CN201575927U

CN201575927U - 转向架状态监测装置

Info

Publication number: CN201575927U
Application number: CN2009203508284U
Authority: CN
Inventors: 刘峰; 董孝卿; 延九磊; 赵玉其; 戴津
Original assignee: Locomotive and Car Research Institute of CARS
Current assignee: China Academy of Railway Sciences Corp Ltd CARS; Locomotive and Car Research Institute of CARS
Priority date: 2009-12-31
Filing date: 2009-12-31
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2019-12-31

Abstract

本实用新型提供一种转向架状态监测装置，所述装置包括：转向架状态的绝对评判装置和转向架状态的相对评判装置，其中，转向架状态的绝对评判装置用于针对已明确具有绝对的边界值的特征值，采用绝对评判的原则，对列车的每一节车厢的转向架的这些特征值进行比较和判断，以掌握该车厢的转向架的温度变化或者振动变化情况；转向架状态的相对评判装置用于针对边界值难以界定的特征值，采用相对评判的原则，对同一列车各个转向架的这些特征值进行比较，并对同一转向架特征值历史数据进行比较，评判出动力学性能较差者。本实用新型提供的装置，可以直观有效的分析转向架运行振动情况和动力学性能的变化趋势，为车辆维修管理提供指导。

Description

转向架状态监测装置

技术领域

本实用新型涉及列车转向架监测，尤其涉及一种转向架状态的绝对评判装置、相对评判装置以及转向架状态监测装置。

背景技术

近年来，我国大力发展高速铁路客运事业，随着旅客列车提速的范围越来越大，运行速度越来越高，铁路客运中的行车安全问题也更为突出而重要。

转向架是列车的重要部件，它直接承载车体的重量，保证列车安全运行，顺利通过曲线，转向架的状态监测一直是客车行车安全监测中的重点监测对象，对保障旅客列车行车安全具有重要意义。但是由于转向架的内部结构复杂性以及列车运行环境的多样性，造成了转向架的动力学系统振动情况复杂，目前转向架的状态监测的技术还存在难点，尚未成熟。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种基于转向架状态的绝对评判装置和相对评判装置的转向架状态监测装置，通过监测转向架的状态，为铁路客运中的行车安全提供保障。

本实用新型的上述目的是通过如下技术方案实现的：

一种转向架状态的绝对评判装置，所述装置包括：

获取单元，用于获取一节车厢的转向架的状态信息，所述转向架的状态信息包括通过传感器采集的所述转向架的多个位置的温度值和振动值；

比较单元，用于将所述各个位置的温度值和振动值与预先设定的各个位置的温度阈值和振动阈值相比较；

报警单元，用于在所述各个位置的温度值超出预先设定的各个位置的温度阈值时，或者所述各个位置的振动值超出预先设定的振动阈值时，生成各个位置的温度报警信息或者振动报警信息。

一种转向架状态的相对评判装置，所述装置包括：

接收单元，用于接收一列车的所有车厢的转向架的状态信息，所述转向架的状态信息包括通过传感器采集的所述转向架的多个位置的温度值和振动值；

横向对比单元，用于将所述列车的各节车厢的转向架的对应位置的温度值进行对比，生成各节车厢的温度值对比结果；并将所述列车的各节车厢的振动值进行对比，生成各节车厢的振动值对比结果；

纵向对比单元，用于将所述列车的每一车厢的转向架的各个位置的振动值与该车厢的历史数据进行对比，生成每一车厢的振动值对比结果。

一种转向架状态监测装置，所述装置包括绝对评判装置和相对评判装置，其中：

所述绝对评判装置用于对一节车厢的转向架的状态进行比较和判断，该绝对评判装置包括：

报警单元，用于在所述各个位置的温度值超出预先设定的各个位置的温度阈值时，或者所述各个位置的振动值超出预先设定的振动阈值时，生成各个位置的温度报警信息或者振动报警信息；

