CN102798413B - 一种铁道动态检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种铁道动态检测系统，包括数据感知单元、数据采集单元及数据处理单元。该系统能够完成对转向架轮轴可能产生的旋转不平衡和旋转不对中故障的实时诊断，对铁道机车车辆运行状态下转向架的轮对牵引电机轴承、转向架轮对轴承及牵引电机的传动齿轮的工作状态的实时监测，并可对可能产生的故障进行实时诊断。同时，利用振动的实时传递特性，通过获取由于铁路轨道损伤产生的铁道机车车辆运行时的振动冲击信号和由于铁路路基病害产生的铁道机车车辆运行时的振动冲击信号，对铁路轨道损伤和路基病害进行监测。与传统的铁道检测系统相比，本发明不仅能够对铁道机车车辆的故障进行全面诊断，而且检测效率高。

Description

一种铁道动态检测系统

技术领域

本发明涉及铁道机车车辆的运行安全检测领域，尤其涉及一种铁道动态检测系统。

背景技术

列车是交通和运输的重要工具，它具有运输量大、速度快、便捷、安全系数高、线路固定及时间和停靠站统一编组运行的特点。如何采取有效的管理和技术手段保障铁道机车车辆、铁路轨道以及铁路路基的安全，以保障列车无故障隐患的进入运行状态，防止出现人身财产安全事故，成为铁路工作的重点。

以铁道机车车辆为动车组列车为例，铁道的检测包括动车组安全检测、铁路轨道的损伤监测及铁路路基病害监测三部分。目前，动车组的安全检测仍以常规的温度监测仪为主，也有若干振动监测及故障诊断仪，但是它们都没有对转向架的关键部件轮轴的旋转振动特性进行监测，无法对轮轴的旋转不平衡、不对中等故障进行诊断判别，因此，仍有部分动车组故障产生了漏判。铁路轨道的损伤监测以传统的手推式探伤仪和大型探伤车为主，随着列车速度的提高和轴重的增加，钢轨轨道损伤的发展速度也相应加快，加之行车密度大，传统的探伤设备效率太低，已不能适应铁路的发展的需要。而新开发的超声波铁路轨道损失的检测技术存在检测速度慢等一系列问题。铁路路基病害监测采用轻型动力触探、地质雷达、瞬态面波法和取土试验等多种手段对路基进行试验，从而获取路基的病害信息，但是，这种监测方法工作量大且监测效率低，将逐渐滞后于铁路高速发展的需求。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种铁道动态检测系统，其解决了传统铁道检测系统对铁道机车车辆的故障不能全面诊断，以及对铁路轨道损伤和铁路路基病害的检测效率低的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种铁道动态检测系统，包括数据感知单元、数据采集单元及数据处理单元；

所述数据感知单元设置于转向架上，用于实时探测转向架轮轴的转速信号、转向架的轮对牵引电机轴承的温度信号和振动信号、转向架轮对轴承的温度信号和振动信号及牵引电机的传动齿轮的温度信号和振动信号，并输出给数据采集单元；

所述数据采集单元用于将输入的所述转速信号、温度信号和振动信号转换为数据处理单元可以识别的标准信号，并输出给数据处理单元；

所述数据处理单元用于将输入的所述标准信号转换为数字信号，并对该数字信号进行分析，获得转向架轮轴、转向架的轮对牵引电机轴承、转向架轮对轴承及牵引电机的传动齿轮的状态信息和故障信息。

特别地，所述数据感知单元还用于

实时探测由于铁路轨道损伤产生的铁道机车车辆运行时的振动冲击信号；该振动冲击信号经过数据采集单元处理后输入数据处理单元处理，获得铁路轨道的损伤信息。

特别地，所述数据感知单元进一步用于

实时探测由于铁路路基病害产生的铁道机车车辆运行时的振动冲击信号；该振动冲击信号经过数据采集单元处理后输入数据处理单元处理，获得铁路路基病害信息。

特别地，所述数据处理单元还用于

分析转向架轮轴、转向架的轮对牵引电机轴承、转向架轮对轴承及牵引电机的传动齿轮的状态信息，对可能存在的故障进行预警。

特别地，所述数据感知单元具体包括：转速传感器、电机轴承温度传感器、电机轴承振动传感器、轮对轴承温度传感器、轮对轴承振动传感器、电机齿轮温度传感器、电机齿轮振动传感器、轨道损伤振动传感器及路基病害振动传感器；

