CN102879134A

CN102879134A - 列车轮轨接触力无线检测装置

Info

Publication number: CN102879134A
Application number: CN2012103623946A
Authority: CN
Inventors: 陈建政; 邓霏; 张兵; 杨樊
Original assignee: Southwest Jiaotong University
Current assignee: Southwest Jiaotong University
Priority date: 2012-06-11
Filing date: 2012-09-26
Publication date: 2013-01-16

Abstract

本发明涉及一种列车轮轨接触力无线检测装置，由传感器单元、时间数字转换单元、数据采集单元、数据存储单元、高速无线网络传输模块、数据处理与分析软件等组成；传感器单元主要由应变片根据不同的测试需要通过不同的组桥方式组成；时间数字转换模块主要是把与传感器模拟信号相对应的时间信息转化为数字信号；数据采集单元同时实现8路数字信号的采集；数据存储单元对采集到的数据进行实时存储；高速无线网络传输模块实现轮轨接触力无线数据传输与处理；数据处理与分析软件模块用于对轮轨接触力试验数据的分析与处理。

Description

列车轮轨接触力无线检测装置

技术领域

本发明涉及电气检测领域，具体涉及一种轮轨接触力无线检测方法与装置。

背景技术

轮轨接触力的确定是研究轮轨关系的基础，车轮与轨道间的相互作用力直接影响着铁路行车安全、轮轨的磨损及维修，也是评价转向架性能、机车车辆运行品质必不可少的参数。轮轨力的测量主要是测量横向力和垂向力，通过实时监测和数据处理分析，记录列车运行时轮轨间的横向力、垂向力和作用点位置，通过对采集数据进行处理分析，可以得到最大横向力、最大垂向力、脱轨系数和轮重减载率等判断车辆脱轨的指标，对车辆的安全监控是最直接最有效的手段。因此，研制高速列车轮轨接触力软硬件监测系统，实现实时监测具有重要意义。

目前，国内对轮轨接触力也有了一定的研究，但基本都是基于理论方法和仿真试验。在国外已使用的轮轨力测试方法中：德国采用轴测法，成本低、装备简单，但测量频带窄，且对力的作用点位置不敏感，误差较大；英国的辐条轮对精度高但成本高且与实际使用的轮对有一定差异；而且，现有的测量方法与装置，主要是通过有线的方式来传输数据的，如集流环，这样会引入额外的干扰，降低测量精度，同时，通过有线数据传输方式的测量装置，只能应用于室内的轮轨接触力标定试验台，不能检测实际线路上的轮轨接触力。

发明内容

本发明的目的在于解决上述技术中所存在的不足，提供一种新颖的在线无线轮轨接触力测量的试验装置，以便在实际线路上对轮轨接触力进行在线监控。

本发明所提供的列车轮轨接触力无线检测装置，由传感器单元、时间数字转换单元、数据采集单元、数据存储单元、高速无线网络传输模块、数据处理与分析单元组成；传感器单元主要由应变片根据不同的测试需要通过不同的组桥方式组成；时间数字转换模块主要是把与传感器模拟信号相对应的时间信息转化为数字信号；数据采集单元同时实现8路数字信号的采集；数据存储单元对采集到的数据进行实时存储；高速无线网络传输模块实现轮轨接触力无线数据传输与处理；数据处理与分析软件模块用于对轮轨接触力试验数据的分析与处理；所述的传感器模块由应变片根据不同的测试需要通过不同的组桥方式组成。

所述的时间数字转换单元、数据采集单元、数据存储单元、高速无线传输模块被封装在一个小盒子内，固定在轮对上，具体的位置可以更具需要固定在辐板或者车轴上。

所述的时间数字转换模块允许半桥、全桥、并联全桥、惠斯通桥、四驱桥等数种组桥方式，可以根据需要选择，以满足低功耗、高精度的要求。

所述的测试装置使用了高速无线传输模块进行采集系统的控制与数据的实时传输。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本装置不仅可以进行试验台标定，还可以在实际工况下进行试验。最大的优点在于可以在实际线路上对轮轨接触力进行实时的监测评价。

2、本装置采用时间数字转换模块，应变的测量本身是通过测量应变电阻放电时间来间接体现，时间测量是通过高精度内部时间单元完成，能耗小，精度高。

3、本装置中加入了无线传输模块，利用该模块可以避免繁杂的布线，便于进行采集系统的安装和控制，特别适用于全封闭的高速动车组。

4、本装置的无线传输系统是由高速无线网络组成，速度达到2Mbps/S，能对所有的采集数据进行实时的、可靠的传输.