所述相对评判装置用于对一列车的所有车厢的转向架的状态进行比较和判断，该相对评判装置包括：

通过本实用新型提供的装置，采用绝对评判与相对评判方法结合，对转向架的性能采用整列车横向对比和单车历史对比其振动状态参数的方式，直观有效的分析了转向架运行的振动情况和性能的变化趋势，为车辆维修管理提供了指导，保证了提速客车的运行安全。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型的限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例的转向架状态的绝对评判装置的组成框图；

图2为本实用新型实施例的转向架状态的相对评判装置的组成框图；

图3为本实用新型实施例的转向架状态监测装置的组成框图；

图4为本实用新型实施例的转向架状态监测装置的应用示意图；

图5A为根据本实用新型实施例的系统，获得的整列车车辆的垂向平稳性值对比直方图；

图5B为根据本实用新型实施例的系统，获得的单车车辆的垂向平稳性值历史对比直方图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型实施例做进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

图1为本实用新型实施例提供的一种转向架状态的绝对评判装置的组成框图，该装置可以应用于列车的车厢级主机，请参照图1，该装置主要包括：获取单元11、比较单元12以及报警单元13，其中：

获取单元11，用于获取一节车厢的转向架的状态信息，所述转向架的状态信息包括通过传感器采集的所述转向架的多个位置的温度值和所述转向架的多个位置的振动值。

在本实施例中，可以通过在转向架的各个位置上安装传感器，来实现对转向架的状态参数的采集，以获得转向架的状态信息。

例如，可以在转向架的轴箱上设置4个传感器，以监测轴箱的温度、加速度；可以在转向架的齿轮箱上设置2个传感器，以监测齿轮的温度、加速度；可以在转向架的构架侧面设置2个传感器，以监测构架的加速度；可以在转向架的车体底板设置2个传感器，以监测车体加速度；可以在转向架的接线盒设置1个传感器，以监测接线盒的环温。以上只是举例说明，本实施例并不以此作为限制。

在本实施例中，转向架状态信息中的温度值可以通过温度传感器直接测得；转向架状态信息中的振动值可以通过加速度传感器测得的加速度值来获得。

在本实施例中，一节车厢具有前后两个转向架，通过传感器对转向架的各个位置的特征值，例如温度值和振动值的采集，获得该转向架的状态信息。

根据本实施例的一个实施方式，该获取单元11可以包括：

信号调理模块，用于将所述传感器采集到的转向架的状态信息的原始信号转换成所述装置能够识别的标准信号。

在本实施方式中，对原始信号进行信号调理可以是将原始信号通过去除干扰噪声信号、放大、滤波等操作转换成该绝对评判装置能够识别的标准信号，信号调理的过程与现有技术相同，在此不再赘述。

根据本实施例的另外一个实施方式，该获取单元11还可以包括：

信号特征提取模块，用于对信号调理模块调理后的信号进行特征提取。

在本实施方式中，对信号进行特征提取是指该绝对评判装置的操作系统CPU将采集的原始信号经过某些算法运算变换，得到更有分析价值的参数等。具体信号特征提取的过程也与现有技术相同，在此不再赘述。

比较单元12，用于将所述各个位置的温度值和振动值与预先设定的各个位置的温度阈值和振动阈值相比较。

在本实施例中，根据已有的标准，转向架动态性能部分参数已明确具有绝对的边界值，可以将这些边界值作为阈值，来根据列车运行过程中转向架的状态参数判断转向架的动力学性能是否发生变化。例如，以这些边界值作为依据预先设置转向架的各个位置的温度阈值，以及转向架的振动阈值，当传感器采集到的转向架的对应参数超出预设阈值时，则认为转向架异常。

报警单元13，用于在所述各个位置的温度值超出预先设定的各个位置的温度阈值时，或者所述各个位置的振动值超出预先设定的振动阈值时，生成各个位置的温度报警信息或者振动报警信息。

