CN106289822A - 一种列车故障检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种列车故障检测系统，包括：传感器组、集线器和信号处理器；所述传感器组用于实时采集列车走行部各个检测点对应的运行状态信号，并通过所述集线器将所述运行状态信号发送给所述信号处理器；所述信号处理器对接收的每一个运行状态信号进行时域分析，判断每一个所述运行状态信号对应的检测点是否存在故障；以及对于存在故障的检测点，获取该检测点对应的运行状态信号中携带的冲击信号，依据所述冲击信号对应的频率，通过查询预设的频率与位置对应关系，可以确定存在故障的检测点上发生故障的具体位置，从而简化了维修人员再次复查的过程，提高了维修效率。

Description

一种列车故障检测系统及方法

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，更具体的说，是涉及一种列车故障检测系统及方法。

背景技术

随着国内各大城市轨道交通的建设发展，列车的运行密度和速度也越来越大，其营运安全问题也显得越来越突出，由于列车在运行中频繁启动和制动，列车走行部的工况非常严酷，在运行过程中极易造成部件疲劳，如车轮踏面容易严重擦伤，走行部轴承和传动齿轮容易疲劳，电机轴承故障等，因此，需要对列车走行部的健康状态进行检测，以防止事故发生。目前列车走行部的监控系统一般是通过在列车走行部的不同检测点上设置传感器，以对列车走行部的健康状态进行检测。

发明人经过研究发现，通过设置传感器，可以对列车走行部各个检测点是否存在故障进行有效预警，但是当检测点存在故障时，不能准确给出检测点上发生故障的具体位置，需要维修人员再次复查，以确定各检测点上发生故障的具体位置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种列车故障检测系统及方法，当列车走行部的检测点存在故障时，能够准确给出检测点上发生故障的具体位置，简化了维修人员再次复查的过程，提高了维修效率。

一种列车故障检测系统，包括：传感器组、集线器和信号处理器；

所述传感器组包括多个传感器，所述多个传感器分别设置在列车走行部的各个检测点上，每一个所述传感器用于实时采集其所在检测点对应的运行状态信号；

所述集线器，用于将每一个所述传感器采集的运行状态信号发送到所述信号处理器；

所述信号处理器，用于对接收的每一个所述运行状态信号进行时域分析，判断每一个所述运行状态信号对应的检测点是否存在故障；以及对于存在故障的检测点，获取该检测点对应的运行状态信号中携带的冲击信号，依据所述冲击信号对应的频率，通过查询预设的频率与位置对应关系，确定存在故障的检测点上发生故障的具体位置。

上述的系统，优选的，所述列车走行部的各个检测点上至少设置一个传感器。

上述的系统，优选的，所述传感器组包括：多个振动传感器和/或多个麦克风传感器。

上述的系统，优选的，所述集线器采用无线传输的方式与所述信号处理器进行通信。

上述的系统，优选的，还包括：远程服务器，所述远程服务器用于存储所述信号处理器传输的携带具体故障位置信息的数据处理结果。

上述的系统，优选的，所述远程服务器实时通过运营商的蜂窝网络接收所述信号处理器传输的数据处理结果。

上述的系统，优选的，还包括：至少一个转速传感器；所述转速传感器与所述集线器相连接，用于采集列车走行部的速度信号。

一种列车故障检测方法，包括：

获取列车走行部各个检测点上对应的运行状态信号；

对每一个所述运行状态信号进行时域分析；判断每一个所述运行状态信号对应的检测点是否存在故障；

以及对于存在故障的检测点，获取该检测点对应的运行状态信号中携带的冲击信号；依据所述冲击信号对应的频率，通过查询预设的频率与位置对应关系，确定存在故障的检测点上发生故障的具体位置。

与现有技术相比，本发明包括以下优点：

本发明提供一种列车故障检测系统，包括：所述传感器组包括多个传感器，所述多个传感器分别设置在列车走行部的各个检测点上，每一个所述传感器用于实时采集其所在检测点对应的运行状态信号；所述集线器，用于将每一个所述传感器采集的运行状态信号发送到所述信号处理器；所述信号处理器，用于对接收的每一个所述运行状态信号进行时域分析，判断每一个所述运行状态信号对应的检测点是否存在故障；以及对于存在故障的检测点，获取该检测点对应的运行状态信号中携带的冲击信号，依据所述冲击信号对应的频率，通过查询预设的频率与位置对应关系，确定存在故障的检测点上发生故障的具体位置。本发明中，通过对每一个传感器采集的运行状态信号进行时域分析，可以确定出存在故障的检测点；对于存在故障的检测点，获取该检测点对应的运行状态信号中携带的冲击信号，依据所述冲击信号对应的频率，通过查询预设的频率与位置对应关系，可以确定存在故障的检测点上发生故障的具体位置，从而简化了维修人员对故障位置再次复查的过程，提高了维修效率。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种列车故障检测系统的结构示意图；

