CN110209147B - 转向架故障位置识别方法及系统、映射关系建立方法装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种铁路货车转向架悬挂元件故障位置识别方法，包括：获取轨边安全检测装置的动力学特性检测结果；将动力学特性检测结果输出至预存的映射关系数据库；根据动力学特性检测结果在映射关系数据库中关联对应的列车运行影响信息；根据动力学特性检测结果相对应的列车运行影响信息确定列车是否故障，在动力学特性检测结果相对应的列车运行影响信息符合设定范围的情况下判断列车无故障或存在的故障与动力学特性无关联，在动力学特性检测结果相对应的列车运行影响信息超出设定范围的情况下，判断列车故障，并根据其中异常列车运行影响信息确定列车故障位置。可以实现转向架悬挂元件故障源和故障位置的精准定位。

Description

转向架故障位置识别方法及系统、映射关系建立方法装置

技术领域

本发明涉及列车故障识别，具体地涉及一种转向架故障位置识别方法及系统、映射关系建立方法装置。

背景技术

当前我国对铁路货车车辆的检修，长期以来贯彻预防为主的检修方针，执行定期计划检修制度，定期检修即计划修对保证车辆的检修质量、行车安全发挥了重要作用，但同时也暴露出一些弊端。定期检修针对性不强，不针对每辆车的具体技术状态加以区分，根据相关的检修规章制度对几乎所有的零部件进行检修维护，存在过度检修现象，造成检修成本的浪费，此外，现有的定期检修时间过长，检修内容和工艺复杂，一方面造成成本的浪费，另一方面给调车带来诸多不便，严重影响运输效率。

随着我国铁路列车编组不断扩大，列车牵引重量不断增加，载重量不断增加，车辆服役性能更加恶化，逐渐认识到铁路车辆检修应该以实际车辆运营状态作为依据，从而合理延长车辆零部件的使用寿命，避免定期检修维护所造成的浪费，提高了铁路车辆利用率，减少了检修工作量，迫切需要建立基于车辆运行状态的铁路货车状态修体系。

铁路货车的转向架系统作为车辆的走行机构，其悬挂元件的状态对车辆的运行品质和运行安全性至关重要，现有的车辆故障识别检测主要通过人为检测或者传统的铁路5T检测系统，现有的TPDS系统能够对车辆的偏载和车轮损伤有一定的故障判断能力，TADS可以通过对转向架通过时的噪音对轴承故障进行一定的判断，THDS也是通过轴温对轴承故障状态进行一定的识别，但是这些故障识别仅针对转向架的少部分零部件，对于大部分悬挂元件的故障状态来说很难实现识别判断，转向架悬挂元件故障状态的识别在现有技术和方法下很难实现，因此，迫切需要新的方法实现转向架悬挂元件的故障识别。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种铁路货车转向架悬挂元件故障位置识别方法及系统，其中该方法通过将获取到的轨边安全检测装置的动力学特性检测结果输出至预存的映射关系数据库，确定获取到的动力学特性数据相关联的列车运行影响信息是否异常，在关联到的列车运行影响信息超出设定范围的情况下，判断列车存在影响列车动力学特性的故障，即可根据该异常列车运行影响信息确定列车故障位置，可以实现转向架悬挂元件故障源和故障位置的精准定位。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种铁路货车转向架悬挂元件故障位置识别方法，该方法包括：

获取轨边安全检测装置的动力学特性检测结果；

将所述动力学特性检测结果输出至预存的映射关系数据库；以及

根据所述动力学特性检测结果在所述映射关系数据库中关联对应的列车运行影响信息；

根据所述动力学特性检测结果相对应的列车运行影响信息确定列车是否故障，其中，在所述动力学特性检测结果相对应的列车运行影响信息符合设定范围的情况下判断列车无故障或存在的故障与动力学特性无关联，在所述动力学特性检测结果相对应的列车运行影响信息超出设定范围的情况下，判断列车故障，并根据其中异常列车运行影响信息确定列车故障位置。

