CN109813419B - 测量轨道车辆电机轴承损耗的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及测量轨道车辆电机轴承损耗的系统和方法,所述系统包括:设置为固定于转子的轴上且外形轮廓包括交替的轮齿和轮槽的音轮(2);设置为在轴的转动过程中对音轮(2)的轮齿与传感器(4)之间的空气间隙进行测量的传感器(4),由传感器(4)生成的外形轮廓的基本正弦信号被叠加于表示轴的径向运动的调制波上以形成完整信号,传感器(4)还包括:用于测量完整信号的最大和最小幅度值的控制单元(4a),最大和最小幅度值表示音轮(2)与传感器(4)之间的最大和最小空气间隙并用于计算空气间隙振幅值;用于存储空气间隙振幅值的存储装置(4b);所述传感器(4)设置为,当轴停止转动时,将空气间隙振幅值发送给外部控制单元(6)。

Description

测量轨道车辆电机轴承损耗的系统和方法
技术领域
本发明涉及一种测量轨道车辆电机轴承损耗的系统和方法。
背景技术
轨道车辆牵引电机的视情维修(Condition Based Maintenance,CBM)是一项要求非常高的任务,其不但需要排除整体运营服务的故障,以防止客户对轨道运营商的可靠性产生不好的观感,而且还需要避免不必要的维护,以节省成本。
轨道车辆系统内常常集成有对可能发生的电机故障进行检测和监测的专用传感器。
对于这些故障而言,轴承为一种更加易于发生损坏的部件。为了实现电机轴承故障的早期发现,人们已采用了若干种技术,这些技术通常基于温度传感器、加速度计、微音器等装置,而且一般采用机械测量。
文献US4835467A公开了一种通过监测旋转轮的轮齿的经过而生成直流偏置速度信号的磁阻传感器。
此类基于对电机振动进行机械测量的系统的主要缺点在于,其必须增设新的传感器,而且当这些传感器失效时,系统可使得被监测的电机停止运行。此外,相电流分析等电气测量虽已得到应用,但是这些技术需要功能强大的电路板,以进行及时的分析。
因此,需要一种创新性的轨道车辆电机轴承损耗测量系统和方法,其能够利用已安装于列车上的当前电路板检测轴承损耗,无需增设其他部件,从而克服现有技术方案所受到的限制。
发明内容
为达到上述和其他目的,本发明提供了一种测量轨道车辆电机轴承损耗的系统,包括:
- 音轮,所述音轮设置为固定于转子的轴上且所述音轮的外形轮廓包括交替的轮齿和轮槽;
- 传感器,所述传感器设置为在所述轴的转动过程中对所述音轮的所述轮齿与所述传感器之间的空气间隙进行测量,所述传感器生成所述外形轮廓的基本正弦信号,其中,所述基本正弦信号叠加于表示所述轴的径向运动的调制波上,所述基本正弦信号和所述调制波形成了完整信号,
其特征在于,所述传感器还包括:
控制单元,所述控制单元设置为测量所述完整信号的最大和最小幅度值,所述最大和最小幅度值表示所述音轮与所述传感器之间的最大和最小空气间隙并且用于计算空气间隙振幅值;
存储装置,所述存储装置设置为存储所述空气间隙振幅值;
其中,所述传感器设置为,当所述轴停止转动时,将所述空气间隙振幅值发送至外部控制单元。
本发明还提供了一种测量轨道车辆电机轴承损耗的方法,包括如下步骤:
- 提供前述的系统;
- 生成表示所述音轮的所述转动以及所述转子的所述轴的径向运动的完整信号;
- 根据所述完整信号计算所述空气间隙振幅值,并将所述空气间隙振幅值存入所述传感器内;
- 检测所述轴的停止转动;
- 将所述空气间隙振幅值发送至所述外部控制单元。
附图说明
通过下文描述,本发明的其他特征和优点将变得容易理解,该描述仅用于非限制性的例示作用,并且参考附图,附图中:
- 图1为用于测量轨道车辆电机速度和轴承损耗的本发明的系统示意图;
- 图2为与所述传感器所实施的测量相关的曲线图;
- 图3为本发明轨道车辆电机轴承损耗测量方法的各步骤的框图。
具体实施方式
简单地说,本发明系统包括:固定于轨道车辆的电机转子轴上的音轮,该轴在多个轴承的作用下转动;以及固定于电机自身静止部分上且面向所述音轮的速度传感器。
如果所述各轴承因上述轴的旋转运动而开始发生损耗,则该轴将产生朝向所述电机的固定部分的径向运动,从而使得所述音轮发生接近或远离所述传感器的运动。
已知,所述转子的振动会在所述音轮的轮齿与所述传感器之间产生空气间隙扰动(air gap variation),而该扰动会在所述传感器测量的正弦波中产生调制量。
事实上,所述传感器常用于在现有技术系统中通过测量音轮速度而间接测量轨道车辆的速度,该传感器随音轮的轮齿和轮槽在其前方交替经过而产生准正弦波。
