CN106740806A - 一种用于铁路车辆的空气制动机检测装置 - Google Patents

Abstract

一种用于铁路车辆的空气制动机检测装置，包括设置在空气制动机上多个不同位置上的压力采集单元和与所述压力采集单元连接的通信单元组成，所述通信单元通过总线分别与多个所述压力采集单元连接，接收所述多个压力采集单元采集的压力数据，将其存储在存储器中，在设定时刻将得到的压力数据通过无线传输的方式发送出去。实施本发明的一种铁路车辆的空气制动机检测装置，具有以下有益效果：其可以检测所属车辆空气制动机多个关键位置的空气压力，所检测的压力数据可用来对所属车辆空气制动机进行性能分析、故障判别和故障位置定位。

Description

一种用于铁路车辆的空气制动机检测装置

技术领域

本发明涉及铁路车辆空气制动机，更具体地说，涉及一种用于铁路车辆的空气制动机检测装置。

背景技术

目前我国铁路车辆制动装置普遍采用空气制动机。在编组列车中有一根贯通所有车辆的制动主管（也叫列车管），里面充满压缩空气，空气的压力由机车（火车头）控制。列车管内的压缩空气通过每个车辆的截断塞门输送到控制阀或三通阀或分配阀（分属于不同的车型，简称主阀），由后者进行压缩空气的控制、分配、压力变换后，部分压缩空气从主阀输送到空重车调整阀，经过调整阀进行再次的压力变换后送入制动缸，控制鞲鞴推杆的伸出和缩回，鞲鞴推杆连接着车辆的制动机执行机构，通过执行机构的传动将制动力最终作用于车轮，产生制动、缓解等效果。图1是现有铁路车辆空气制动机构的原理简图。从以上的过程描述可以看出，列车车辆的制动缸的空气压力与作用于车轮的制动力大小有直接的对应关系，而截断塞门后面控制支管的空气压力、副风缸的空气压力、制动上游的空气压力（即主阀与调整阀之间的空气压力），都与制动缸的空气压力有关联关系，属于关键位置的压力。在制动机工作正常的情况下，各个位置的压力呈现出特定的对应关系，反过来说，如果这个特定的对应关系被破坏，则可以判定制动机性能异常，并可进一步判断故障发生的位置。

实际的列车空气制动机构是由很多组件经过各种管路连接在一起，当然比图1给出的示意图的结构复杂得多，任何一个位置发生管道漏泄或零部件损坏，都可能会破坏各个位置的压力的对应关系。作为保障列车运行安全的部件，空气制动机构的性能监测重要性很高。在现有技术中，通常实际应用中的方案是在列车的最后一节车辆上安装一个“列尾风表”，实时监测贯通全列的制动主管内的压力。但是，这种方案无法检测每个车辆制动机的状态，是一种比较粗略的整体性检测。也有一种直接检测每个车辆制动缸内空气压力的方案，该方案在安装“列尾风表”的基础上，还在每个车辆的制动缸测试孔上安装一个压力监测装置，实时采集和存储制动缸内的空气压力。因为制动缸内的压力直接决定了车辆的制动力，所以后面这种方案可以达到直接检测车辆制动性能的目的。但是，这个方案也有不足之处，对于每个车辆来讲，因为只有一个检测点---制动缸内压力（即最终作用于鞲鞴推杆的空气压力），不能检测空气制动机其他部分的压力，无法得到较为完整的空气制动机整体性能，也无法对性能不良的制动机进行故障原因分析和故障位置定位。因此，在现有技术中，不能在车辆出现制动不良的情况下进行故障原因分析和故障位置定位。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述不能进行故障原因分析和故障位置定位的缺陷，提供一种可以进行故障原因分析和故障位置定位的一种用于铁路车辆的空气制动机检测装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种用于铁路车辆的空气制动机检测装置，包括设置在空气制动机上多个不同位置上的压力采集单元和与所述压力采集单元连接的通信单元组成，所述通信单元通过总线分别与多个所述压力采集单元连接，接收所述多个压力采集单元采集的压力数据，将其存储在存储器中，在设定时刻将得到的压力数据通过无线传输的方式发送出去。

更进一步地，所述多个压力采集单元分别采集所述空气制动机的控制支管、副风缸、制动缸上游（即主阀和调整阀之间）和制动缸下游（即制动缸内部）的空气压力值，并传输到所述通信单元。