可选的，获取的所述轨边安全检测装置的动力学特性检测结果包括：轮轨力、轮对横移量以及钢轨振动信息。

可选的，所述轮轨力对列车运行的影响信息包括：轮重减载率、脱轨系数及冲击当量；

所述轮对横移量对列车运行的影响信息包括：失稳幅值、频率及轮对冲角。

可选的，所述根据关联到的所述列车运行影响信息确定列车故障位置包括：

在所述映射关系数据库中确定与获取到的所述轮轨力以及所述轮对横移量相关联的列车运行影响信息；

将所述轮轨力以及所述轮对横移量相关联的列车运行影响信息再次与所述钢轨振动信息关联，以确定列车故障位置。

本发明实施例还提供一种铁路货车转向架悬挂元件故障位置识别系统，该系统包括：

采集装置，用于获取轨边安全检测装置的动力学特性检测结果；

传输装置，用于将所述采集装置获取到的所述动力学特性检测结果输出至预存的映射关系数据库；以及

处理装置，用于根据所述动力学特性检测结果在所述映射关系数据库中关联对应的列车运行影响信息，根据所述动力学特性检测结果相对应的列车运行影响信息确定列车是否故障，其中，在所述动力学特性检测结果相对应的列车运行影响信息符合设定范围的情况下判断列车无故障或存在的故障与动力学特性无关联，在所述动力学特性检测结果相对应的列车运行影响信息超出设定范围的情况下，判断列车故障，并根据其中异常列车运行影响信息确定列车故障位置。

可选的，获取的所述轨边安全检测装置的动力学特性检测结果包括：轮轨力、轮对横移量以及钢轨振动信息。

可选的，所述轮轨力对列车运行的影响信息包括：轮重减载率、脱轨系数及冲击当量；

所述轮对横移量对列车运行的影响信息包括：失稳幅值、频率及轮对冲角。

可选的，所述处理装置根据关联到的所述列车运行影响信息确定列车故障位置包括：

在所述映射关系数据库中确定与获取到的所述轮轨力以及所述轮对横移量相关联的列车运行影响信息；

将所述轮轨力以及所述轮对横移量相关联的列车运行影响信息再次与所述钢轨振动信息关联，以确定列车故障位置。

本发明实施例还提供一种铁路货车转向架故障与动力学特性映射关系建立方法，该方法包括：

获取列车的模拟故障信息；

根据预存的动力学特性模型，计算该模拟故障状态下的列车动力学特性计算值及轨道动力学特性计算值；

获取轨边安全检测装置提供的列车动力学特性实际值及轨道动力学特性实际值；

将所述模拟故障状态下的列车动力学特性计算值及轨道动力学特性计算值分别与相应的列车动力学特性实际值及轨道动力学特性实际值进行比较，以修正所述动力学特性模型的计算结果；以及

根据修正后的所述动力学特性模型的计算结果与所述模拟故障信息建立映射关系。

可选的，所述模拟故障信息包括：单一故障信息和多重故障信息。

可选的，所述模拟故障信息的故障类型包括以下一者或多者：

旁承故障、枕簧断裂、橡胶垫老化、轴箱导框间隙、车轮不圆、左右轮径差或车轮扁疤。

可选的，所述列车动力学特性包括：轮轨力及轮对横移量；

所述轨道动力学特性包括：钢轨振动信息。

可选的，所述轮轨力包括：轮轨横向力及轮轨垂向力；

所述轮对横移量包括：轮对横移及轮对冲角。

可选的，所述映射关系中还包括

所述模拟故障信息相对应的故障模式，其中，所述故障模式包括：安全类故障、平稳类故障及稳定类故障；

所述安全类故障、平稳类故障及稳定类故障分别与所述轮轨力、轮对横移量及钢轨振动信息对应相关。

本发明实施例还提供一种铁路货车转向架故障与动力学特性映射关系建立装置，该装置包括：

可选的，读取单元，用于获取列车的模拟故障信息；

控制单元，用于执行以下操作步骤：

根据预存的动力学特性模型计算该模拟故障状态下的列车动力学特性计算值及轨道动力学特性计算值；

获取轨边安全检测装置提供的列车动力学特性实际值及轨道动力学特性实际值；

将所述模拟故障状态下的列车动力学特性计算值及轨道动力学特性计算值分别与相应的列车动力学特性实际值及轨道动力学特性实际值进行比较，以修正所述动力学特性模型的计算结果；以及

