轮多边形边数门限值，并且车轮径跳值门限值以及车轮多边形边数门限值预设有若干个不同等级，从实时监测的车轮振动信息中计算出的车轮径跳值的当量、车轮多边形的边数超过不同等级的车轮径跳值门限值、车轮多边形边数门限值时，检测主机2通过与之相连的警报器发出不同等级的警报，为车轮提供检修依据。

实施例一

在列车机务轴箱上安装传感器，采集到的车轮振动信息的时域信号如图3所示，对该信号进行包络谱分析，得到图4所示的结果，从图上可见19阶突出；

然后根据图4通过车轮振动信息计算出的车轮径跳值的当量如图5和图6所示，同样为19阶边形，故最终判定为19阶多边形。通过地面复核，验证了车轮多边形的判定准确无误。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种车载式车轮不圆度检测系统，其特征在于，包括检测主机和传感器，所述的检测主机和传感器设置在每节车厢上，所述的传感器采集车辆运行时的车轮振动信息，所述的检测主机接受车轮振动信息并对其进行低通滤波消除信号干扰，并对低通滤波后的车轮振动信息进行包络分析得到包络谱，然后结合车轮转速信息对包络谱进行归一化得到阶次谱，由阶次谱计算出车轮径跳值的当量以及车轮多边形的边数，所述检测主机将计算分析的结果上传至车辆监控系统，所述的检测主机内预设有车轮径跳值门限值以及车轮多边形边数门限值，从车轮振动信息计算出的车轮径跳值的当量超过车轮径跳值门限值并且从车轮振动信息计算出的车轮多边形的边数超过车轮多边形边数门限值时，检测主机通过与之相连的警报器发出警报并给出车轮多边形的阶数。

2.根据权利要求1所述的车载式车轮不圆度检测系统，其特征在于，所述的车轮径跳值门限值以及车轮多边形边数门限值预设有若干个不同等级，从车轮振动信息计算出的车轮径跳值的当量超过不同等级的车轮径跳值门限值并且从车轮振动信息计算出的车轮多边形的边数超过不同等级的车轮多边形边数门限值时，检测主机通过与之相连的警报器发出不同等级的警报。

3.根据权利要求1所述的车载式车轮不圆度检测系统，其特征在于，所述的传感器在每节车厢上设置了1个或多个。

4.根据权利要求1所述的车载式车轮不圆度检测系统，其特征在于，所述的传感器设置在轴箱或车轴上。

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