更进一步地，所述压力采集单元包括控制器、压力传感器和总线接口；所述压力传感器通过控制器的SPI总线连接在所述控制器上，取得该压力传感器所在位置的压力值并传输到控制器上；所述控制器通过所述总线接口将取得的压力值传输到所述通信单元。

更进一步地，所述压力传感器通过设置在所述空气制动机设定位置上的主阀压力导出板或调整阀压力导出板上的测试孔取得设定位置上的空气压力数据，并传送到其连接的控制器。

更进一步地，所述压力传感器安装在电路板上，所述电路板安装在中空的橡胶密封柱的一端，并封闭该端，所述橡胶密封柱的另一端安装在所述主阀压力导出板或调整阀压力导出板的外表面，并包围设置在其上的测试孔，形成一密闭空间，使得压缩空气由所述测试孔导出并被封闭在所述密闭空间内，所述压力传感器的感应面位于所述密闭空间内。

更进一步地，所述压力采集单元包括第一压力采集单元和第二压力采集单元，所述第一压力采集单元包括三个连接在其SPI总线上的压力传感器；所述第二压力采集单元包括一个连接在其SPI总线上的压力传感器；所述第一压力采集单元、第二压力采集单元和通信单元通过串行总线连接在一起并进行数据交互；所述第一压力采集单元、第二压力采集单元和通信单元还通过各自的控制器的输入输出端口相互连接，所述相互连接的输入输出端口用于传输所述串行通信总线的占用状态，以及由第一压力采集单元向第二压力采集单元和通信单元传输同步脉冲信号。

更进一步地，所述第一压力采集单元的三个传感器分别设置在所述空气制动机的控制支管、副风缸和制动缸上游的预设位置上，分别采集控制支管压力值、副风缸压力值和制动缸上游压力值并通过同一个SPI总线传输到其控制器。

更进一步地，所述第一压力采集单元的三个传感器分别由设置在所述主阀压力导出板的三个测试孔取得控制支管压力值、副风缸压力值和制动缸上游压力值；所述第二压力采集单元由设置在所述调整阀压力导出板上的测试孔取得制动缸下游的空气压力值。

更进一步地，所述通信单元包括通信控制器、射频载波检测模块、射频收发模块、存储模块、串行通信接口模块、天线和电源；所述存储模块连接在所述通信控制器上，存储通过所述串行通信接口模块传输到所述通信控制器的数据输入端的传感器数据；所述射频收发模块连接在所述通信控制器的数据输出端和天线之间，所述射频载波检测模块电连接于所述天线和所述通信控制器的射频检测输入端之间；所述电源为所述通讯单元、所述第一压力采集单元和第二压力采集单元供电。

更进一步地，所述射频收发模块连接在所述通信控制器的SPI总线端口上，所述射频载波检测模块由所述天线上耦合得到射频信号，并输出检测结果到所述通信控制器的一个I/O端口上。

实施本发明的一种用于铁路车辆的空气制动机检测装置，具有以下有益效果：由于在列车车辆的空气制动机构的多个位置上设置有压力传感器，并将这些压力传感器取得数据传输到通信单元并存储，在列车车辆通过设置在铁路边的数据读取设备时，通过通信单元将其使用无线传输的方式传出，使得接收到这些数据的设备能够分析这些压力数据，并通过比较这些压力数据之间的数值关系，发现可能出现的制动不良的原因及出现故障的部位，所以，其可以进行故障原因分析和故障位置定位。

附图说明

图1是现有技术中列车车辆的空气制动机构的结构示意图；

图2是本发明一种用于铁路车辆的空气制动机检测装置实施例中采集压力的位置示意图；

图3是所述实施例中铁路车辆的空气制动机检测装置的结构示意图；

图4是所述实施例中第一压力采集单元的结构示意图；

图5是所述实施例中第二压力采集单元的结构示意图；

图6是所述实施例中通信单元的结构示意图。

图7是所述实施例中压力导出板、橡胶密封柱的结构图以及与传感器的位置关系示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例作进一步说明。

