CN111516711B - 一种动车组走行部安全监测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动车组走行部安全监测方法和装置，该方法包括：检测并收集动车组走行部各零部件的状态参数，状态参数至少包括振动、压力、温度、噪声中的一种；对收集到的状态参数进行调理，以将状态参数转换为能够用于相应计算模型的数字信号；将数字信号代入相应计算模型进行预处理计算，产生计算结果；根据数字信号以及计算结果进行故障综合分析，得出列车的故障诊断结果；输出计算结果和故障诊断结果。本发明通过对动车组走行部的综合安全监测，能够提前发现影响行车安全的故障隐患和异常趋势，并及时进行预报警，有力保障了高铁列车运行安全、降低运行风险。

Description

一种动车组走行部安全监测方法及装置

技术领域

本发明属于轨道交通安全监控技术，尤其涉及一种可应用于高铁动车组的动车组走行部安全监测方法及装置。

背景技术

随着高铁建设的不断发展，列车运行安全监控已经成为保障高铁安全运行的重要技术。目前，国内各型动车组所配置的列车检测设备种类繁多、功能单一，由于采用不同技术平台，无法实现数据的共享互通，因此不能对动车组走行部开展全面、实时的安全监测，存在较多弊端。

因此，亟需一种能够解决上述问题的新的动车组走行部安全监测方法及装置。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种动车组走行部安全监测方法及装置。