在现有技术系统中,所述传感器本身的电子单元对上述正弦波进行平方运算,以使得平方后的波的频率与所述转子的速度相关联,并从而与轨道车辆的速度相关联。
所述速度传感器内通常集成有分别针对该速度传感器的两个输出信道的两个物理传感器,此两传感器将上述平方后的波相移90度后,分别借所述两输出信道发送给用于控制轨道车辆本身的轨道车辆的外部控制单元,以供对所述轴的转速进行检测。
本发明的系统和方法的核心思想在于,使通常用于检测转子速度的所述速度传感器经上述输出信道向所述外部控制单元同时发送速度以及与轴承损耗相关信息,从而令其进一步用于轴承损耗的检测。
图1所示为测量轨道车辆电机轴承损耗的系统1,其包括用于固定在转子轴上的音轮2,该音轮2的外形轮廓包括交替的轮齿和轮槽。音轮2与磁阻传感器4正对设置,该磁阻传感器4用于测量音轮2随所述轴转动时音轮2的轮齿与传感器4自身之间定期出现的空气间隙。
具体而言,传感器4以已知的方式生成基本正弦信号,该基本正弦信号随经过传感器4前方的音轮2的外形轮廓(轮槽或轮齿)变化,而且如上所述,在被传感器4平方后用于测量所述转子的轴的转速。
该基本正弦信号通常叠加于表示所述轴的径向运动并因此进而表示传感器4自身与音轮2外形轮廓之间的空气间隙扰动的调制波上。在下文中,将传感器4产生的所述基本正弦信号与所述调制波的组合信号称为完整信号。
传感器4包括控制单元4a,该控制单元4a用于自所述完整信号的起始点开始,测量该完整信号的最大和最小幅度值,此两值表示音轮2与传感器4之间的最大和最小空气间隙值。
控制单元4a还用于计算空气间隙振幅值,该空气间隙振幅值例如通过求取最大空气间隙值和最小空气间隙值之间的差值获得,或者通过提供空气间隙振幅信息的其他详细计算获得。
传感器4还包括存储装置4b,该存储装置4b用于当测量值大于之前记录值时存储该空气间隙振幅值。此外,存储装置4b还存储与该空气间隙振幅值对应的频率速度。
如下文所述,传感器4设置为,如果所述轴停止转动,则向控制所述轨道车辆的外部控制单元6发送上述空气间隙振幅值和相应速度值。
图2为表示完整正弦信号(由所述传感器测得)的第一曲线100,表示通常由传感器4生成的平方信号的第二曲线102以及表示空气间隙振荡的第三曲线104的图。内部控制单元4a还用于实施下文参考图3所述的本发明轨道车辆的电机轴承损耗的测量方法,图3为该方法步骤的框图。
在第一步骤200中,传感器4经时生成完整信号。在第二步骤202中,控制单元4a在所述轨道车辆移动期间,以渐进方式测量所述完整信号的最大和最小幅度值。在下一步骤204中,控制单元4a以如上所述方式计算音轮2与传感器4之间的空气间隙振幅值。
在步骤205中,控制单元4a对所述空气间隙振幅值进行检验。具体而言,其将步骤204的计算值与存储装置4b内的之前所存储的值相比较。当步骤204所计算的空气间隙振幅值大于之前值时,控制单元4a在步骤206中,将所述空气间隙振幅值存入存储装置4b,并优选将相应的频率速度值也存入其中。
如果所述完整信号的最大和最小幅度值在前后相继的时刻发生变化,则通过重复上述步骤,更新所述空气间隙振幅值,并优选更新相应的频率速度。
与现有技术系统一致,外部控制单元6用于经连接装置8,从传感器4接收表示转子速度的平方信号。具体而言,连接装置8包括两条通路8a和8b,如上所述,在轨道车辆移动期间,传感器4可通过此两通路向外部控制单元6发送来自传感器4的两个平方波。
再次参考图3,在下一步骤208中,当控制单元4a检测到传感器4的测量功能中断时,即检测到传感器4不再测量所述完整信号(这表示所述转子轴因轨道车辆的停止运行而停止工作)时,即检测出轨道车辆的停止运行。
具体而言,控制单元4a对传感器4是否在预定时长内不测量所述完整信号进行检验。
优选地,控制单元4a包括计数器,该计数器用于每当传感器4停止生成所述完整信号时便开始预定时长的计数。
当达到所述预定时长时,在步骤210中,通过连接装置8向外部控制单元6发送报警信号,以告知外部控制单元6,即将开始进行与轴承损耗相关的数据传输。
由于外部控制单元6设置为接收平方信号,因此所述报警信号优选为平方信号,该平方信号对应于频率与转子最大速度相应的平方信号。
当传感器4停止测量所述完整信号时,外部控制单元6还设置为以已知的方式相应地检测出传感器4已停止工作,并从而检测出所述轨道车辆已停止运行。
在所述轨道车辆停止运行后,外部控制单元6将接收到与列车最大速度相对应的所述报警信号,由于轨道车辆无法从闲置状态下立即达到其最大速度,因此其可意识到所接收的信号为所述报警信号。