如图2、3所示，在本发明的一种铁路车辆的空气制动机检测装置实施例中，该检测装置，包括设置在所述空气制动机构上多个（在本实施例中以，以两个压力采集单元为例进行说明）个不同位置上的压力采集单元和与多个（在本实施例中以，以两个压力采集单元为例进行说明）所述压力采集单元连接的通信单元，所述通信单元通过总线分别与多个所述压力采集单元连接，接收所述多个压力采集单元采集的压力数据，将其存储在存储器中，在设定时刻将得到的压力数据通过无线传输的方式发送出去。换句话说，在本实施例中，该空气制动装置是在现有的铁路车辆的空气制动机构的基础上，通过对该车辆的空气制动机构上多个位置的压力采集，得到多个压力值，并将这些采集到的压力值传输到通信单元进行存储，在该车辆经过设定的位置时，上述通信单元被激发，将其存储的上述压力数值通过无线的方式发送到事先设置在铁路边上的数据读取设备。上述空气制动机构上的多个采集压力值的位置是根据该车辆的空气制动机构的结构事先设定的，能够全面地体现该铁路车辆的空气制动机构的状态，在空气制动机构的该种结构之下，通过这些位置上的空气压力值以及比较这些压力值之间的大小关系，就能够判断当前该车辆的空气自动机构是否存在问题以及在存在问题时，能够分析指出问题所在，为车辆的维修和保养提供一个参考。总之，上述采集空气压力值的点决定了采集到的空气压力值能够用于判断该空气制动机构的状态及其出现故障的位置。

请参见图2，在本实施例中，设置两个压力采集单元分别采集空气制动机构上的控制支管、副风缸、制动缸上游和制动缸下游的空气压力值，并传输到所述通信单元。即采集图2中的标记为A、C、D、E这几个位置上的空气压力值，在图2中，A点所在位置的空气压力，是调整阀输出到制动缸的压力或制动缸内部的压力，称为制动缸下游压力，可以由调整阀上的压力导出板导出；C点所在位置的空气压力，是三通阀、控制阀或分配阀输出给调整阀的压力，称为制动缸上游压力；D点所在位置的空气压力，即三通阀、控制阀或分配阀输出给副风缸的压力或副风缸内部的压力，称为副风缸压力；E点所在位置的空气压力，即截断塞门与三通阀、控制阀或分配阀之间气管内的压力，称为控制支管压力。C、D、E点的压力，可以由主阀上的压力导出板导出。如果制动机性能异常，通过对这四个位置的压力之间的相互关系进行分析判断，可以推测出故障发生的原因和发生的位置，从而为检修带来很大的便利。

在本实施例中，一个压力采集单元包括控制器、压力传感器和总线接口；所述压力传感器通过控制器的SPI总线连接在所述控制器上，取得该压力传感器所在位置的压力值并传输到控制器上；所述控制器通过所述总线接口将取得的压力值传输到所述通信单元。而所述压力传感器通过设置在空气制动机主阀、调整阀上的压力导出板的测试孔，取得该设定位置上的空气压力数据，并传送到其连接的控制器。在本实施例，一个压力传感器是通过设置在所述空气制动机设定位置上的主阀压力导出板或调整阀压力导出板上的测试孔取得设定位置上的空气压力数据，并传送到其连接的控制器的。具体的结构请参见图7，在图7中，压力传感器71安装在电路板72上，而电路板72安装在中空的橡胶密封柱73的一端，并封闭该端，所述橡胶密封柱73的另一端安装在所述主阀压力导出板或调整阀压力导出板（图7中统一视为压力导出板74）的外表面75，并包围设置在其上的测试孔77，形成一密闭空间，使得压缩空气由所述测试孔77导出并被封闭在所述密闭空间内，所述压力传感器的感应面位于所述密闭空间内。在本实施例中，图7中的压力导出板74可以是主阀压力导出板，也可以是调整阀压力导出板，主阀压力导出板和调整阀压力导出板的结构相似，只是其安装位置不同以及上面设置的测试孔77的数量不同。

更具体地，在本实施例中，请参见图3、图4和图5，所述压力采集单元包括第一压力采集单元和第二压力采集单元，所述第一压力采集单元包括三个连接在其SPI总线上的压力传感器；所述第二压力采集单元包括一个连接在其SPI总线上的压力传感器；所述第一压力采集单元、第二压力采集单元和通信单元通过串行总线连接在一起并进行数据交互。其中，所述第一压力采集单元、第二压力采集单元和通信单元还通过各自的控制器的输入输出端口相互连接，所述相互连接的输入输出端口用于传输所述串行通信总线的占用状态，以及由第一压力采集单元向第二压力采集单元和通信单元传输同步脉冲信号。