附图说明

图1是本发明列车轮轨接触力无线检测装置的系统结构示意图

图2是本发明列车轮轨接触力无线检测装置的应变片贴片位置意图

图3是本发明列车轮轨接触力无线检测装置的实例工作状态示意图

图4是本发明列车轮轨接触力无线检测装置在轮对辐板上的安装示意图、

图5是本发明列车轮轨接触力无线检测装置在轮对轴上的安装示意图

图例说明

1、小盒子

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步描述。

图1是本发明列车轮轨接触力无线检测装置的系统结构示意图：主要由应变传感器、时间数字转换单元、信号采集单元、数据存储单元、高速无线网络传输模块、数据处理与分析软件等组成；传感器模块主要由应变根据不同的测试需要通过不同的组桥方式组成；时间数字转换模块主要是把与传感器模拟信号相对应的时间信息转化为数字信号；数据采集单元同时实现8路数字信号的采集,数据存储单元把采集到的数据实时的存入SD卡中；高速无线网络是由2Mbps/S高速无线传输模块构建，以实现轮轨接触力无线数据传输与处理；数据处理与分析软件模块用于对轮轨接触力试验数据的分析与处理；

图2是本发明列车轮轨接触力无线检测装置的应变片贴片位置及组桥示意图:应变片在车轮内侧辐板的同一半径处进行径向贴片组桥。

图3是本发明列车轮轨接触力无线检测装置的实例工作状态示意图：应变片根据需要，通过不同的组桥方式组成应变传感器，应变传感器的测试参数包括车轮和钢轨之间的垂向力、横向力和作用点位置，其采样频率可以人工设置。时间数字转换单元通过测量应变片放电时间的方式，获得与应变大小相对于的数字量,本实施例采用ACAM公司的TDC芯片PS021来实现时间数字的转换。时间数字转换单元通过SPI高速总线与MCU通信，高速无线数据发送单元也是通过SPI高速总线与MCU通信，数据存储单元采用SD卡存储。

在射频无线传输网络处，需要将主控单元采集的数据传送给上位机(便携式仪器或手提电脑)。射频无线传输网络由两个无线收发模块组成，一个与信号采集端相连，负责接收监控终端的控制命令，并处理和转发来自采集器的数据,将采集数据发往监控终端，另一个通过USB与监控终端主机连接，负责发送命令，并将采集端传递的数据读取上来，以此实现轮轨接触力无线数据的实时传输与处理。本实施例的射频无线传输网络采用nanotron公司的nanoPAN 5375高性能射频模块来实现。通过验证，nanoPAN5375的通信速度可以达到2Mkbps,并且传输十分可靠。

图4是本发明列车轮轨接触力无线检测装置在轮对辐板上的安装示意图：时间数字转换单元、数据采集单元、数据存储单元、高速无线传输模块被封装在一个小盒子内，小盒子固定在轮对辐板上。

图5是本发明列车轮轨接触力无线检测装置在轮对轴上的安装示意图：时间数字转换单元、数据采集单元、数据存储单元、高速无线传输模块被封装在一个小盒子内，小盒子固定在轮对轴上。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域普通技术人员在所附权利要求的范围内不需要创造性的劳动就能做出的各种变形或修改仍属本专利的保护范围。

Claims

1.一种列车轮轨接触力无线检测装置，其特征在于，由传感器单元、时间数字转换单元、数据采集单元、数据存储单元、高速无线网络传输模块、数据处理与分析单元组成；传感器单元主要由应变片根据不同的测试需要通过不同的组桥方式组成；时间数字转换模块主要是把与传感器模拟信号相对应的时间信息转化为数字信号；数据采集单元同时实现8路数字信号的采集；数据存储单元对采集到的数据进行实时存储；高速无线网络传输模块实现轮轨接触力无线数据传输与处理；数据处理与分析软件模块用于对轮轨接触力试验数据的分析与处理。

2.根据权利要求1所述的列车轮轨接触力无线检测装置，其特征在于，所述的传感器模块由应变片根据不同的测试需要通过不同的组桥方式组成。

3.根据权利要求1所述的列车轮轨接触力无线检测装置，其特征在于所述的时间数字转换模块、信号采集与存储模块、高速无线网络传输模块被封装在一个小盒子内，固定在轮对上。

4.根据权利要求1所述的列车轮轨接触力无线检测方法与装置，其特征在于使用了高速无线网络传输模块进行采集系统的控制与数据的实时传输。

5.根据权利要求3所述的列车轮轨接触力无线检测方法与装置，其特征在于，所述封装小盒子可设置在下列部件之一上：辐板，车轴。