在本实施例中，当根据比较单元12的比较结果，发现转向架的某参数超出阈值时，也即转向架异常时，则生成相应的报警信息，以提示操作者。

在本实施例中，该报警信息可以通过红灯闪烁或者蜂鸣或者两者结合来表示，但本实施例并不以此作为限制。

根据本实施例的一个实施方式，该转向架状态的绝对评判装置还可以包括：

显示单元14，用于实时显示所述获取单元11获取到的所述转向架的多个位置的温度值和所述报警单元生成的报警信息。

在本实施方式中，该装置可以应用于车厢级主机，在车厢级主机设置显示器以实时显示转向架报警时的构架的横向振动曲线以及转向架的轴箱、齿轮箱等实时温度。

根据本实施例的另外一个实施方式，该转向架状态的绝对评判装置还可以包括：

存储单元15，用于存储所述获取单元11获取到的所述转向架的多个位置的温度值和所述转向架的多个位置的振动值以及或者所述报警单元13生成的报警信息。

在本实施方式中，该存储单元15可以实现全程存储转向架的横向稳定性数据，以及全程存储转向架的轴箱、齿轮箱等温度数据。这里的全程是指列车运行的整个路程。以上只是举例说明，本实施例并不以此作为限制。

在本实施方式中，该存储单元15还可以用于存储报警信息，这里的报警信息可以包含在转向架横向失稳时的原始数据，例如转向架的轴箱、齿轮箱、构架、车体的数据在失稳过程中的原始数据。以上只是举例说明，本实施例并不以此作为限制。

传输单元16，用于将所述存储单元15存储的所述转向架的多个位置的温度值和所述转向架的振动值以及或者所述报警信息传输出去。

在本实施方式中，当该装置应用于车厢级主机时，该传输单元16可以将该车厢的转向架的状态信息传输给列车级主机；当该装置应用于列车级主机时，也即列车级主机整合了车厢级主机的功能，该传输单元16可以将所有车厢的转向架的状态信息传输给地面分析子系统，上述只是举例说明，本实施例并不以此作为限制。

其中，车厢级主机与列车级主机可以通过列车级网络相连，列车级主机与地面分析子系统可以通过有线或无线网络相连，以传输数据，本实施例并不以此作为限制。

通过本实施例的转向架状态的绝对评判装置，对于转向架动态性能部分参数已经明确具有绝对的边界值的特征值，采用绝对评判的原则进行转向架性能的判断，实时获得车厢的转向架的该特征值，通过与其边界值的比较，掌握该车厢的转向架的该特征值的变化情况。

图2为本实施例提供的一种转向架状态的相对评判装置，该装置可以应用于列车的地面分析子系统，请参照图2，该装置主要包括：接收单元21、横向对比单元22以及纵向对比单元23，其中：

接收单元21，用于接收一列车的所有车厢的转向架的状态信息，所述转向架的状态信息包括通过传感器采集的所述转向架的多个位置的温度值和所述转向架的多个位置的振动值。

在本实施例中，该接收单元21用于接收列车级主机的传输的转向架的状态信息，以便对列车级主机汇总的转向架的状态进行相对评判。

在本实施例中，该接收单元21还可以用于接收列车级主机的传输的报警信息，该报警信息可以是该列车级主机的报警单元生成的，也可以是该列车级主机下的车厢级主机的报警单元生成的，本实施例并不以此作为限制。

横向对比单元22，用于将所述列车的各节车厢的转向架的对应位置的温度值进行对比，生成各节车厢的温度值对比结果；并将所述列车的各节车厢的振动值进行对比，生成各节车厢的振动值对比结果。

在本实施例中，该横向对比单元22用于对比一整列车的各节车厢的转向架的不同位置的温度值，以及各节车厢的振动值，生成对比结果。例如将车厢1～n(n为这列车的车厢个数)的转向架的位置1的温度值进行对比，得到一个对比图；振动值进行对比，得到一个对比图，依此类推。该举例是以该列车的每节车厢具有两个转向架为例，但本实施例并不以此作为限制。