在本实施例中，所述第一压力采集单元的三个传感器分别对应联通空气制动机主阀压力导出板的三个测试孔，分别采集控制支管压力值、副风缸压力值和制动缸上游压力值并通过同一个SPI总线传输到其控制器。第二压力采集单元的一个传感器设置在所述空气制动机构的调整阀压力导出板的预设位置上，采集制动缸下游压力值并通过一个SPI总线传输到其控制器。值得一提的是，在本实施例中的另外一些情况下，如果选择的压力测量点不同或由于空气制动机的结构不同，上述第一压力采集单元和第二压力采集单元上连接的压力传感器的数量也是可以改变的。

请参见图6，在本实施例中所述通信单元包括通信控制器、射频载波检测模块、射频收发模块、存储模块、串行通信接口模块、天线和电源；所述存储模块连接在所述通信控制器上，存储通过所述串行通信接口模块传输到所述通信控制器的数据输入端的传感器数据；所述射频收发模块连接在所述通信控制器的数据输出端和天线之间，所述射频载波检测模块电连接于所述天线和所述通信控制器的射频检测输入端之间；所述电源为所述通讯单元、所述第一压力采集单元和第二压力采集单元供电。所述射频收发模块连接在所述通信控制器的SPI总线端口上，所述射频载波检测模块由所述天线上耦合得到射频信号，并输出检测结果到所述通信控制器的一个I/O端口上。

总之，在本实施例中，该铁路车辆的空气制动装置由该车辆的空气制动机构以及和该空气制动机构连接的一个通信单元、两个压力采集单元和电池组成。压力采集单元负责采集该空气制动机构多个（四个）位置的空气压力数据，通信单元负责通过有线通信的方式从上述压力采集单元取得这些压力数据并通过无线通信的方式发送出去。上述各单元都是由一块电路板（PCBA）和外壳组成。三个单元之间通过RS485总线和I/O线互相连接，组成一个整体。电池直接连接到通信单元，通信单元提供电源给两个压力采集单元。

通信单元包括通信控制器、存储器、RS485接口、电源、射频收发模块、射频载波检测模块和天线。其中，通信控制器和存储器通过SPI总线连接，通信控制器（MCU）通过SPI总线对存储器实现读取和写入操作；通信控制器和RS485接口通过通用串行总线连接，当对外发送数据时，通信控制器（MCU）串行发送引脚（TXD）发送的单端电平信号通过RS485接口电路转换为符合RS485通信规范的差分电信号。当接收外部发来的数据信号时，外部电路发来的符合RS485通信规范的差分电信号通过RS485接口电路转换为单端电平信号输入MCU的串行接收引脚(RXD)；通信控制器和射频收发模块通过SPI总线连接，通信控制器的微控制器的SPI引脚连接到射频收发模块的射频收发芯片。射频收发模块包括一片射频收发芯片及其外围电路，以及带通滤波器、耦合器、射频开关、射频前端芯片和平衡不平衡转换器(balun)组成；射频载波检测模块包括一个运算放大器、检波电路和与射频收发模块共用的耦合器。其运算放大器的输出连接到通信控制器的微控制器I/O引脚。

通信控制器通过RS485接口的RS485总线与三路压力采集单元和单路压力采集单元进行串行通信，从采集单元取得其采集的各种压力数据，然后存储在存储器种。

当射频载波检测模块检测到符合要求的射频信号时输出一个电平跳变信号给通信控制器的MCU，后者将存储器中存储的压力数据输出到射频收发模块，进一步由天线发射到空中。

在本实施例中，一个压力采集单元包括控制器（MCU）、RS485接口芯片、石英晶体振荡器、温补晶体振荡器以及三个压力传感器。MCU的串行接收、发送引脚连接到RS485接口芯片上，三个压力传感器与MCU通过SPI总线连接。石英晶体振荡器和温补晶体振荡器的输出连接到MCU的频率输入引脚上。该微控制器从两个振荡器取得频率源，产生定时，按照特定的间隔时间，依次轮流通过SPI总线控制三个压力传感器进行压力采样和读取结果。读取的压力数据缓存在MCU的内存中，在合适的时机通过RS485接口芯片发送到RS485总线上。