所述转速传感器用于实时探测转向架轮轴的转速信号；

所述电机轴承温度传感器和电机轴承振动传感器分别用于实时探测转向架的轮对牵引电机轴承的温度信号和振动信号；

所述轮对轴承温度传感器和轮对轴承振动传感器分别用于实时探测转向架轮对轴承的温度信号和振动信号；

所述电机齿轮温度传感器和电机齿轮振动传感器分别用于实时探测电机齿轮温度传感器及电机齿轮振动传感器；

所述轨道损伤振动传感器设置于转向架上，用于实时探测由于铁路轨道损伤产生的铁道机车车辆运行时的振动冲击信号；

所述路基病害振动传感器设置于转向架上，用于实时探测由于铁路路基病害产生的铁道机车车辆运行时的振动冲击信号。

本发明能够实时监测铁道机车车辆运行过程中转向架轮轴转速信息及转向架的轮对牵引电机轴承、转向架轮对轴承、牵引电机的传动齿轮的温度信息和振动信息，并对转向架轮对牵引电机轴承的故障、转向架轮对轴承的故障、牵引电机的传动齿轮故障及转向架轮轴旋转不平衡和不对中故障进行实时在线诊断。同时，利用振动的实时传递特性，通过获取由于铁路轨道损伤产生的铁道机车车辆运行时的振动冲击信号和由于铁路路基病害产生的铁道机车车辆运行时的振动冲击信号，对铁路轨道损伤和路基病害进行监测。本发明有效解决了传统铁道检测系统对铁道机车车辆的故障不能全面诊断，以及对铁路轨道损伤和铁路路基病害的检测效率低的问题。

附图说明

图1为本发明实施例提供的铁道动态检测系统的结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

请参照图1所示，图1为本发明实施例提供的铁道动态检测系统的结构图。

本实施例中铁道动态检测系统包括数据感知单元101、数据采集单元102及数据处理单元103。所述数据感知单元101包括：转速传感器1011、电机轴承温度传感器1012、电机轴承振动传感器1013、轮对轴承温度传感器1014、轮对轴承振动传感器1015、电机齿轮温度传感器1016、电机齿轮振动传感器1017、轨道损伤振动传感器1018及路基病害振动传感器1019。所述数据采集单元102选用信号采集器。

所述数据感知单元101设置于转向架上，用于实时探测转向架轮轴的转速信号、转向架的轮对牵引电机轴承的温度信号和振动信号、转向架轮对轴承的温度信号和振动信号及牵引电机的传动齿轮的温度信号和振动信号，并输出给数据采集单元102。

需要说明的是，本实施例中转向架轮轴、转向架的轮对牵引电机轴承、转向架轮对轴承及牵引电机的传动齿轮均为转向架结构的一部分。转速传感器1011用于实时探测转向架轮轴的转速信号。电机轴承温度传感器1012和电机轴承振动传感器1013分别用于实时探测转向架的轮对牵引电机轴承的温度信号和振动信号。轮对轴承温度传感器1014和轮对轴承振动传感器1015分别用于实时探测转向架轮对轴承的温度信号和振动信号。电机齿轮温度传感器1016和电机齿轮振动传感器1017分别用于实时探测电机齿轮温度传感器1016及电机齿轮振动传感器1017。

由于振动具有实时传递特性，而且由于铁路轨道损伤产生的铁道机车车辆运行时的振动冲击信号和由于铁路路基病害产生的铁道机车车辆运行时的振动冲击信号的振动特性不同，因此可以通过探测振动冲击信号对铁路轨道的损伤情况和铁路路基的病害情况的进行监测。

所述数据感知单元101还用于实时探测由于铁路轨道损伤产生的铁道机车车辆运行时的振动冲击信号；该振动冲击信号经过数据采集单元102处理后输入数据处理单元103处理，获得铁路轨道的损伤信息。

数据感知单元101通过设置于转向架上的轨道损伤振动传感器1018，实时探测由于铁路轨道损伤产生的铁道机车车辆运行时的振动冲击信号。

所述数据感知单元101进一步用于实时探测由于铁路路基病害产生的铁道机车车辆运行时的振动冲击信号；该振动冲击信号经过数据采集单元102处理后输入数据处理单元103处理，获得铁路路基病害信息。

数据感知单元101通过设置于转向架上的路基病害振动传感器1019，实时探测由于铁路路基病害产生的铁道机车车辆运行时的振动冲击信号。

所述数据采集单元102用于将输入的所述转速信号、温度信号、振动信号及振动冲击信号转换为数据处理单元可以识别的标准信号，并输出给数据处理单元103。

因为数据感知单元101探测到的转速信号、温度信号、振动信号及振动冲击信号不易处理和控制，所以数据感知单元101探测到的所有信号均要通过数据采集单元102转换为数据采集单元可以识别的标准信号。在实际应用中，数据采集单元102的种类有很多，本实施例中选用信号采集器。