纵向对比单元23，用于将所述列车的每一车厢的转向架的各个位置的振动值与该车厢的历史数据进行对比，生成每一车厢的振动值对比结果。

在本实施例中，该纵向对比单元23用于将一整列车的每一节车厢的历史数据与此次运行的数据进行对比，生成该节车厢的历史对比结果。这里的历史数据是指这节车厢在以往运行过程中的状态信息值，例如该车厢在该日期之前的各个日期运行过程中的转向架的各个振动特征值，如车体横向振动值、构架垂向振动值等。将这些数据与此次运行过程中该车厢的转向架的振动特征值进行对比，获得该车厢的振动值的对比结果。

根据本实施例的一个实施方式，该转向架状态的相对评判装置还可以包括：

显示单元24，用于显示所述各节车厢的温度值对比结果、各节车厢的振动值对比结果以及所述每一车厢的振动值历史对比结果。

在本实施例中，该显示单元24可以显示整列车的各节车厢的温度值对比情况以及各节车厢的振动值的对比情况，还可以显示每一节车厢的振动值的历史对比情况，以实现温度数据的全程查看、回放、对比分析等，以及振动数据的全程查看、回放、对比分析等。

在本实施例中，如果列车级主机将转向架横向失稳时的原始数据传输给本实施例的转向架状态的相对评判装置，则本实施例的显示单元24还可以显示该原始数据，以实现温度、振动异常报警数据的实时原始数据查看、回放等。

根据本实施例的另外一个实施方式，该转向架状态的相对评判装置还可以包括：

存储单元25，用于存储所述接收单元21接收到的所述列车的所有车厢的转向架的多个位置的温度值和所述转向架的振动值以及报警信息。

在本实施例中，该存储单元25还可以存储横向对比单元22和纵向对比单元23的对比结果。

通过本实施例的转向架状态的相对评判装置的上述组成，可以进行以下处理过程：

收集全列转向架振动信号；

按车号统计均值、方差；

做出各参数的频域分布；

做出各参数的速度分布；

依据先验知识分配各参数对具体车辆故障影响的权重；

使用GMM算法进行故障诊断；

诊断结果进行全列综合对比；

诊断结果进行单车历史对比；

使用自学习算法逐步修正参数权重；

报告车辆的故障状态。

以上只是举例说明，本实施例并不以此作为限制。

通过本实施例的转向架状态的相对评判装置，对于边界值难以界定的转向架的状态参数，也即动态性能统计特征值，采取相对评判的原则，对同一列车各节车厢的各个转向架特征值进行比较，对同一转向架特征值历史数据进行比较，判断转向架一系，空簧，轮对状态是否异常，是否需要关注等，以评判出动力学性能较差者。

图3为本实施例提供的一种转向架状态监测装置的组成框图，请参照图3，该转向架状态监测装置包括：绝对评判装置31和相对评判装置32，其中：

绝对评判装置31可以通过图1所示实施例的转向架状态的绝对评判装置来实现，由于在图1所示实施例中，已经对该绝对评判装置进行了详细说明，在此不再赘述。

相对评判装置32可以通过图2所示实施例的转向架状态的相对评判装置来实现，由于在图2所示实施例中，已经对该相对评判装置进行了详细说明，在此不再赘述。

在本实施例中，绝对评判装置31和相对评判装置32可以通过有线或无线方式连接，其中：有线方式包括USB连接、CAN网络连接或以太网连接等；无线方式包括WLAN网络连接、GPRS网络连接等，本实施例并不以此作为限制。

根据本实施例的一个实施方式，绝对评判装置31通过车厢级主机实现，相对评判装置32通过地面分析子系统实现，则在该实施方式中，绝对评判装置31与列车级主机通过车厢级网络相连，而列车级主机与相对评判装置32通过有线或无线的方式相连，例如前面介绍的有线或无线连接方式，在此不再赘述。