首先，本发明提出的动车组走行部安全监测方法，其包括：

检测并收集动车组走行部各零部件的状态参数，所述状态参数至少包括振动、压力、温度和噪声中的一种；

对收集到的状态参数进行转换，以将所述状态参数转换为能够用于相应计算模型的数字信号；

将所述数字信号代入所述相应计算模型进行预处理计算，产生计算结果；

根据所述数字信号以及所述计算结果进行故障综合分析，得出列车的故障诊断结果；

输出所述计算结果和所述故障诊断结果。

优选的，所述相应计算模型至少包括转向架失稳模型、车辆平稳性模型、纵向冲动模型、温度分析模型和振动分析模型中的一种；其中：

所述转向架失稳模型用于基于指定频段内的转向架横向振动加速度信号进行计算，以作出转向架失稳预警、报警分析；

所述车辆平稳性模型用于基于指定频段内的车体横向和垂向振动加速度信号进行计算，以计算车辆运行的平稳度指标；

所述纵向冲动模型用于基于车体的纵向振动加速度信号进行计算，以计算列车纵向冲动性指标；

所述温度分析模型用于对各零部件的温度数据及其变化情况进行计算和趋势判断，以作出温度预警和报警分析；

所述振动分析模型用于对轴箱和/或齿轮箱中的振动信号进行分析计算。

优选的，所述故障综合分析至少包括轴箱异常诊断、电机异常诊断、转向架异常诊断和齿轮箱异常诊断中的一种。

此外，本发明提出的动车组走行部安全监测装置，其特征在于，包括：

采集模块，其用于检测并收集动车组走行部各零部件的状态参数；所述状态参数至少包括振动、压力、温度和噪声中的一种；

调理模块，其连接所述采集模块，用于对收集到的状态参数进行转换，以将所述状态参数转换为能够用于相应计算模型的数字信号；

预处理模块，其连接所述调理模块，用于将所述数字信号代入所述相应计算模型进行预处理计算，产生计算结果；

故障分析模块，其连接所述调理模块和所述预处理模块，用于根据所述数字信号和所述计算结果进行故障综合分析，获得列车的故障诊断结果；

输出模块，其连接所述预处理模块和所述故障分析模块，用于输出所述计算结果和所述故障诊断结果。

优选的，所述预处理模块中至少包括失稳分析单元、平稳分析单元、冲动分析单元、温度处理单元和振动分析单元中的一个单元；其中：

所述失稳分析单元内置转向架失稳模型，用于基于指定频段内的转向架横向振动加速度信号进行计算，以作出转向架失稳预警、报警分析；

所述平稳分析单元内置车辆平稳性模型，用于基于指定频段内的车体横向和垂向振动加速度信号进行计算，以计算车辆运行的平稳度指标；

所述冲动分析单元内置纵向冲动模型，用于基于车体的纵向振动加速度信号进行计算，以计算列车纵向冲动性指标；

所述温度分析单元内置温度分析模型，用于对各零部件的温度数据及其变化情况进行计算和趋势判断，以作出温度预警和报警分析；

所述振动分析单元内置振动分析模型，用于对轴箱和/或齿轮箱中的振动信号进行分析计算。

优选的，所述故障分析模块进行故障综合分析至少包括轴箱异常诊断、电机异常诊断、转向架异常诊断和齿轮箱异常诊断中的一种。

优选的，还包括存储模块，用于存储所述数字信号、所述计算结果和所述故障诊断结果。

优选的，所述输出模块通过硬线输出所述计算结果和所述故障诊断结果。

优选的，上述装置安装于6U-84R标准规格机箱中，各功能模块以插件板卡形式安装在所述机箱中。

优选的，上述安全监测装置既可以设置成集中式结构也可以设置成分布式结构，其结构形式不会影响系统功能。

与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

本发明提供的方法和装置通过对动车组走行部的状态参数进行采集，并基于采集到的数据，结合相应的计算模型，进行综合安全监测分析，能够提前发现影响行车安全的故障隐患和异常趋势，并由此及时地进行预警和报警，能够避免事故发生或扩大，有力保障了高铁列车运行安全、降低运行风险。

附图说明

附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：

图1是根据本发明实施例的一种动车组走行部安全监测方法的工作流程图；

图2是根据本发明实施例的一种动车组走行部安全监测装置的结构示意图；

图3是图2所示装置中的预处理模块的组成示意图。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供了一种用于监测动车组走行部安全的方法和装置，通过检测并收集动车组走行部各零部件的状态参数，对动车组走行部各部件进行安全监测，判断动车组走行部各部件是否安全地正常工作。如图1所示为根据本发明的一个实施例的一种动车组走行部安全监测方法的工作流程图。如图2所示为根据本发明的一个实施例的一种动车组走行部安全监测装置的结构示意图。

实施例一

如图1所示，本发明的动车组走行部安全监测方法包括以下几个步骤：

首先，在步骤S110中，检测并收集动车组走行部各零部件的状态参数。在本实施例中，利用安装在转向架、轮对、轴箱、车体等不同部位的振动、压力、温度、噪声等各种类型的传感器，采集动车组走行部各零部件的振动、压力、温度、噪声数据，将获得的信号转换成电信号或光信号的形式。当然，在此也可以根据特定检测目的，只对振动、压力、温度、噪声中一种或几种状态参数进行检测。

接着，在步骤S120中，对收集到的状态参数进行调理，以将所述状态参数信号转换为能够用于相应计算模型的数字信号。在具体实施中，调理的过程不仅可以包括例如光电转换、电流/电压转换、A/D转换等信号类型转换，还可以包括比例变换、滤波、采样、信号的时域/频域转换以及FIR滤波等信号处理。当然，在此也可以根据特定检测目的，对状态参数只进行上述一种或几种调理操作。

接着，在步骤S130中，将转换得到的数字信号带入相应计算模型进行预处理计算，产生计算结果。其中，所述计算模型基于某一特定目的而构造，每个计算模型明确对应一种检测功能，例如失稳检测、平稳检测等。在本实施例中，所述计算模型主要包括转向架失稳模型、车辆平稳性模型、纵向冲动模型、温度分析模型、振动分析模型。其中：

转向架失稳模型，用于基于指定频段内的转向架横向振动加速度信号进行计算，作出转向架失稳预警、报警分析。

车辆平稳性模型，用于基于指定频段内的车体横向和垂向振动加速度信号进行计算，计算车辆运行的平稳度指标。该平稳度指标用于描述车辆运行时的平稳程度，它基于车辆横向加速度、垂向加速度、纵向加速度，按下式计算得出：

式中，W为平稳性指标，A为振动加速度，f为振动频率，F(f)为频率修正系数。

纵向冲动模型，用于基于车体的纵向振动加速度信号进行计算，计算列车纵向冲动性指标。温度分析模型，用于对各零部件的温度数据及其变化情况进行计算和趋势判断，作出温度预警和报警分析。