根据修正后的所述动力学特性模型的计算结果与所述模拟故障信息建立映射关系。

可选的，所述模拟故障信息包括：单一故障信息和多重故障信息。

可选的，所述模拟故障信息的故障类型包括以下一者或多者：

旁承故障、枕簧断裂、橡胶垫老化、轴箱导框间隙、车轮不圆、左右轮径差或车轮扁疤。

可选的，所述列车动力学特性包括：轮轨力及轮对横移量；

所述轨道动力学特性包括：钢轨振动信息。

可选的，所述轮轨力包括：轮轨横向力及轮轨垂向力；

所述轮对横移量包括：轮对横移及轮对冲角。

可选的，所述映射关系中还包括

所述模拟故障信息相对应的故障模式，其中，所述故障模式包括：安全类故障、平稳类故障及稳定类故障；

所述安全类故障、平稳类故障及稳定类故障分别与所述轮轨力、轮对横移量及钢轨振动信息对应相关。

通过上述技术方案，首先获取轨边安全检测装置的动力学特性检测结果，并将获取到的轨边安全检测装置的动力学特性检测结果输出至预存的映射关系数据库，确定获取到的动力学特性数据相关联的列车运行影响信息是否异常，根据动力学特性数据相关联的列车运行影响信息是否符合设定范围确定列车是否存在影响列车动力学特性的故障，在相关联的列车运行影响信息异常(超出设定范围)的情况下，判断列车存在影响列车动力学特性的故障，即可根据该异常列车运行影响信息确定列车故障位置，可以实现转向架悬挂元件故障源和故障位置的精准定位，减少了不必要的检修，同时降低了检修成本。

本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1是本发明实施例提供的转向架故障与动力学特性映射关系的建立流程示意图；

图2是本发明实施例提供的悬挂元件故障状态下的列车动力学表征示意图；

图3是本发明实施例提供的悬挂元件故障与动力学特性的映射关系；

图4是本发明实施例提供的转向架故障与动力学特性映射关系的建立装置结构示意图；

图5是本发明实施例提供的铁路货车转向架悬挂元件故障位置识别方法的流程示意图；

图6是本发明实施例提供的映射关系数据库的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的铁路货车转向架悬挂元件故障位置识别系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

图1示出了本发明实施例提供的转向架故障与动力学特性映射关系的建立流程示意图，如图1所示，可以在预存的多种故障类型中获取列车的模拟故障类型，基于预存的动力学特性模型，计算出在该模拟故障状态下列车的动力学特性计算值以及轨道动力学特性计算值，并获取轨边安全检测装置提供的列车动力学特性实际值及轨道动力学特性实际值，进一步地，将所述模拟故障状态下的列车动力学特性计算值及轨道动力学特性计算值分别与相应的列车动力学特性实际值及轨道动力学特性实际值进行比较，以修正所述动力学特性模型的计算结果，即通过获取到的列车动力学特性实际值及轨道动力学特性实际值分别修正模拟故障状态下的列车动力学特性计算值及轨道动力学特性计算值，基于上述操作即可确定该类型故障信息与该故障状态下动力学特性的关系，根据修正后的动力学特性模型的计算结果与该模拟故障信息建立映射关系，即可实现为铁路货车部件故障状态进行准确识别和故障源定位提供便捷的识别条件。

图2示出了本发明实施例提供的悬挂元件故障状态下的列车动力学表征示意图，如图2所示，铁路货车转向架悬挂元件的故障类型很多，包括有旁承故障、枕簧断裂、橡胶垫老化、轴箱导框间隙、车轮不圆、左右轮径差或车轮扁疤等，上述多种类型的故障信息中的一种或多种可以形成不同故障类型的故障模型中，基于预先所建立的铁路货车动力学模型，建立考虑不同悬挂元件故障模型的联合仿真模型，分析不同故障类型下的动力学性能，分析的项点主要包括运动稳定性、运行安全性和运行平稳性等三部分，即将故障类型分为影响列车的安全性故障、影响列车平稳性故障以及影响列车稳定性故障。具体地，根据模拟故障信息包含的故障类型数量，模拟故障信息可分为单一故障信息和多重故障信息。在模拟故障信息为单一故障信息的情况下，可以通过预先建立的铁路货车动力学模型计算该单一故障状态下列车动力学特性计算值及轨道动力学特性计算值。在模拟故障信息为多重故障信息的情况下，可以通过预先建立的联合仿真模型计算该多重故障状态下列车动力学特性计算值及轨道动力学特性计算值。

如图2所示，列车故障从而影响的列车动力学特性，其中被影响的列车动力学特性包括有轮轨力、轮对横移量，同样列车故障还影响的轨道力学特性，其中被影响的轨道力学特性包括钢轨振动信息，被影响的列车动力学特性和被影响的轨道力学特性组成故障影响的动力学特性。根据故障类型与故障影响的动力学特性之间的对应关系，可以建立故障类型与动力学性能指标之间的映射关系。对动力学特性进行细化和明确，具体地是轮轨垂向力、轮轨横向力、轮轨横移、轮对冲角和钢轨振动等五个动力学性能。