根据本实施例的另外一个实施方式，绝对评判装置31通过整合了列车级主机的车厢级主机实现，相对评判装置32通过地面分析子系统实现，则在本实施例方式中，绝对评判装置31和相对评判装置32通过有线或无线方式相连，例如前面介绍的有线或无线连接方式，在此不再赘述。

本实施例的转向架状态监测装置，可以通过绝对评判和相对评判相结合的方式对列车转向架的状态参数进行综合评判诊断，使得转向架振动参数通过整列车横向对比和单车历史对比的方式，直观有效的分析评判出动力学性能较差者或动力学性能有恶化趋势者，便于指导检修作业。

图4为本实施例的转向架状态监测装置应用于列车，对列车的转向架运行状态监测的应用示意图，为使本实施例的转向架状态监测装置更加清楚易懂，以下结合该应用示意图对本实施例的转向架状态监测装置进行详细说明，请参照图4，其中：

传感器单元41与列车的转向架相耦合，用于实时采集所述转向架的状态信息。

在本实施例中，该传感器单元41包括多组传感器，每一组传感器包括多个传感器，每一组传感器的多个传感器设置于每一个转向架的多个位置上，以便分别监测该转向架的各个位置上的对应特征的状态，获得各个特征对应的特征值。

例如，可以在转向架的轴箱上设置4个传感器，以监测轴箱的温度、加速度；可以在转向架的齿轮箱上设置2个传感器，以监测齿轮的温度、加速度；可以在转向架的构架侧面设置2个传感器，以监测构架的加速度；可以在转向架的车体底板设置2个传感器，以监测车体加速度；可以在转向架的接线盒设置1个传感器，以监测接线盒的环温。以上只是举例说明，本实施例并不以此作为限制。本实施例将设置于一个转向架上的多个传感器视为一组传感器，在本实施例中，假设每两个转向架对应一节车厢，而一列车包括多节车厢，因此，本实施例的传感器单元41包括多组传感器。

主机单元42与所述传感器单元41通过车厢级网络相连，用于获取所述传感器单元41采集的所述转向架的状态信息。

在本实施例中，一列车设置一个列车级主机和多个车厢级主机，该车厢级主机分别设置于一列车的每一节车厢的配电柜内，列车级主机可以设置在工程师车厢的配电柜内，该列车级主机可以和该工程师车厢的车厢级主机整合到一起。每一个车厢级主机与两组传感器相连，以获取设置于该车厢的两个转向架上的多个位置的两组传感器实时监测到的该两个转向架的状态信息。以上只是举例说明，本实施例并不以此作为限制。

本实施例的绝对评判装置(如图1所示)可以通过车厢级主机实现，在此不再赘述。

在本实施例中，每一个车厢级主机和两组传感器可以通过车厢级网络相连，但本实施例并不限制车厢级网络的类型。

在本实施例中，车厢级主机可以提供USB接口，以下载预定时间段，例如48小时的转向架的状态信息的原始数据。

在本实施例中，列车级主机可以配置显示器，与多个车厢级主机通过列车级网络相连，用于对所述多个车厢级主机获取的转向架的状态信息进行汇总和显示，本实施例并不限制列车级网络的类型。

在本实施例中，转向架的状态信息中包括了多个特征值，例如轴箱温度、轴箱速度、构架横向加速度、构架垂向加速度、车体横向加速度、车体垂向加速度、环温等。

在本实施例中，由于传感器是实时监测和传递该转向架的状态信息的，因此，可以通过曲线或直方图的形式在时间轴上显示各个特征值，但本实施例并不以此作为限制。

在本实施例中，该列车级主机可以提供一些下载接口，以便将存储的转向架的状态信息下载下来提供给分析单元43进行二次诊断。其中，下载接口可以是USB等有线接口，也可以是GPRS、WLAN等无线接口，本实施例并不以此作为限制。