而在本实施例中的另外一个压力采集单元包括微控制器（MCU）、RS485接口芯片、石英晶体振荡器以及1个压力传感器。MCU的串行接收、发送引脚连接到RS485接口芯片上，压力传感器与MCU通过SPI总线连接。石英晶体振荡器的输出连接到MCU的频率输入引脚上。该微控制器从振荡器取得频率源，产生定时，按照特定的间隔时间，通过SPI总线控制压力传感器进行压力采样和读取结果。读取的压力数据缓存在MCU的内存中，在合适的时机通过RS485接口芯片发送到RS485总线上。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种用于铁路车辆的空气制动机检测装置，其特征在于，包括设置在空气制动机上多个不同位置上的压力采集单元和与所述压力采集单元连接的通信单元组成，所述通信单元通过总线分别与多个所述压力采集单元连接，接收所述多个压力采集单元采集的压力数据，将其存储在存储器中，在设定时刻将得到的压力数据通过无线传输的方式发送出去。

2.根据权利要求1所述的用于铁路车辆的空气制动机检测装置，其特征在于，所述多个压力采集单元分别采集空气制动机构上的控制支管、副风缸、制动缸上游和制动缸下游的空气压力值，并传输到所述通信单元。

3.根据权利要求2所述的用于铁路车辆的空气制动机检测装置，其特征在于，所述压力采集单元包括控制器、压力传感器和总线接口；所述压力传感器通过控制器的SPI总线连接在所述控制器上，取得该压力传感器所在位置的压力值并传输到控制器上；所述控制器通过所述总线接口将取得的压力值传输到所述通信单元。

4.根据权利要求3所述的用于铁路车辆的空气制动机检测装置，其特征在于，所述压力传感器通过设置在所述空气制动机设定位置上的主阀压力导出板或调整阀压力导出板上的测试孔取得设定位置上的空气压力数据，并传送到其连接的控制器。

5.根据权利要求4所述的用于铁路车辆的空气制动机检测装置，其特征在于，所述压力传感器安装在电路板上，所述电路板安装在中空的橡胶密封柱的一端，并封闭该端，所述橡胶密封柱的另一端安装在所述主阀压力导出板或调整阀压力导出板的外表面，并包围设置在其上的测试孔，形成一密闭空间，使得压缩空气由所述测试孔导出并被封闭在所述密闭空间内，所述压力传感器的感应面位于所述密闭空间内。

6.根据权利要求5所述的用于铁路车辆的空气制动机检测装置，其特征在于，所述压力采集单元包括第一压力采集单元和第二压力采集单元，所述第一压力采集单元包括三个连接在其SPI总线上的压力传感器；所述第二压力采集单元包括一个连接在其SPI总线上的压力传感器；所述第一压力采集单元、第二压力采集单元和通信单元通过串行总线连接在一起并进行数据交互；所述第一压力采集单元、第二压力采集单元和通信单元还通过各自的控制器的输入输出端口相互连接，所述相互连接的输入输出端口用于传输所述串行通信总线的占用状态，以及由第一压力采集单元向第二压力采集单元和通信单元传输同步脉冲信号。

7.根据权利要求6所述的用于铁路车辆的空气制动机检测装置，其特征在于，所述第一压力采集单元的三个传感器分别由设置在所述主阀压力导出板的三个测试孔取得控制支管压力值、副风缸压力值和制动缸上游压力值；所述第二压力采集单元由设置在所述调整阀压力导出板上的测试孔取得制动缸下游的空气压力值。

8.根据权利要求7所述的用于铁路车辆的空气制动机检测装置，其特征在于，所述通信单元包括通信控制器、射频载波检测模块、射频收发模块、存储模块、串行通信接口模块、天线和电源；所述存储模块连接在所述通信控制器上，存储通过所述串行通信接口模块传输到所述通信控制器的数据输入端的传感器数据；所述射频收发模块连接在所述通信控制器的数据输出端和天线之间，所述射频载波检测模块电连接于所述天线和所述通信控制器的射频检测输入端之间；所述电源为所述通讯单元、所述第一压力采集单元和第二压力采集单元供电。

9.根据权利要求8所述的用于铁路车辆的空气制动机检测装置，其特征在于，所述射频收发模块连接在所述通信控制器的SPI总线端口上，所述射频载波检测模块由所述天线上耦合得到射频信号，并输出检测结果到所述通信控制器的一个I/O端口上。