图3示出了本发明实施例提供的悬挂元件故障与动力学特性的映射关系，如图3所示，对铁路货车转向架故障与动力学性能之间的映射关系进行了进一步的明确，以转向架的旁承故障为例，会对车辆的运行安全性和运动稳定性产生影响，旁承失效导致车辆的回转阻尼不足，降低了车辆临界速度，体现在轮对横移量增大并表现出明显的谐波，此外，还会导致轮轨横向力明显增大和脱轨系数的增大，体现在轮轨力的明显增大。车轮不圆的故障状态影响着轮轨力和钢轨振动，枕簧断裂的故障状态影响着轮轨力，等等。

通过所建立的铁路货车动力学模型或联合仿真模型，计算模拟故障状态下列车的动力学特性计算值及轨道动力学特性计算值，即计算在模拟故障状态下的轮轨垂向力、轮轨横向力、轮对横移、轮对冲角和钢轨振动信息。通过安装在列车运行线路上的轨边安全检测装置，检测列车实际的轮轨垂向力、轮轨横向力、轮对横移、轮对冲角和钢轨振动信息。对比分析映射关系的仿真结果和实测结果，对仿真结果进行进一步的修正和完善，从而得到转向架故障状态与动力学指标之间的映射关系，形成转向架故障状态与动力学指标映射关系的数据库，为铁路货车转向架故障状态的识别提供依据，实现铁路货车转向架的状态检修。基于上述内容，每种转向架故障状态与动力学指标之间的映射关系是确定的。如图3所示可以得知，影响列车运行安全性的故障类型包括旁承故障、枕簧断裂、橡胶垫老化、轴箱导框间隙、车轮不圆、左右轮径差以及车轮扁疤，并且影响列车运行安全性的动力学表征为轮轨力的变化。影响列车运行平稳性的故障类型包括旁承故障、枕簧断裂、橡胶垫老化、轴箱导框间隙、左右轮径差以及车轮扁疤，并且影响列车运行平稳性的动力学表征为轮对横移量的变化，影响列车稳定性的故障类型包括车轮不圆、存在左右轮径差及车轮扁疤，并且影响列车稳定相的动力学表征为钢轨振动的变化。

以旁承为例，旁承的故障主要为磨耗板磨耗到限、旁承体破裂，此时相应的动力学表征为：预压缩量不足，表现为车辆的回转力矩不足，进而会影响车辆轮轨横向力。在所建立的铁路货车动力学模型的基础上进行仿真，输出横向轮轨力的计算值，同时，在实验室、线路上进行相同条件的试验，输出相应的轮轨力实测值，与仿真结果进行对照。如果输出的指标表现相似，则可以继续进行其他故障的仿真，输出相应的映射关系，并将其存入数据库中，否则，则修正模型，直至模型正确再进行后续仿真工作。

图4示出了本发明实施例提供的转向架故障与动力学特性映射关系的建立装置结构示意图，如图4所示，该装置可以包括读取单元和控制单元，其中，该读取单元可以在预存的多种故障类型中获取列车的模拟故障类型，基于预存的动力学特性模型，控制单元控制该动力学特性模型计算出在该模拟故障状态下列车的动力学特性计算值以及轨道动力学特性计算值，该控制单元还可以控制读取单元获取轨边安全检测装置提供的列车动力学特性实际值及轨道动力学特性实际值，进一步地，将所述模拟故障状态下的列车动力学特性计算值及轨道动力学特性计算值分别与相应的列车动力学特性实际值及轨道动力学特性实际值进行比较，以修正所述动力学特性模型的计算结果，即通过获取到的列车动力学特性实际值及轨道动力学特性实际值分别修正模拟故障状态下的列车动力学特性计算值及轨道动力学特性计算值，基于上述操作即可确定该类型故障信息与该故障状态下动力学特性的关系，根据修正后的动力学特性模型的计算结果与该模拟故障信息建立映射关系，即可实现为铁路货车部件故障状态进行准确识别和故障源定位提供便捷的识别条件。

如图2所示，铁路货车转向架悬挂元件的故障类型很多，包括有旁承故障、枕簧断裂、橡胶垫老化、轴箱导框间隙、车轮不圆、左右轮径差或车轮扁疤等，上述多种类型的故障信息中的一种或多种可以形成不同故障类型的故障模型中，基于预先所建立的铁路货车动力学特性模型，建立考虑不同悬挂元件故障模型的联合仿真模型，分析不同故障类型下的动力学性能，分析的项点主要包括运动稳定性、运行安全性和运行平稳性等三部分，即将故障类型分为影响列车的安全性故障、影响列车平稳性故障以及影响列车稳定性故障。具体地，根据模拟故障信息包含的故障类型数量，模拟故障信息可分为单一故障信息和多重故障信息。在模拟故障信息为单一故障信息的情况下，控制单元可以通过预先建立的铁路货车动力学模型，并控制该铁路货车动力学模型计算该单一故障状态下列车动力学特性计算值及轨道动力学特性计算值。在模拟故障信息为多重故障信息的情况下，控制单元可以通过预先建立的联合仿真模型计算该多重故障状态下列车动力学特性计算值及轨道动力学特性计算值。