分析单元43用于对所述列车级主机汇总的信息与内部存储的转向架的状态信息，也即历史数据进行比较和分析，获得所述转向架的状态分析结果。

在本实施例中，列车级主机汇总的信息即包括各个转向架的各个特征值。由于在列车运行的一个长期过程中，其转向架的状态、动力学性能可能会发生变化，并且这个变化可能是突变的，也可能是渐变的，因此，通过本实施例的传感器单元41、车厢级主机、列车级主机在不同时间的运行过程中获得的转向架的状态信息的值，进行一个时间阶段内的历史数据比较，能够更直观的分析出各个特征值的变化趋势，本实施例的分析单元43将各个转向架的历史状态信息保存下来，以作为判断转向架的使用情况的依据。

本实施例的相对评判装置(如图2所示)可以通过分析单元43实现，在此不再赘述。

图5A为根据本实施例提供的转向架状态监测系统获得的整列车车辆的垂向平稳性值对比直方图，横坐标是车厢号，代表列车的每节车厢的前后两个转向架(称为一端二端)，纵坐标是转向架的垂向平稳性特征值。图5B为根据本实施例提供的转向架状态监测系统获得的单车车辆的垂向平稳性值历史对比直方图，横坐标是日期，代表在不同日期的同一车厢的前后两个转向架(称为一端二端)，纵坐标代表单节车厢转向架垂向平稳性特征值。根据图5A和图5B的比较可知，通过本实施例提供的转向架状态监测系统，可以直观的了解整列列车的车辆垂向平稳性值的横向比较和单节车厢的车辆垂向平稳性值的历史变化对比。

由于转向架具有复杂的动力学系统结构，其振动状态表现与故障定位并不直接关联，列车运行线路与环境不同也对转向架振动状态表现有一定的影响，目前很难仅用同一标准的参数限定值来判断转向架的动力学性能是否恶化。而且，转向架动力学性能出现问题往往有一个渐变的过程，是随着列车运行时间过程逐渐显露出来。本实施例提供的转向架状态监测系统可以采用相对评判和绝对评判两种方法来对转向架的状态进行综合评测诊断。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种转向架状态的绝对评判装置，其特征在于，所述装置包括：

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述获取单元包括：

信号调理模块，用于去除所述传感器采集到的转向架的状态信息的原始信号中的干扰噪声信号，转换成所述装置能够识别的标准信号。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

显示单元，用于实时显示所述获取单元获取到的所述转向架的多个位置的温度值和所述报警单元生成的报警信息。

5.根据权利要求1或4所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

存储单元，用于存储所述获取单元获取到的所述转向架的多个位置的温度值和振动值以及或者所述报警单元生成的报警信息。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

传输单元，用于将所述存储单元存储的所述转向架的多个位置的温度值和振动值以及或者所述报警信息传输出去。

7.一种转向架状态的相对评判装置，其特征在于，所述装置包括：

纵向对比单元，用于将所述列车的每一节车厢的转向架的各个位置的振动值与该车厢的历史数据进行对比，生成每一节车厢的振动值对比结果。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

显示单元，用于显示所述各节车厢的温度值对比结果、各节车厢的振动值对比结果以及所述每一车厢的振动值历史对比结果。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

存储单元，用于存储所述接收单元接收到的所述列车的所有车厢的转向架的多个位置的温度值和所述转向架的振动值以及或者所述横向对比单元和所述纵向对比单元的对比结果。

10.一种转向架状态监测装置，其特征在于，所述装置包括绝对评判装置和相对评判装置，其中：

纵向对比单元，用于将所述列车的每一车厢的转向架的各个位置的转向架的振动值与该车厢的历史数据进行对比，生成每一车厢的振动值对比结果。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述绝对评判装置和所述相对评判装置通过有线或无线方式连接，其中：

所述有线方式包括USB连接、CAN网络连接或以太网连接；

所述无线方式包括WLAN网络连接、GPRS网络连接。