CN111618357B - 无线数据采集装置及具有该装置的钢轨铣刀设备 - Google Patents

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Abstract

一种无线数据采集装置，应用于钢轨铣刀中，无线数据采集装置包括数据采集模块及无线传输模块；数据采集模块用于装设于钢轨铣刀上，包括传感器、电池及无线充电接收器；传感器用于采集震动数据；电池用于供电；无线充电接收器用于接受电能为电池供电；无线传输模块邻近数据采集模块设置，包括无线数据接收器及无线充电发送器；无线数据接收器用于接受震动数据；无线充电发送器连接外部电源，用于将电能发送给无线充电接收器。一种钢轨铣刀设备，用于铣削钢轨，包括钢轨铣刀、控制系统及上述无线数据采集装置，无线数据采集装置采集钢轨铣刀的震动数据并传输给控制系统以判定钢轨铣刀的状态。

Description

无线数据采集装置及具有该装置的钢轨铣刀设备
技术领域
本申请涉及一种用于采集钢轨铣刀震动数据的无线数据采集装置及具有该装置的钢轨铣刀设备。
背景技术
随着轨道养护技术(尤其是钢轨铣削技术)的进步，钢轨铣削已得到广泛应用。钢轨铣削所用的钢轨铣刀，作为核心部件，其直接承担着全部的铣削工作。铣刀在铣削过程中，随着磨损量的加大，铣削效果大大减弱，且铣削过程通常容易出现刃口崩缺等状况。对于以上状况的识别、判定，目前主要采用在作业间隙人工检查的方式，然而可能作业中铣刀已经发生异常(如崩缺)，这就导致铣刀异常后的作业是无效的，同时，人工检查往往存在主观判断不准，甚至漏检等问题。以上问题的存在不仅产生了浪费且增加了钢轨铣削对钢轨损伤的风险。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种适合钢轨铣刀的无线数据采集装置及具有该装置的钢轨铣刀设备以在加工中对钢轨铣刀的状况进行准确的判定。
本申请一实施例中提供一种无线数据采集装置，应用于钢轨铣刀中，所述无线数据采集装置包括数据采集模块及无线传输模块；所述数据采集模块用于装设于所述钢轨铣刀的旋转中心处，包括传感器、电池及无线充电接收器；所述传感器用于采集所述钢轨铣刀的震动数据；所述电池用于为所述传感器供电；所述无线充电接收器用于接受电信号，并将所述电信号转化为电能为所述电池供电；所述无线传输模块邻近所述数据采集模块设置，包括无线数据接收器及无线充电发送器；所述无线数据接收器无线通讯连接所述传感器，用于接受所述震动数据；所述无线充电发送器连接外部电源，用于将电能转化成电信号并发送给所述无线充电接收器。
本申请一实施例中，所述数据采集模块还包括第一底座及第一盖板，所述第一底座用于固定装设于所述钢轨铣刀的旋转中心处，所述第一底座设有第一凹槽，所述第一凹槽用于收容所述传感器、所述电池及所述无线充电接收器，所述第一盖板用于封住所述第一凹槽。
本申请一实施例中，所述数据采集模块还包括第一固定框、第二固定框及固定板，所述第一固定框与所述第二固定框之间形成有第一收容腔，所述第一收容腔用于收容所述传感器；所述第二固定框背离所述第一固定框的一侧，与所述固定板之间形成有第二收容腔，所述第二收容腔用于收容所述电池；所述第一固定框、所述第二固定框及所述固定板固定于所述第一盖板上并置于所述第一凹槽内。
本申请一实施例中，所述第一盖板设有第二凹槽，所述第二凹槽用于收容并固定所述固定板及所述第二固定框。
本申请一实施例中，所述数据采集模块还包括固定件，所述固定件用于将所述无线充电接收器固定到所述第一凹槽的底面上，所述第一底座朝向所述无线传输模块放置，以使所述无线充电接收器充分接收电信号。
本申请一实施例中，所述数据采集模块还包括密封圈，所述密封圈装设于所述第一底座与所述第一盖板之间，并围绕所述第一凹槽布置，以密封所述第一凹槽。
本申请一实施例中，所述无线充电发送器包括电信号转化器及线圈，所述电信号转化器电连接所述线圈，所述电信号转化器用于将电能转换为电信号，并通过所述线圈对外发送。
本申请一实施例中，所述无线传输模块还包括电源，所述电源连接外部电路，用于为所述电信号转化器及所述无线数据接收器供电。
本申请一实施例中，所述无线传输模块还包括第二底座及第二盖板，所述第二底座设有第二凹槽，所述第二凹槽用于收容所述无线数据接收器、所述电信号转化器、所述线圈及所述电源；所述第二盖板用于封住所述第二凹槽。
本申请一实施例中，所述第二凹槽的底部设有线圈槽，所述线圈槽用于收容所述线圈，所述第二底座朝向所述数据采集模块设置，以使所述无线充电接收器充分接收所述电信号。