图2为本发明提供的一种列车故障检测系统的一结构示意图；

图3为本发明提供的一种列车故障检测方法的方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参考图1，示出了本发明实施例提供的一种列车故障检测系统的结构示意图，所述系统包括：传感器组、集线器和信号处理器；

所述传感器组包括多个传感器，所述多个传感器分别设置在列车走行部的各个检测点上，每一个所述传感器用于实时采集其所在检测点对应的运行状态信号；

所述集线器，用于将每一个所述传感器采集的运行状态信号发送到所述信号处理器；

所述信号处理器，用于对接收的每一个所述运行状态信号进行时域分析，判断每一个所述运行状态信号对应的检测点是否存在故障；以及对于存在故障的检测点，获取该检测点对应的运行状态信号中携带的冲击信号，依据所述冲击信号对应的频率，通过查询预设的频率与位置对应关系，确定存在故障的检测点上发生故障的具体位置。

通过应用本发明提供的系统，对每一个传感器采集的运行状态信号进行时域分析，可以确定出存在故障的检测点；对于存在故障的检测点，获取该检测点对应的运行状态信号中携带的冲击信号，依据所述冲击信号对应的频率，通过查询预设的频率与位置对应关系，可以确定存在故障的检测点上发生故障的具体位置，从而简化了维修人员对故障位置再次复查的过程，提高了维修效率。

在本发明提供的系统中，所述列车走行部的各个检测点上至少设置一个传感器。

其中，可以在列车走行部的齿轮箱、电机、轴箱轴承等上设置检测点，在不同的检测点上至少设置一个传感器，所述传感器可以为振动传感器，也可以为麦克风传感器，也可以同时设置集成振动和麦克风的传感器。例如，在列车走行部每条轮对的齿轮箱两侧均设置振动传感器，在轴箱两端均设置振动传感器和麦克风传感器。

在本发明提供的系统中，所述传感器组包括：多个振动传感器和/或多个麦克风传感器。

其中，当所述传感器组为多个振动传感器时，在列车走行部每条车轮轮对的轴箱两端、齿轮箱两端和电机轴端均安装一个振动传感器。

例如，对于齿轮箱的故障位置检测，将振动传感器安装在齿轮箱两端，当齿轮出现缺陷时(比如掉齿)，转动时必然会出现周期性的冲击信号，而大齿轮缺陷与小齿轮缺陷的冲击周期不同，通过振动传感器采集到的冲击信号，可以计算得到冲击频率，通过查询预设的频率与位置对应关系，可以确定齿轮箱存在故障的位置；同理，对于电机、轴箱轴承的故障位置检测，也可以通过安装的振动传感器实现。

当所述传感器组为多个麦克风传感器时，在列车走行部每条车轮轮对的轴箱两端、齿轮箱两端和电机轴端均安装一个麦克风传感器。

例如：当轴承存在故障时，若轴承转动，人耳能听到异响，即声音的频率及强度发生了变化。故采用麦克风传感器用于采集列车运行过程中的声音信号，分析其时域指标(峰值、峭度值、均方根等)的变化，可以判断轴承是否存在故障；对存在故障的轴承，再获取其声音信号中的冲击信号进行包络谱分析，分析各次冲击之间的周期性，该周期对应的频率称为特征频率，而不同位置的特征频率不同，通过求出的特征频率与不同位置计算出来的特征频率进行匹配，即可确认故障位置。

当所述传感器组为多个振动传感器和多个麦克风传感器时，可以在轴箱两端安装集成振动和麦克风的传感器，在齿轮箱两端、电机轴端均安装振动传感器。

例如，对于轴箱轴承的故障位置检测，主要通过振动传感器来实现，麦克风传感器作为辅助，当轴承内部存在缺陷时，轴承在转动时会不断产生冲击信号，其中轴承分为外圈、内圈、滚动体、保持架，假设为外圈缺陷，当滚动时会在缺陷处产生冲击，而不同位置缺陷产生冲击的频率不一样，且与转速相关；通过振动传感器采集到该冲击信号并进行时域分析，即可确认轴承是否存在故障，再对采集的冲击信号进行包络谱分析，即可判断出与振动信号相对应的轴承故障位置。同时，若轴承存在缺陷，当它转动时会发出异响，通过麦克风传感器采集声音信号进行时域分析，同时对声音信号中的冲击信号进行包络谱分析，即可判断出与声音信号相对应的轴承故障位置，通过比较2个故障位置是否一致，可极大降低误判的概率。