如图2所示，列车故障从而影响的列车动力学特性，其中被影响的列车动力学特性包括有轮轨力、轮对横移量，同样列车故障还影响的轨道力学特性，其中被影响的轨道力学特性包括钢轨振动信息，被影响的列车动力学特性和被影响的轨道力学特性组成故障影响的动力学特性。根据故障类型与故障影响的动力学特性之间的对应关系，可以建立故障类型与动力学性能指标之间的映射关系。对动力学特性进行细化和明确，具体地是轮轨垂向力、轮轨横向力、轮对横移、轮对冲角和钢轨振动等五个动力学性能。

如图3所示，对铁路货车转向架故障与动力学性能之间的映射关系进行了进一步的明确，以转向架的旁承故障为例，会对车辆的运行安全性和运动稳定性产生影响，旁承失效导致车辆的回转阻尼不足，降低了车辆临界速度，体现在轮对横移量增大并表现出明显的谐波，此外，还会导致轮轨横向力明显增大和脱轨系数的增大，体现在轮轨力的明显增大。车轮不圆的故障状态影响着轮轨力和钢轨振动，枕簧断裂的故障状态影响着轮轨力，等等。

通过所建立的铁路货车动力学模型或联合仿真模型，计算模拟故障状态下列车的动力学特性计算值及轨道动力学特性计算值，即计算在模拟故障状态下的轮轨垂向力、轮轨横向力、轮对横移、轮对冲角和钢轨振动信息。通过安装在列车运行线路上的轨边安全检测装置，检测列车实际的轮轨垂向力、轮轨横向力、轮对横移、轮对冲角和钢轨振动信息。对比分析映射关系的仿真结果和实测结果，对仿真结果进行进一步的修正和完善，从而得到转向架故障状态与动力学指标之间的映射关系，形成转向架故障状态与动力学指标映射关系的数据库，为铁路货车转向架故障状态的识别提供依据，实现铁路货车转向架的状态检修。基于上述内容，每种转向架故障状态与动力学指标之间的映射关系是确定的。如图3所示可以得知，影响列车运行安全性的故障类型包括旁承故障、枕簧断裂、橡胶垫老化、轴箱导框间隙、车轮不圆、左右轮径差以及车轮扁疤，并且影响列车运行安全性的动力学表征为轮轨力的变化。影响列车运行平稳性的故障类型包括旁承故障、枕簧断裂、橡胶垫老化、轴箱导框间隙、左右轮径差以及车轮扁疤，并且影响列车运行平稳性的动力学表征为轮对横移量的变化，影响列车稳定性的故障类型包括车轮不圆、存在左右轮径差及车轮扁疤，并且影响列车稳定相的动力学表征为钢轨振动的变化。

以旁承为例，旁承的故障主要为磨耗板磨耗到限、旁承体破裂，此时相应的动力学表征为：预压缩量不足，表现为车辆的回转力矩不足，进而会影响车辆轮轨横向力。在所建立的铁路货车动力学模型的基础上进行仿真，输出横向轮轨力的计算值，同时，在实验室、线路上进行相同条件的试验，输出相应的轮轨力实测值，与仿真结果进行对照。如果输出的指标表现相似，则可以继续进行其他故障的仿真，输出相应的映射关系，并将其存入数据库中，否则，则修正模型，直至模型正确再进行后续仿真工作。