本申请一实施例中，所述无线数据采集装置还包括分析模块，所述分析模块通过数据线连接所述无线数据接收器，以分析所述震动数据。
本申请一实施例中，所述分析模块还根据所述震动数据判断铣削状态，形成操作指令，以供铣磨车控制系统读取以控制所述钢轨铣刀。
本申请一实施例中，所述无线传输模块与所述数据采集模块之间的直线距离小于等于5厘米。
本申请还提供一种钢轨铣刀设备，用于铣削钢轨，包括钢轨铣刀、控制系统及上述的无线数据采集装置，所述无线数据采集装置通讯连接所述控制系统，所述无线数据采集装置用于采集所述钢轨铣刀的震动数据并传输给所述控制系统，所述控制系统通过分析所述震动数据判定所述钢轨铣刀的状态。
上述无线数据采集装置及钢轨铣刀设备通过安装于钢轨铣刀上的数据采集模块，在铣削过程中随着钢轨铣刀转动，其内部的传感器采集铣削过程中钢轨铣刀的震动数据，再通过无线数据接收器接收该震动数据，最后对该震动数据进行分析以达到对钢轨铣刀的状况进行准确判定的目的，同时通过电池、无线充电接收器、无线充电发送器避免了对数据采集模块更换电池的操作，达到了对数据采集模块持续供电的目的。
附图说明
图1为无线数据采集装置的立体示意图。
图2为图1中数据采集模块的分解图。
图3为图1中数据采集模块另一视角的分解图
图4为图2中数据采集模块的剖视图。
图5为图1中无线传输模块的分解图。
图6为图1中数据采集模块与钢轨铣刀的分解图。
图7为图1中数据采集模块与钢轨铣刀正面的组合图。
图8为图1中数据采集模块与钢轨铣刀背面的组合图。
图9为图1中无线数据采集装置与分析模块的立体示意图。
主要元件符号说明
无线数据采集装置 100
钢轨铣刀 200
数据采集模块 10
传感器 11
电池 12
无线充电接收器 13
第一底座 14
第一凹槽 14a
密封圈 14b
第一盖板 15
第二凹槽 15a
第一固定框 16
第一收容腔 16a
第二固定框 17
第二收容腔 17a
固定板 18
固定件 19
无线传输模块 20
无线数据接收器 21
无线充电发送器 22
电信号转化器 22a
线圈 22b
电源 23
第二底座 24
第三凹槽 24a
第二盖板 25
分析模块 30
具体实施方式
下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，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方式，都属于本申请保护的范围。
需要说明的是，当组件被称为″固定于″另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是″连接″另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是″设置于″另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语″垂直的″、″水平的″、″左″、″右″以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语″或/及″包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
请参阅图1，图1为无线数据采集装置100的立体示意图，一种无线数据采集装置100，用于采集钢轨铣刀200的震动数据，无线数据采集装置100包括数据采集模块10及无线传输模块20。数据采集模块10用于装设于钢轨铣刀200(的刀盘)的旋转中心处，随着钢轨铣刀200旋转以收集钢轨铣刀200的震动数据。无线传输模块20邻近数据采集模块10放置，用于接收震动数据。在图示中只显示了钢轨铣刀200的刀盘，钢轨铣刀200其他细节未显示。
请参阅图2、图3及图4，图2、图3为数据采集模块10的分解图，图4为数据采集模块10的剖视图。数据采集模块10包括传感器11、电池12及无线充电接收器13。传感器11用于采集钢轨铣刀200的震动数据；电池12用于为传感器11供电；无线充电接收器13用于接受电信号，并将电信号转化为电能为电池12供电。在本实施例中，无线充电接收器13采用磁共振方式接收电能。
请参阅图5，图5为无线传输模块20的分解图。无线传输模块20包括无线数据接收器21及无线充电发送器22。无线数据接收器21无线通讯连接传感器11，用于接受震动数据；无线充电发送器22连接外部电源，用于将电能转化成电信号并发送给无线充电接收器13。
