一种多系统融合的走行部监测系统

技术领域

本发明涉及列车状态监测技术领域，特别涉及一种多系统融合的走行部监测系统。

背景技术

走行部监测系统作为轨道车辆行走的医生，其功能主要是诊断走行部各关键部件的健康状态。常规走行部监测系统是由走行部监测主机、前置处理器和各部位复合传感器构成。现有的走行部监测系统功能不够齐全，信号传输失真严重，且监测灵敏度有待提升。有鉴于此，本申请的发明人经过深入研究，得到一种多系统融合的走行部监测系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种多系统融合的走行部监测系统，其具有功能齐全、抗干扰能力强且监测灵敏度高的优点。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种多系统融合的走行部监测系统，包括走行部监测主机、前置处理器、车体振动传感器、构架振动传感器、齿轮箱振动传感器、轴箱复合传感器、齿轮箱复合传感器和电机复合传感器，所述走行部监测主机安装于车厢屏柜内，所述前置处理器和所述车体振动传感器安装于车体底部，所述构架振动传感器、齿轮箱振动传感器、轴箱复合传感器、齿轮箱复合传感器和电机复合传感器安装于转向架上，所述车体振动传感器与所述走行部监测主机CAN通讯连接，所述构架振动传感器、齿轮箱振动传感器、轴箱复合传感器、齿轮箱复合传感器和电机复合传感器与所述前置处理器CAN通讯连接，所述前置处理器与所述走行部监测主机通过以太网连接，所述轴箱复合传感器、齿轮箱复合传感器和电机复合传感器包括连接器、尼龙软管和探头，所述尼龙软管连接所述连接器和所述探头，所述探头上设有振动加强件，所述振动加强件包括弹性支撑件和动作片，所述弹性支撑件包括柔性黏贴部、支撑部和敲击部，所述柔性黏贴部黏贴于所述探头的侧部，所述支撑部设于所述黏贴部上，所述动作片设于所述支撑部上，所述黏贴部上设有与所述敲击部对应设置的敲击孔。

在一个优选实施例中，所述走行部监测主机包括机箱和设于所述机箱中的电源板卡、转速板卡、数据采集板卡、MVB板卡、计算机板卡、平稳监测板卡和4G板卡。

在一个优选实施例中，所述探头中设有DS18B20数字温度芯片和压电陶瓷。

在一个优选实施例中，所述支撑部包括支撑杆和多个柔性金属丝，所述支撑杆的底部连接所述柔性黏贴部，所述柔性金属丝包括连续的上升段、弯折段和下降段，所述上升段连接所述支撑杆，所述动作片设于所述弯折段上，所述下降段的下端形成所述敲击部。

在一个优选实施例中，所述柔性黏贴片采用橡胶材料制成。

在一个优选实施例中，所述动作片设置为拱形，所述振动加强件设有多个，多个所述振动加强件环绕所述探头设置，多个所述振动加强件的所述动作片相互搭接，共同形成一个环形空间。

在一个优选实施例中，所述动作片包括硬质本体和设于所述硬质本体边缘的柔性边缘。

在一个优选实施例中，所述车体振动传感器、齿轮箱振动传感器和构架振动传感器包括绝缘板、传感器本体、绝缘垫圈、止动垫和绝缘螺栓，所述传感器本体设置为加速度传感器，所述绝缘板上设有连接螺孔，所述绝缘螺栓穿过所述绝缘垫圈、传感器本体和止动垫后与所述连接螺孔相配合。

与现有技术相比，本发明提供一种多系统融合的走行部监测系统，其融合了走行部故障诊断系统、脱轨检测系统、平稳性监测系统、失稳检测系统、轴温报警系统和车辆动力学分析系统六大系统所有功能，缩减了安装空间，保证功能齐全的条件下降低了成本；其系统布局合理，在保证了系统功能的条件下，传感器至前置处理器，前置处理器至主机之间的信号传输抗干扰能力更强，检测数据的准确性更高；其所设置的振动加强件能够有效增强复合传感器的振动检测灵敏度，振动加强件连接在探头的侧面，相当于在探头的外侧部形成了振动加强层，在工作的过程当中，当振动发生时，动作片由于是被弹性支撑的，其会产生振动，从而带动敲击部运动，敲击部在运动的过程当中敲击敲击孔，将振动传递给探头，敲击孔孔的设置能够减小敲击时产生的声音，从而能够避免噪音的过量产生。