所述数据处理单元103用于将输入的所述标准信号转换为数字信号，并对该数字信号进行分析，获得转向架轮轴、转向架的轮对牵引电机轴承、转向架轮对轴承及牵引电机的传动齿轮的状态信息和故障信息，以及铁路轨道的损伤信息和铁路路基病害信息，既实现了对转向架轮轴、转向架的轮对牵引电机轴承、转向架轮对轴承及牵引电机的传动齿轮的在线监测和故障诊断，又实现了对铁路轨道损伤和铁路路基病害的实时监测。另外，当数据处理单元103获得转向架轮轴、转向架的轮对牵引电机轴承、转向架轮对轴承及牵引电机的传动齿轮的状态信息后，还将对该状态信息进一步分析，从而对转向架轮轴、转向架的轮对牵引电机轴承、转向架轮对轴承及牵引电机的传动齿轮可能存在的故障进行预警。

以铁道机车车辆为动车组列车为例。数据处理单元103利用频谱、倒频谱技术完成对动车组运行状态下转向架的轮对牵引电机轴承、转向架轮对轴承及牵引电机的传动齿轮的振动情况的实时监测，并对可能产生的故障进行实时诊断，当存在故障时，及时依照我国的国标GB11347-89和国际标准ISO3945给予预警。其中，GB11347-89为我国的大型旋转机械振动烈度现场测量与评定标准，ISO3945为国际的大型旋转机械振动烈度现场测量与评定标准。数据处理单元103对转向架轮轴的转速进行分析，获得转向架轮轴的轴心轨迹，完成对转向架轮轴可能产生的旋转不平衡和旋转不对中故障的实时诊断。数据处理单元103利用振动冲击识别技术完成对铁路轨道损伤和铁路路基病害的实时监测。

本发明的技术方案能够完成对转向架轮轴可能产生的旋转不平衡和旋转不对中故障的实时诊断，对动车组运行状态下转向架的轮对牵引电机轴承、转向架轮对轴承及牵引电机的传动齿轮的工作状态的实时监测，并可对可能产生的故障进行实时诊断。同时，利用振动的实时传递特性，通过获取由于铁路轨道损伤产生的铁道机车车辆运行时的振动冲击信号和由于铁路路基病害产生的铁道机车车辆运行时的振动冲击信号，对铁路轨道损伤和路基病害进行监测。与传统的铁道检测系统相比，本发明不仅能够对铁道机车车辆的故障进行全面诊断，而且检测效率高。

上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种铁道动态检测系统，其特征在于，包括数据感知单元、数据采集单元及数据处理单元；

所述数据感知单元设置于转向架上，用于实时探测转向架轮轴的转速信号、转向架的轮对牵引电机轴承的温度信号和振动信号、转向架轮对轴承的温度信号和振动信号及牵引电机的传动齿轮的温度信号和振动信号，并输出给数据采集单元；

所述数据采集单元用于将输入的所述转速信号、温度信号和振动信号转换为数据处理单元可以识别的标准信号，并输出给数据处理单元；

所述数据处理单元用于将输入的所述标准信号转换为数字信号，并对该数字信号进行分析，获得转向架轮轴、转向架的轮对牵引电机轴承、转向架轮对轴承及牵引电机的传动齿轮的状态信息和故障信息；

所述数据感知单元还用于实时探测由于铁路轨道损伤产生的铁道机车车辆运行时的振动冲击信号；该振动冲击信号经过数据采集单元处理后输入数据处理单元处理，获得铁路轨道的损伤信息；

所述数据感知单元进一步用于实时探测由于铁路路基病害产生的铁道机车车辆运行时的振动冲击信号；该振动冲击信号经过数据采集单元处理后输入数据处理单元处理，获得铁路路基病害信息；

所述数据感知单元具体包括：转速传感器、电机轴承温度传感器、电机轴承振动传感器、轮对轴承温度传感器、轮对轴承振动传感器、电机齿轮温度传感器、电机齿轮振动传感器、轨道损伤振动传感器及路基病害振动传感器；

所述转速传感器用于实时探测转向架轮轴的转速信号；

所述电机轴承温度传感器和电机轴承振动传感器分别用于实时探测转向架的轮对牵引电机轴承的温度信号和振动信号；

所述轮对轴承温度传感器和轮对轴承振动传感器分别用于实时探测转向架轮对轴承的温度信号和振动信号；

所述电机齿轮温度传感器和电机齿轮振动传感器分别用于实时探测电机齿轮温度传感器及电机齿轮振动传感器；

所述轨道损伤振动传感器设置于转向架上，用于实时探测由于铁路轨道损伤产生的铁道机车车辆运行时的振动冲击信号；

所述路基病害振动传感器设置于转向架上，用于实时探测由于铁路路基病害产生的铁道机车车辆运行时的振动冲击信号。

2.根据权利要求1所述的铁道动态检测系统，其特征在于，所述数据处理单元还用于

分析转向架轮轴、转向架的轮对牵引电机轴承、转向架轮对轴承及牵引电机的传动齿轮的状态信息，对可能存在的故障进行预警。