对于踏面的故障位置检测主要通过安装在轴箱处的振动传感器和麦克风传感器来进行检测。假设踏面存在表面剥离，当该处与钢轨接触时会产生冲击信号被振动传感器所接收，同时，麦克风传感器的信号也会发生变化，而不同位置的缺陷声音信号不同，综合分析两种信号即可确认踏面缺陷类型与位置。同时，结合麦克风传感器还能消除由于钢轨接缝等因素造成误判的可能性。

通过在同一检测点上设置集成振动和声音的传感器，综合判断同一检测点的损伤情况，可以降低系统误判，故障检测的准确性得到提高。

在本发明提供的系统中，所述集线器采用无线传输的方式与所述信号处理器进行通信。

其中，所述集线器安装在转向架上，用于传感器组的接入，实际使用时根据每个转向架轮对数量的变化可相应增加集线器的个数来实现系统的扩展。为了减小系统安装与维护的工作量，集线器与信号处理器之间采用无线方式进行数据传输，集线器的供电采用安装在车下的自发电装置提供，使用列车运行过程中的动能进行发电。。

所述集线器与所述信号处理器之间的通信可以使用wifi，信号处理器作为热点，各集线器上电后自动进行连接。

通过无线数据传送方式减少了设备繁杂的接线问题，有效提高的数据传输过程中的抗干扰性能，提高了系统的可靠性。

在本发明提供的系统中，所述信号处理器，用于对接收的每一个所述运行状态信号进行时域分析，判断每一个所述运行状态信号对应的检测点是否存在故障；以及对于存在故障的检测点，获取该检测点对应的运行状态信号中携带的冲击信号，依据所述冲击信号对应的频率，通过查询预设的频率与位置对应关系，确定存在故障的检测点上发生故障的具体位置。

其中，所述信号处理器，用于对接收的每一个运行状态信号进行时域分析，得到每一个运行状态信号对应的时域指标参数值，例如峰值、峭度值、均方根等，由于不同检测点在正常运行与故障运行的情况下所对应的运行状态信号，其时域指标参数值会有较大变化，由此可以初步判断出存在故障的检测点；对于存在故障的检测点，获取该检测点对应的运行状态信号中携带的冲击信号，依据所述冲击信号对应的频率，通过查询预设的频率与位置对应关系，可以确定存在故障的检测点上发生故障的具体位置。

例如，当轴承故障的情况下，设置在轴承上的传感器所采集的运行状态信号包含冲击信号、共振信号、正常的振动信号，冲击信号可以反映出轴承的故障信息，需要通过算法提取出该冲击信号。由于正常振动信号及轴承零件的共振信号均为限带信号，需要从高于这些信号频率的频段着手，可以对传感器采集的信号进行电子谐振，其中谐振频率高于非冲击信号的最高频率，从而将非冲击信号抑制，将冲击信号增强，得到周期性出现的冲击信号，再对采集到的所述冲击信号进行包络谱分析，主要是分析各次冲击信号之间的周期性，该周期对应的频率称为特征频率，而不同位置(外圈、内圈、滚动体)的特征频率不同，通过求出的特征频率与不同位置计算出来的特征频率进行匹配，即可确认故障位置。

在本发明提供的系统中，还包括：远程服务器，所述远程服务器用于存储所述信号处理器传输的携带具体故障位置信息的数据处理结果。

其中，所述远程服务器主要用于接收信号处理器传输的处理数据，并存储，以方便用户进行数据管理，其中处理数据可以以报表的形式存储，当监测到处理数据中存在故障数据时，开启报警工具，进行报警，以及时提醒维修人员进行维修。

所述信号处理器与所述远程服务器之间的数据传输可以实时通过运营商的蜂窝网络进行数据传输；也可以在列车入库时与安装在入库线的设备进行通信，完成数据传输；也可以在列车停靠时人工进行数据拷贝。

在本发明提供的系统中，所述远程服务器实时通过运营商的蜂窝网络接收所述信号处理器传输的数据处理结果。

在本发明提供的系统中，还包括：至少一个转速传感器；所述转速传感器与所述集线器相连接，用于采集列车走行部的速度信号。

由于列车的速度会对振动传感器和麦克风传感器的信号产生影响，即使同样故障程度，当速度不同时，这两种传感器获得的信号也不同，采集速度信号可以对传感器采集的冲击信号进行补偿，提高故障判断的准确性。

参考图3，示出了本发明实施例提供的一种列车故障检测方法的方法流程图，本发明的执行主体可以为列车处理器，所述方法包括：

步骤S101：获取列车走行部各个检测点上对应的运行状态信号；

在本发明提供的方法中，实时获取列车走行部各个检测点上对应的运行状态信号。

步骤S102：对每一个所述运行状态信号进行时域分析；判断每一个所述运行状态信号对应的检测点是否存在故障；

在本发明中，对接收的每一个所述运行状态信号进行时域分析；基于分析结果，判断每一个所述运行状态信号对应的检测点是否存在故障。

步骤S103：以及对于存在故障的检测点，获取该检测点对应的运行状态信号中携带的冲击信号；依据所述冲击信号对应的频率，通过查询预设的频率与位置对应关系，确定存在故障的检测点上发生故障的具体位置。