该报警信号既可通过第一信道8a发送,也可通过第二信道8b发送。
此时,在步骤212中,控制单元4a以已知的方式将所述空气间隙振幅值转换为空气间隙振幅信号,然后在步骤214中,传感器4通过信道8a或信道8b将所述空气间隙振幅信号发送至外部控制单元6。
类似地,由于外部控制单元6被设置为接收平方信号,因此所述空气间隙振幅信号优选为频率与空气间隙振幅值相对应的平方信号。
在本发明的优选实施方式中,存储装置4b设置为进一步存储与所存储的空气间隙振幅对应的转子频率速度值,而且在步骤214中,该频率速度值也发送至所述外部控制单元。
优选地,外部控制单元6用于根据所述空气间隙振幅信号,并优选同时根据相应的频率速度,确定轴承损耗。如此,外部控制单元6可用于对与轴承损耗相关的可能电机故障进行检测和监测。
容易理解的是,在本发明的原理保持不变及在不脱离权利要求书所限定的本发明保护范围的前提下,可对以上纯粹作为非限制性示例所描述和图示的实施方式和制造细节进行变化。

Claims (13)

1.一种用于测量轨道车辆的电机轴承损耗的系统,包括:
-音轮(2),所述音轮设置为固定于转子的轴上且所述音轮的外形轮廓包括交替的轮齿和轮槽;
-速度传感器(4),用于检测所述转子的速度,所述速度传感器设置为在所述轴的转动过程中对所述音轮(2)的所述轮齿与所述速度传感器(4)之间的空气间隙进行测量,所述速度传感器(4)生成所述外形轮廓的基本正弦信号,其中,所述基本正弦信号叠加于表示所述轴的径向运动的调制波上,所述基本正弦信号和所述调制波形成了完整信号,
其特征在于,所述速度传感器(4)还包括:
控制单元(4a),所述控制单元(4a)设置为测量所述完整信号的最大和最小幅度值,所述最大和最小幅度值表示所述音轮(2)与所述速度传感器(4)之间的最大和最小空气间隙并且用于计算空气间隙振幅值;
存储装置(4b),所述存储装置(4b)设置为存储所述空气间隙振幅值;
其中,所述速度传感器(4)设置为,当所述轴停止转动时,将所述空气间隙振幅值发送至外部控制单元(6),所述外部控制单元(6)用于根据所述空气间隙振幅值确定所述电机轴承损耗。
2.如权利要求1所述的系统,其特征在于,所述速度传感器为磁阻传感器。
3.如权利要求1所述的系统,其特征在于,所述存储装置(4b)还设置为存储所述完整信号的频率,所述频率与对应于所述空气间隙振幅值的所述音轮的速度相关。
4.如权利要求3所述的系统,其特征在于,所述速度传感器(4)还设置为发送与所述音轮的所述速度相关的所述完整信号的所述频率。
5.一种用于测量轨道车辆的电机轴承磨耗的方法,其特征在于,包括如下步骤:
-提供如权利要求1所述的系统;
-生成表示所述音轮(2)的所述转动以及所述转子的所述轴的径向运动的完整信号;
-根据所述完整信号计算所述空气间隙振幅值,并将所述空气间隙振幅值存入所述速度传感器(4)内;
-检测所述轴的停止转动;
-将所述空气间隙振幅值发送至所述外部控制单元(6),所述外部控制单元(6)用于根据所述空气间隙振幅值确定所述电机轴承损耗。
6.如权利要求5所述的方法,其特征在于,还包括将计算所得的所述空气间隙振幅值与之前存储在所述存储装置(4b)内的值相比较的步骤。
7.如权利要求5所述的方法,其特征在于,计算所述空气间隙振幅值包括如下步骤:
-以渐进方式测量所述完整信号的所述最大和最小幅度值;
-将所述最大和最小幅度值的差值计算为所述空气间隙振幅值。
8.如权利要求5所述的方法,其特征在于,检测所述轴的停止转动包括检测出所述速度传感器(4)在预定时长内未对所述完整信号进行测量。
9.如权利要求5所述的方法,其特征在于,将所述空气间隙振幅值发送至所述外部控制单元(6)包括如下步骤:
-向所述外部控制单元(6)发送报警信号,以告知所述外部控制单元(6)即将开始与轴承磨耗相关的数据传输;
-将所述空气间隙振幅值转换为空气间隙振幅信号;
-将所述空气间隙振幅信号发送至所述外部控制单元(6)。
10.如权利要求9所述的方法,其特征在于,所述报警信号为平方信号。
11.如权利要求10所述的方法,其特征在于,所述报警信号的频率对应于所述转子的最大速度。
12.如权利要求9所述的方法,其特征在于,所述空气间隙振幅信号为平方信号。
13.如权利要求12所述的方法,其特征在于,所述空气间隙振幅信号的频率对应于所述空气间隙振幅值。
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