图5示出了本发明实施例提供的铁路货车转向架悬挂元件故障位置识别方法的流程示意图，如图5所示，首先，轨边安全检测装置对车辆的动力学特性进行检测，主要包括有轮轨横向力和垂向力、轮对位移和轮对冲角以及钢轨振动，获取轨边安全检测装置检测到的动力学特性的相应检测结果，即获取轮轨横向力和垂向力、轮对位移和轮对冲角以及钢轨振动。然后从安全性、稳定性和振动特性三个角度，与转向架悬挂元件故障状态与动力学性能的映射关系进行对照分析，对故障的类型和出现故障的位置进行判断识别，如果测试得到的结果无法在映射关系数据库中找到对应的故障类型，那么转向架悬挂元件要么未出现故障，要么是该故障未对车辆的动力学性能产生较为明显的影响；如果故障与动力学性能映射关系的数据库中能够找到与测试结果相对应的故障类型，那么就可以实现故障源和故障位置的精确定位，实现转向架悬挂元件故障的识别判断。具体地，将动力学特性检测结果输出至预存的映射关系数据库中。图6示出了本发明实施例提供的映射关系数据库的结构示意图，如图6所示，通过轨边安全检测装置可以测试得到轮轨力(横向力和垂向力)、轮轨横移量(轮对位移和轮对冲角)和钢轨振动特性，每种转向架悬挂元件的故障都对应着多个动力学性能指标的变化。以转向架钢弹簧断裂的故障状态识别来说，车轮冲击当量的明显变化表示着转向架系统存在车轮扁疤、车轮不圆或者钢弹簧断裂等故障，轮重减载率的明显变化表示存在车轮扁疤或钢弹簧断裂等故障，从这两个指标来看，车轮扁疤和钢弹簧断裂体现出来的动力学性能是相似的，通过钢轨振动辅助来判断，车轮扁疤振动频率与轮对的转频密切相关，一般是1倍或者成整数倍，钢弹簧断裂引起的钢轨振动频率是不确定的，因此，通过钢轨振动可以对故障状态进行辅助判断识别。

通过上述方式进行故障位置的确定，步骤如下：

获取轨边安全检测装置检测的轮轨力(横向力和垂向力)、轮轨横移量(轮对位移和轮对冲角)和钢轨振动特性，并计算出轮轨力(横向力和垂向力)、轮轨横移量(轮对位移和轮对冲角)相对应的列车运行影响信息，如图6所示，轮轨力的变化相对应的列车运行影响信息为轮重减载率、脱轨系数及冲击当量，该轮动横移量的变化相对应的列车运行影响信息为失稳幅值、频率及轮对冲角。根据动力学特性检测结果在映射关系数据库中关联对应的列车运行影响信息，根据动力学特性检测结果相对应的列车运行影响信息根据计算得到列车运行影响信息确定列车故障位置。例如，分别计算出轮轨力及轮对横移量相对应的列车运行影响信息，即分别计算轮轨力相关联的轮重减载率、脱轨系数及冲击当量，轮对横移量相关联的失稳幅值、频率及轮对冲角，并将列车运行影响信息中各信息分别与相应设定范围进行比较，判断列车运行影响信息中各信息是否存在异常情况，根据计算结果确定轮重减载率的信息异常的情况下，再根据映射关系数据库确定轮重减载率异常对应的故障类型为车轮扁疤和钢弹簧断裂，进一步确定列车故障类型为车轮扁疤或钢弹簧断裂。具体地，通过钢轨振动信息来辅助判断，其中车轮扁疤振动频率与轮对的转频密相关，一般为1倍或整数倍的关系，然而钢弹簧断裂后引起的钢轨振动频率是不确定的，根据钢轨振动频率可判断出钢轨振动频率与轮对的转频密相同(1倍关系)，因此，可以确定列车的故障类型是车轮扁疤。

图7是本发明实施例提供的铁路货车转向架悬挂元件故障位置识别系统的结构示意图，如图7所示，首先，轨边安全检测装置对车辆的动力学特性进行检测，主要包括有轮轨横向力和垂向力、轮对位移和轮对冲角以及钢轨振动，获取轨边安全检测装置检测到的动力学特性的相应检测结果，即获取轮轨横向力和垂向力、轮对位移和轮对冲角以及钢轨振动。然后从安全性、稳定性和振动特性三个角度，与转向架悬挂元件故障状态与动力学性能的映射关系进行对照分析，对故障的类型和出现故障的位置进行判断识别，如果测试得到的结果无法在映射关系数据库中找到对应的故障类型，那么转向架悬挂元件要么未出现故障，要么是该故障未对车辆的动力学性能产生较为明显的影响；如果故障与动力学性能映射关系的数据库中能够找到与测试结果相对应的故障类型，那么就可以实现故障源和故障位置的精确定位，实现转向架悬挂元件故障的识别判断。具体地，将动力学特性检测结果输出至预存的映射关系数据库中。图6示出了本发明实施例提供的映射关系数据库的结构示意图，如图6所示，通过轨边安全检测装置可以测试得到轮轨力(横向力和垂向力)、轮轨横移量(轮对位移和轮对冲角)和钢轨振动特性，每种转向架悬挂元件的故障都对应着多个动力学性能指标的变化。以转向架钢弹簧断裂的故障状态识别来说，车轮冲击当量的明显变化表示着转向架系统存在车轮扁疤、车轮不圆或者钢弹簧断裂等故障，轮重减载率的明显变化表示存在车轮扁疤或钢弹簧断裂等故障，从这两个指标来看，车轮扁疤和钢弹簧断裂体现出来的动力学性能是相似的，通过钢轨振动辅助来判断，车轮扁疤振动频率与轮对的转频密切相关，一般是1倍或者成整数倍，钢弹簧断裂引起的钢轨振动频率是不确定的，因此，通过钢轨振动可以对故障状态进行辅助判断识别。