附图说明

图1是本发明涉及一种多系统融合的走行部监测系统的结构示意图。

图2是本发明涉及一种多系统融合的走行部监测系统的走行部监测主机的内部结构以及与之配合的部件的结构示意图。

图3是本发明涉及一种多系统融合的走行部监测系统的复合传感器的结构示意图。

图4 是本发明涉及一种多系统融合的走行部监测系统的复合传感器的振动加强件的结构示意图。

图5是本发明涉及一种多系统融合的走行部监测系统的复合传感器的振动加强件的不带动作片的结构示意图。

图6是图5中A部分的放大结构示意图。

图7是本发明涉及一种多系统融合的走行部监测系统的前置处理器的结构示意图。

图8是本发明涉及一种多系统融合的走行部监测系统的振动传感器的结构示意图。

图中

走行部监测主机1；前置处理器2；车体振动传感器3；构架振动传感器4；齿轮箱振动传感器5；轴箱复合传感器6；齿轮箱复合传感器7；电机复合传感器8；电源板卡9；转速板卡10；数据采集板卡11；MVB板卡12；计算机板卡13；平稳监测板卡14；4G板卡15；连接器16；尼龙软管17；探头18；振动加强件19；动作片20；硬质本体21；柔性边缘22；柔性黏贴部23；敲击孔24；柔性金属丝25；上升段26；弯折段27；下降段28；敲击部29；绝缘板30；传感器本体31；绝缘垫圈32；止动垫33；绝缘螺栓34。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

如图1至与图8所示，一种多系统融合的走行部监测系统，包括走行部监测主机1、前置处理器2、车体振动传感器3、构架振动传感器4、齿轮箱振动传感器5、轴箱复合传感器6、齿轮箱复合传感器7和电机复合传感器8，所述走行部监测主机1安装于车厢屏柜内，所述前置处理器2和所述车体振动传感器3安装于车体底部，所述构架振动传感器4、齿轮箱振动传感器5、轴箱复合传感器6、齿轮箱复合传感器7和电机复合传感器8安装于转向架上，所述车体振动传感器3与所述走行部监测主机1CAN通讯连接，所述构架振动传感器4、齿轮箱振动传感器5、轴箱复合传感器6、齿轮箱复合传感器7和电机复合传感器8与所述前置处理器2CAN通讯连接，所述前置处理器2与所述走行部监测主机1通过以太网连接，所述轴箱复合传感器6、齿轮箱复合传感器7和电机复合传感器8包括连接器16、尼龙软管17和探头18，所述尼龙软管17连接所述连接器16和所述探头18，所述探头18上设有振动加强件19，所述振动加强件19包括弹性支撑件和动作片20，所述弹性支撑件包括柔性黏贴部23、支撑部和敲击部29，所述柔性黏贴部23黏贴于所述探头18的侧部，所述支撑部设于所述黏贴部上，所述动作片20设于所述支撑部上，所述黏贴部上设有与所述敲击部29对应设置的敲击孔24。

本实施例的一种多系统融合的走行部监测系统，其融合了走行部故障诊断系统、脱轨检测系统、平稳性监测系统、失稳检测系统、轴温报警系统和车辆动力学分析系统六大系统所有功能，缩减了安装空间，保证功能齐全的条件下降低了成本；其系统布局合理，在保证了系统功能的条件下，传感器至前置处理器2，前置处理器2至主机之间的信号传输抗干扰能力更强，检测数据的准确性更高；其所设置的振动加强件19能够有效增强复合传感器的振动检测灵敏度，振动加强件19连接在探头18的侧面，相当于在探头18的外侧部形成了振动加强层，在工作的过程当中，当振动发生时，动作片20由于是被弹性支撑的，其会产生振动，从而带动敲击部29运动，敲击部29在运动的过程当中敲击敲击孔24，将振动传递给探头18，敲击孔24孔的设置能够减小敲击时产生的声音，从而能够避免噪音的过量产生。

具体的，所述走行部监测主机1包括机箱和设于所述机箱中的电源板卡9、转速板卡10、数据采集板卡11、MVB板卡12、计算机板卡13、平稳监测板卡14和4G板卡15。

所述探头18中设有DS18B20数字温度芯片和压电陶瓷，其输出信号为电压信号，振动信号与输出的电压信号成线性关系，振动和温度供电电压均为DC12V。

在工作过程中，电源板卡9通过车辆提供的DC110V电源，将其转换成隔离的DC12V，为其他板卡提供电源。

所述车体振动传感器33、构架振动传感器44、齿轮箱振动传感器55采用MEMS数字芯片，传感器内部对采样数据进行低通滤波、采样和模数转换等功能。

前置处理器2接收数据采集板卡11传输过来的实时速度信号，对轴箱复合传感器6、齿轮箱复合传感器7和电机复合传感器8所传输的振动冲击信号进行等角度采样。

前置处理器2对轴箱复合传感器6、齿轮箱复合传感器7、电机复合传感器8所传输的温度信号进行等时采样，采样频率最高可设定10Hz。

前置处理器2将所有采集的信号转换成以太网，发送至数据采集板卡11中。

数据采集板卡11通过背板与计算板卡进行数据交互，数据采集板卡11将前置处理器2发送的数据进行汇总并发送至计算板卡中，通过计算板卡中内置的算法进行解析诊断，诊断结果通过计算板卡中的车辆控制以太网端口或者MVB板卡12发送至车辆TCMS，实现实时诊断功能。