在本发明中，对于存在故障的检测点，通过获取该检测点对应的运行状态信号中携带的冲击信号；并依据所述冲击信号对应的频率，查询预设的频率与位置对应关系，可以确定出存在故障的检测点上发生故障的具体位置。

通过应用本发明提供的方法，获取列车走行部各个检测点上对应的运行状态信号，对每一个所述运行状态信号进行时域分析，可以确定出存在故障的检测点；对于存在故障的检测点，获取该检测点对应的运行状态信号中携带的冲击信号，依据所述冲击信号对应的频率，通过查询预设的频率与位置对应关系，可以确定存在故障的检测点上发生故障的具体位置，从而简化了维修人员对故障位置再次复查的过程，提高了维修效率。

在本发明提供的方法中，所述获取列车走行部各个检测点上对应的运行状态信号，可以包括：实时获取设置在列车走行部各个检测点的传感器所采集的运行状态信号。

在本发明提供的方法中，所述对每一个所述运行状态信号进行时域分析；判断每一个所述运行状态信号对应的检测点是否存在故障可以包括：

对每一个所述运行状态信号进行时域分析，获取分析每一个运行状态信号的时域指标各自所需的参数值，例如：峰值、峭度值、均方根等，将每一个运行状态信号各自对应的参数值与预设的阈值进行比较，可以判断出该运行状态信号对应的检测点是否为故障。

在本发明提供的方法中，所述以及对于存在故障的检测点，获取该检测点对应的运行状态信号中携带的冲击信号；依据所述冲击信号对应的频率，通过查询预设的频率与位置对应关系，确定存在故障的检测点上发生故障的具体位置，可以包括：

对于存在故障的检测点，通过电子谐振的方式获取该检测点对应的运行状态信号中携带的冲击信号，对所述冲击信号进行包络谱分析，计算得到该冲击信号各个冲击之间的冲击周期，从而确定该冲击信号对应的特征频率，由于不同的故障位置对应的特征频率不同，通过查询预设的频率与位置对应关系，可以确定存在故障的检测点上发生故障的具体位置。

在本发明提供的方法中，所述方法还包括：

对于存在故障的检测点，对该检测点对应的运行状态信号进行彩色频谱分析；基于分析结果，确定存在故障的检测点各自对应的故障类型。

在本发明提供的方法中，对于存在故障的检测点，对该检测点对应的运行状态信号进行傅里叶分析，得到与该运行状态信号对应的频谱，使用不同的颜色表示不同频率点对应的值，生成一副时间与频率对应的二维图，通过与同一测点的历史数据进行比对分析，可以分析出该检测点的故障发展趋势以及故障类型。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

最后，还需要说明的是，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、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本发明时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

以上对本发明所提供的一种数据测量方法及系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种列车故障检测系统，其特征在于，包括：传感器组、集线器和信号处理器；

所述传感器组包括多个传感器，所述多个传感器分别设置在列车走行部的各个检测点上，每一个所述传感器用于实时采集其所在检测点对应的运行状态信号；

所述集线器，用于将每一个所述传感器采集的运行状态信号发送到所述信号处理器；

所述信号处理器，用于对接收的每一个所述运行状态信号进行时域分析，判断每一个所述运行状态信号对应的检测点是否存在故障；以及对于存在故障的检测点，获取该检测点对应的运行状态信号中携带的冲击信号，依据所述冲击信号对应的频率，通过查询预设的频率与位置对应关系，确定存在故障的检测点上发生故障的具体位置。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述列车走行部的各个检测点上至少设置一个传感器。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传感器组包括：多个振动传感器和/或多个麦克风传感器。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述集线器采用无线传输的方式与所述信号处理器进行通信。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：远程服务器，所述远程服务器用于存储所述信号处理器传输的携带具体故障位置信息的数据处理结果。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述远程服务器实时通过运营商的蜂窝网络接收所述信号处理器传输的数据处理结果。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：至少一个转速传感器；所述转速传感器与所述集线器相连接，用于采集列车走行部的速度信号。

8.一种列车故障检测方法，其特征在于，包括：

获取列车走行部各个检测点上对应的运行状态信号；

对每一个所述运行状态信号进行时域分析；判断每一个所述运行状态信号对应的检测点是否存在故障；

以及对于存在故障的检测点，获取该检测点对应的运行状态信号中携带的冲击信号；依据所述冲击信号对应的频率，通过查询预设的频率与位置对应关系，确定存在故障的检测点上发生故障的具体位置。