通过上述方式进行故障位置的确定，步骤如下：

采集装置获取轨边安全检测装置检测的轮轨力(横向力和垂向力)、轮轨横移量(轮对位移和轮对冲角)和钢轨振动特性，传输装置将采集装置获取到的所述动力学特性检测结果输出至预存的映射关系数据库。处理装置根据动力学特性检测结果在所述映射关系数据库中关联对应的列车运行影响信息，根据动力学特性检测结果相对应的列车运行影响信息确定列车是否故障。具体地，处理装置计算出轮轨力(横向力和垂向力)、轮轨横移量(轮对位移和轮对冲角)相对应的列车运行影响信息，如图6所示，轮轨力的变化相对应的列车运行影响信息为轮重减载率、脱轨系数及冲击当量，该轮动横移量的变化相对应的列车运行影响信息为失稳幅值、频率及轮对冲角。处理装置根据动力学特性检测结果在映射关系数据库中关联对应的列车运行影响信息，根据动力学特性检测结果相对应的列车运行影响信息根据计算得到列车运行影响信息确定列车故障位置。例如，处理装置分别计算出轮轨力及轮对横移量相对应的列车运行影响信息，即分别计算轮轨力相关联的轮重减载率、脱轨系数及冲击当量，轮对横移量相关联的失稳幅值、频率及轮对冲角，并将列车运行影响信息中各信息分别与相应设定范围进行比较，判断列车运行影响信息中各信息是否存在异常情况，根据计算结果确定轮重减载率的信息异常的情况下，再根据映射关系数据库确定轮重减载率异常对应的故障类型为车轮扁疤和钢弹簧断裂，进一步确定列车故障类型为车轮扁疤或钢弹簧断裂。具体地，通过钢轨振动信息来辅助判断，其中车轮扁疤振动频率与轮对的转频密相关，一般为1倍或整数倍的关系，然而钢弹簧断裂后引起的钢轨振动频率是不确定的，根据钢轨振动频率可判断出钢轨振动频率与轮对的转频密相同(1倍关系)，因此，可以确定列车的故障类型是车轮扁疤。

以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。

本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。

Claims (18)

1.一种铁路货车转向架悬挂元件故障位置识别方法，其特征在于，该方法包括：

获取轨边安全检测装置的动力学特性检测结果；

将所述动力学特性检测结果输出至预存的映射关系数据库；以及

根据所述动力学特性检测结果在所述映射关系数据库中关联对应的列车运行影响信息；

根据所述动力学特性检测结果相对应的列车运行影响信息确定列车是否故障，其中，在所述动力学特性检测结果相对应的列车运行影响信息符合设定范围的情况下判断列车无故障或存在的故障与动力学特性无关联，在所述动力学特性检测结果相对应的列车运行影响信息超出设定范围的情况下，判断列车故障，并根据其中异常列车运行影响信息确定列车故障位置；

其中所述列车故障位置根据铁路货车转向架故障与动力学特性映射关系确定，所述铁路货车转向架故障与动力学特性映射关系的建立方法，包括：

获取列车的模拟故障信息；

根据预存的动力学特性模型，计算该模拟故障状态下的列车动力学特性计算值及轨道动力学特性计算值；

获取轨边安全检测装置提供的列车动力学特性实际值及轨道动力学特性实际值；

将所述模拟故障状态下的列车动力学特性计算值及轨道动力学特性计算值分别与相应的列车动力学特性实际值及轨道动力学特性实际值进行比较，以修正所述动力学特性模型的计算结果；以及

根据修正后的所述动力学特性模型的计算结果与所述模拟故障信息建立映射关系。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取的所述轨边安全检测装置的动力学特性检测结果包括：轮轨力、轮对横移量以及钢轨振动信息。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述轮轨力对列车运行的影响信息包括：轮重减载率、脱轨系数及冲击当量；

所述轮对横移量对列车运行的影响信息包括：失稳幅值、频率及轮对冲角。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述根据关联到的所述列车运行影响信息确定列车故障位置包括：