数据采集板卡11通过背板与计算板卡进行数据交互，数据采集板卡11将前置处理器2发送的数据进行汇总并发送至计算板卡中，通过计算板卡中内置的算法进行解析诊断，诊断结果通过计算板卡中的车辆控制以太网端口或者MVB板卡12发送至车辆TCMS，实现实时诊断功能。

数据采集板卡11通过背板与计算板卡进行数据交互，数据采集板卡11将前置处理器2发送的数据进行汇总并发送至计算板卡中，通过计算板卡中内置的算法进行解析诊断，诊断结果通过计算板卡中的车辆控制以太网端口或者MVB板卡12发送至车辆TCMS，实现实时诊断功能。

计算板卡中融合了故障诊断算法、失稳算法、脱轨算法，可根据需求进行增减配置。

计算板卡中自带硬盘，可存储前置处理器2所传输的所有数据，通过背板接口，该数据可发送至4G板卡15中，以4G网络实时将数据发送至指定的云服务器内，实现远程实时监控的效果。

计算板卡通过内置算法诊断车辆是否脱轨，诊断结果通过背板发送至脱轨板卡中，脱轨信号通过继电器发送至列车紧急制动系统（EB）及列车控制系统（ATC）中，从而达到列车脱轨制动控制效果。

进一步，可将车体振动传感器3通过传输至前置处理器2中再通过数据采集板卡11发送至计算板卡中，从而可减少一张平稳检测板卡。

进一步，车体振动传感器3、构架振动传感器4和齿轮箱振动传感器5可采用模拟MEMS加速度计，传感器以电压信号发送至前置处理器2中，前置处理器2中内置低通滤波器、A/D采集器，将采集到的加速度信号转换成以太网发送至数据采集板卡11中，从而降低成本。

进一步，轴箱复合传感器6、齿轮箱复合传感器7和电机复合传感器8的温度部分可采用铂电阻PT100或PT1000，温度信号以电压信号方式进行传输，前置处理器2中增加A/D采集器，该方案可提高温度信号的采样频率及温度信号的精度。

具体的，所述车体振动传感器3、齿轮箱振动传感器5和构架振动传感器4包括绝缘板30、传感器本体31、绝缘垫圈32、止动垫33和绝缘螺栓34，所述传感器本体31设置为加速度传感器，所述绝缘板30上设有连接螺孔，所述绝缘螺栓34穿过所述绝缘垫圈32、传感器本体31和止动垫33后与所述连接螺孔相配合。

具体的，所述支撑部包括支撑杆和多个柔性金属丝25，所述支撑杆的底部连接所述柔性黏贴部23，所述柔性金属丝25包括连续的上升段26、弯折段27和下降段28，所述上升段26连接所述支撑杆，所述动作片20设于所述弯折段27上，所述下降段28的下端形成所述敲击部29。在这样的结构设置下，支撑部实现对动作片20的弹性支撑，并且在动作片20的带动下，能够产生敲击作用，并且由于其结构设置，在保证弹性支撑效果的同时具有较好的支撑性能，避免在动作的过程当中发生偏移，从而保证振动的规律性，保证传感器检测的准确性。

具体的，所述柔性黏贴片采用橡胶材料制成，其一方面由于其柔性的设置，使得其能够满足探头18表面形状的适应，另一方面产生较好的隔音效果，避免敲击过程当中产生过量噪音。

具体的，所述动作片20设置为拱形，所述振动加强件19设有多个，多个所述振动加强件19环绕所述探头18设置，多个所述振动加强件19的所述动作片20相互搭接，共同形成一个环形空间，在振动发生时，多个振动加强件19同时工作，能够有效提升振动的加强效果，同时由于环形空间的形成，更能够有效提升振动的传递效果。。

进一步，所述动作片20包括硬质本体21和设于所述硬质本体21边缘的柔性边缘22。硬质本体21能够使得其具有一定的质量，满足敲击所需要的力量要求，柔性边缘22的设置使得多个振动加强件19在动作时，相互之间不产生刚性碰撞，从而能够有效避免噪音的产生。

根据技术规范要求及市场需求，本系统需要实现轨道波磨检测、车辆轮对不圆检测（含轮对擦伤）、轴箱故障、齿轮箱故障、电机故障、车辆脱轨共6大类故障检测功能，同时能兼容车辆动力学分析功能。根据如上功能，制定如下数据存储/采集逻辑：

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。

上述对实施例的描述是为便于本技术领域的普通技术人员理解和使用本发明，熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。