振动分析模型，用于对轴箱和/或齿轮箱中的振动信号进行分析计算。

当然，也可以根据特定检测目的，设置其它的计算模型。

接着，在步骤S140中，根据数字信号以及预处理计算结果进行故障综合分析，得出列车的故障诊断结果。在本实施例中，故障综合分析包括轴箱异常诊断、电机异常诊断、转向架异常诊断、齿轮箱异常诊断。当然，在此也可以根据特定检测目的，进行其他项目的诊断，并产生诊断结果。

最后，在步骤S150中，输出预处理计算结果和故障诊断结果。

实施例二

相应地，如图2所示，本发明还提供一种动车组走行部安全监测装置，用以实施上述安全监测方法。在本实施例中，

该装置包括：采集模块10、调理模块20、预处理模块30、故障分析模块40、输出模块50、存储模块60和电源70。其中：

采集模块10，其用于检测并收集动车组走行部各零部件的状态参数，在本实施例中，所述状态参数至少包括振动、压力、温度、噪声中的一种。

调理模块20，其连接所述采集模块10，用于对收集到的状态参数进行调理，以将所述状态参数转换为能够用于相应计算模型的数字信号；在本实施例中，调理模块20可以包括例如光电转换、电流/电压转换、A/D转换等信号转换单元，还可以包括比例变换、滤波、采样、信号的时域/频域转换以及FIR滤波等信号处理单元。在此不做限制。

预处理模块30，其连接所述调理模块20，用于将所述数字信号代入相应计算模型进行预处理计算，产生计算结果；在本实施例中，预处理模块30包括失稳分析单元31、平稳分析单元32、冲动分析单元33、温度处理单元34、振动分析单元35；其中：

失稳分析单元31内置转向架失稳模型，用于基于指定频段内的转向架横向振动加速度信号进行计算，作出转向架失稳预警、报警分析；

平稳分析单元32内置车辆平稳性模型，用于基于指定频段内的车体横向和垂向振动加速度信号进行计算，计算车辆运行的平稳度指标；

冲动分析单元33内置纵向冲动模型，用于基于车体的纵向振动加速度信号进行计算，计算列车纵向冲动性指标；

温度分析单元34内置温度分析模型，用于对各零部件的温度数据及其变化情况进行计算和趋势判断，作出温度预警和报警分析；

振动分析单元35内置振动分析模型，用于对轴箱和/或齿轮箱中的振动信号进行分析计算。

故障分析模块40，其连接所述调理模块20和所述预处理模块30，用于根据所述调理模块20输出的数字信号和所述预处理模块30中各分析单元输出的计算结果进行故障综合分析，获得列车的故障诊断结果；在本实施例中，故障综合分析包括轴箱异常诊断、电机异常诊断、转向架异常诊断、齿轮箱异常诊断。

输出模块50，其连接所述预处理模块30和所述故障分析模块40，用于输出所述计算结果和所述故障诊断结果；在本实施例中，输出模块50包括硬线接口及各种通信接口，与列车通信网络或车辆布线连接，当然，在此也可以根据用户的特定需求选择其他接口。

存储模块60用于存储记录调理模块20输出的数字信号、预处理模块30中各分析单元的计算结果以及故障分析模块40输出的故障诊断结果。在本实施例中，存储模块60可以由大容量存储设备构成。

电源70用于为上述各功能模块提供所需的工作电源。在本实施例中，电源70采用双组冗余设计。

在具体实施时，上述装置可以安装于例如6U-84R标准规格的机箱中，各功能模块以插件板卡形式安装在所述机箱中。该装置具有96路温度、噪声、振动信号输入接口，具有3路以太网通信及多路DIO硬线接口，各功能单元间通过背板总线通信交互数据。其中，控制等采用双组冗余设计。温度、振动、噪声等传感信号按类型分别进入到失稳、平稳、轴温、振动等处理单元(通过面板连接器)，在上述单元中完成信号调理和预处理过程，调理后的数字信号和预处理的计算结果再传至综合处理单元，在综合处理单元中进行故障诊断判断，最终故障诊断结果通过输入输出单元(硬线DIO)和控制单元(以太网)分别输出。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (7)