在所述映射关系数据库中确定与获取到的所述轮轨力以及所述轮对横移量相关联的列车运行影响信息；

将所述轮轨力以及所述轮对横移量相关联的列车运行影响信息再次与所述钢轨振动信息关联，以确定列车故障位置。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模拟故障信息包括：单一故障信息和多重故障信息。

6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，所述模拟故障信息的故障类型包括以下一者或多者：

旁承故障、枕簧断裂、橡胶垫老化、轴箱导框间隙、车轮不圆、左右轮径差或车轮扁疤。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述列车动力学特性包括：轮轨力及轮对横移量；

所述轨道动力学特性包括：钢轨振动信息。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述轮轨力包括：轮轨横向力及轮轨垂向力；

所述轮对横移量包括：轮对横移及轮对冲角。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述映射关系中还包括

所述模拟故障信息相对应的故障模式，其中，所述故障模式包括：安全类故障、平稳类故障及稳定类故障；

所述安全类故障、平稳类故障及稳定类故障分别与所述轮轨力、轮对横移量及钢轨振动信息对应相关。

10.一种铁路货车转向架悬挂元件故障位置识别系统，其特征在于，该系统包括：

采集装置，用于获取轨边安全检测装置的动力学特性检测结果；

传输装置，用于将所述采集装置获取到的所述动力学特性检测结果输出至预存的映射关系数据库；以及

处理装置，用于根据所述动力学特性检测结果在所述映射关系数据库中关联对应的列车运行影响信息，根据所述动力学特性检测结果相对应的列车运行影响信息确定列车是否故障，其中，在所述动力学特性检测结果相对应的列车运行影响信息符合设定范围的情况下判断列车无故障或存在的故障与动力学特性无关联，在所述动力学特性检测结果相对应的列车运行影响信息超出设定范围的情况下，判断列车故障，并根据其中异常列车运行影响信息确定列车故障位置；以及

铁 路货车转向架故障与动力学特性映射关系建立装置，该装置包括：

读取单元，用于获取列车的模拟故障信息；

控制单元，用于执行以下操作步骤：

根据预存的动力学特性模型计算该模拟故障状态下的列车动力学特性计算值及轨道动力学特性计算值；

获取轨边安全检测装置提供的列车动力学特性实际值及轨道动力学特性实际值；

将所述模拟故障状态下的列车动力学特性计算值及轨道动力学特性计算值分别与相应的列车动力学特性实际值及轨道动力学特性实际值进行比较，以修正所述动力学特性模型的计算结果；以及

根据修正后的所述动力学特性模型的计算结果与所述模拟故障信息建立映射关系。

11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，获取的所述轨边安全检测装置的动力学特性检测结果包括：轮轨力、轮对横移量以及钢轨振动信息。

12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述轮轨力对列车运行的影响信息包括：轮重减载率、脱轨系数及冲击当量；

所述轮对横移量对列车运行的影响信息包括：失稳幅值、频率及轮对冲角。

13.根据权利要求11或12所述的系统，其特征在于，所述处理装置根据关联到的所述列车运行影响信息确定列车故障位置包括：

在所述映射关系数据库中确定与获取到的所述轮轨力以及所述轮对横移量相关联的列车运行影响信息；

将所述轮轨力以及所述轮对横移量相关联的列车运行影响信息再次与所述钢轨振动信息关联，以确定列车故障位置。

14.根据权利要求10所述的系统 ，其特征在于，所述模拟故障信息包括：单一故障信息和多重故障信息。

15.根据权利要求10或14所述的系统 ，其特征在于，所述模拟故障信息的故障类型包括以下一者或多者：

旁承故障、枕簧断裂、橡胶垫老化、轴箱导框间隙、车轮不圆、左右轮径差或车轮扁疤。

16.根据权利要求10所述的系统 ，其特征在于，所述列车动力学特性包括：轮轨力及轮对横移量；

所述轨道动力学特性包括：钢轨振动信息。

17.根据权利要求16所述的系统 ，其特征在于，所述轮轨力包括：轮轨横向力及轮轨垂向力；

所述轮对横移量包括：轮对横移及轮对冲角。

18.根据权利要求16或17所述的系统 ，其特征在于，所述映射关系中还包括

所述模拟故障信息相对应的故障模式，其中，所述故障模式包括：安全类故障、平稳类故障及稳定类故障；

所述安全类故障、平稳类故障及稳定类故障分别与所述轮轨力、轮对横移量及钢轨振动信息对应相关。

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