1.一种动车组走行部安全监测方法，其特征在于，包括：

检测并收集动车组走行部各零部件的状态参数，所述状态参数至少包括振动、压力、温度和噪声中的一种；

对收集到的状态参数进行转换，以将所述状态参数转换为能够用于相应计算模型的数字信号；

将所述数字信号代入所述相应计算模型进行预处理计算，产生计算结果；

根据所述数字信号以及所述计算结果进行故障综合分析，得出列车的故障诊断结果，所述故障综合分析至少包括轴箱异常诊断、电机异常诊断、转向架异常诊断和齿轮箱异常诊断中的一种；

输出所述计算结果和所述故障诊断结果；

所述相应计算模型至少包括转向架失稳模型、车辆平稳性模型、纵向冲动模型、温度分析模型和振动分析模型中的一种；其中：

所述转向架失稳模型用于基于指定频段内的转向架横向振动加速度信号进行计算，以作出转向架失稳预警、报警分析；

所述车辆平稳性模型用于基于指定频段内的车体横向和垂向振动加速度信号进行计算，以计算车辆运行的平稳度指标；

所述纵向冲动模型用于基于车体的纵向振动加速度信号进行计算，以计算列车纵向冲动性指标；

所述温度分析模型用于对各零部件的温度数据及其变化情况进行计算和趋势判断，以作出温度预警和报警分析；

所述振动分析模型用于对轴箱和/或齿轮箱中的振动信号进行分析计算。

2.一种动车组走行部安全监测装置，其特征在于，包括：

采集模块，其用于检测并收集动车组走行部各零部件的状态参数，所述状态参数至少包括振动、压力、温度和噪声中的一种；

调理模块，其连接所述采集模块，用于对收集到的状态参数进行转换，以将所述状态参数转换为能够用于相应计算模型的数字信号；

预处理模块，其连接所述调理模块，用于将所述数字信号代入所述相应计算模型进行预处理计算，产生计算结果；

故障分析模块，其连接所述调理模块和所述预处理模块，用于根据所述数字信号和所述计算结果进行故障综合分析，获得列车的故障诊断结果，其中所述故障综合分析至少包括轴箱异常诊断、电机异常诊断、转向架异常诊断和齿轮箱异常诊断中的一种；

输出模块，其连接所述预处理模块和所述故障分析模块，用于输出所述计算结果和所述故障诊断结果；

所述预处理模块中至少包括失稳分析单元、平稳分析单元、冲动分析单元、温度处理单元和振动分析单元中的一个单元；其中：

所述失稳分析单元内置转向架失稳模型，用于基于指定频段内的转向架横向振动加速度信号进行计算，以作出转向架失稳预警、报警分析；

所述平稳分析单元内置车辆平稳性模型，用于基于指定频段内的车体横向和垂向振动加速度信号进行计算，以计算车辆运行的平稳度指标；

所述冲动分析单元内置纵向冲动模型，用于基于车体的纵向振动加速度信号进行计算，以计算列车纵向冲动性指标；

所述温度分析单元内置温度分析模型，用于对各零部件的温度数据及其变化情况进行计算和趋势判断，以作出温度预警和报警分析；

所述振动分析单元内置振动分析模型，用于对轴箱和/或齿轮箱中的振动信号进行分析计算。

3.根据权利要求2所述的动车组走行部安全监测装置，其特征在于，所述故障分析模块进行故障综合分析至少包括轴箱异常诊断、电机异常诊断、转向架异常诊断、齿轮箱异常诊断中的一种。

4.根据权利要求2所述的动车组走行部安全监测装置，其特征在于，还包括存储模块，用于存储所述数字信号、所述计算结果和所述故障诊断结果。

5.根据权利要求2所述的动车组走行部安全监测装置，其特征在于，所述输出模块通过硬线接口或通信接口输出所述计算结果和所述故障诊断结果。

6.根据权利要求2所述的动车组走行部安全监测装置，其特征在于，所述装置安装于6U-84R标准规格机箱中，各功能模块以插件板卡形式安装在所述机箱中。

7.根据权利要求2所述的动车组走行部安全监测装置，其特征在于，所述安全监测装置设置成集中式结构或分布式结构。

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