请参阅图2、图3及图4，数据采集模块10还包括第一底座14及第一盖板15。第一底座14呈圆盘状，用于同轴固定装设于钢轨铣刀200的旋转中心处，随着钢轨铣刀200共同旋转。第一底座14设有第一凹槽14a，第一凹槽14a用于收容传感器11、电池12及无线充电接收器13。第一盖板15呈四边形，用于封住第一凹槽14a。在本实施例中，由于无线充电接收器13呈圆形，故第一凹槽14a的底面大致呈与无线充电接收器13大小相同的圆形，两侧设有扩容空间以方便取出无线充电接收器13。在本实施例中，第一底座14及第一盖板15为非金属的塑料材料。
请参阅图6、图7及图8，图6为数据采集模块10与钢轨铣刀200的分解图，图7、图8为数据采集模块10与钢轨铣刀200的组合图。在本实施例中，第一底座14安装于钢轨铣刀200背离旋转主轴的一侧，且第一底座14通过螺丝固定在钢轨铣刀200上，第一盖板15通过螺丝固定到第一底座14上。
请参阅图2、图3及图4，数据采集模块10还包括第一固定框16、第二固定框17及固定板18。第一固定框16、第二固定框17及固定板18呈形状相同的方形。第一固定框16固定于第二固定框17上，第一固定框16朝向第二固定框17的一侧形成有第一收容腔16a，第一收容腔16a用于收容传感器11。固定板18固定于第二固定框17背离第一固定框16的一侧，第二固定框17与固定板18之间形成有第二收容腔17a，第二收容腔17a用于收容电池12。第一固定框16、第二固定框17及固定板18固定于第一盖板15上并置于第一凹槽14a内。在本实施例中，固定板18靠近第一盖板15设置，第一固定框16、第二固定框17及固定板18相互通过螺丝固定连接；且第一固定框16、第二固定框17及固定板18的材料为铝合金。
请参阅图2、图3及图4，第一盖板15设有第二凹槽15a，第二凹槽15a的形状与第二固定框17及固定板18相同，用于收容并固定第二固定框17及固定板18。在本实施例中，通过螺丝穿设第二固定框17、第一盖板15以将第一固定框16、第二固定框17及固定板18固定到第一盖板15上。
请参阅图2、图3及图4，数据采集模块10还包括固定件19，固定件19用于将无线充电接收器13固定到第一凹槽14a的底面上，同时第一底座14朝向无线传输模块20设置，以使无线充电接收器13充分接收电信号。在本实施例中，固定件19通过两个螺丝将无线充电接收器13固定在第一底座14上。
请参阅图2、图3及图4，数据采集模块10还包括密封圈14b，密封圈14b装设于第一底座14与第一盖板15之间，并围绕第一凹槽14a布置，以密封第一凹槽14a，用于防尘防水。
请参阅图5，无线充电发送器22包括电信号转化器22a及线圈22b。电信号转化器22a电连接线圈22b。电信号转化器22a用于将电能转换为电信号，并通过线圈22b对外发送。在本实施例中，线圈22b大致呈方形环绕布置。
请参阅图5，无线传输模块20还包括电源23，电源23连接外部电路，用于为电信号转化器22a及无线数据接收器21持续供电。
请参阅图5，无线传输模块20还包括第二底座24及第二盖板25。第二底座24设有第三凹槽24a，第三凹槽24a用于收容无线数据接收器21、电信号转化器22a、线圈22b及电源23。第二盖板25用于封住第三凹槽24a。在本实施例中，第二底座24及第二盖板25大致呈方形，通过螺丝相固定。第三凹槽24a的底面设有线圈槽，线圈槽用于收容并固定线圈22b，同时第二底座24朝向数据采集模块10设置，以使无线充电接收器13更充分接收线圈22b发送的电信号。在本实施例中，由于金属材料对线圈22b发送电信号有影响，故第二底座24及第二盖板25的材料需要为非金属材料，如塑料。
在本实施例中，无线传输模块20需与数据采集模块10正对布置，并确保数据采集模块10水平方向位于无线传输模块20内的线圈22b的面积内，且水平距离小于等于5厘米。
请参阅图9，无线数据采集装置100还包括分析模块30，分析模块30通过数据线连接无线数据接收器21，分析模块30将振动数据与标准数字模型进行比对，得出钢轨铣刀200的铣削状态。在本实施例中，标准数字模型需首先收集大量铣削数据，通过大数据及人工智能技术对铣削数据进行分析并建立铣削数字模型，借助系统外计算器辅助实现，数字模型建立后导入分析模块30即可实现比对。
无线数据采集装置100的工作方式为：传感器11检测钢轨铣刀200铣削过程中的振动情况，并将振动数据进行存储；存储的振动信息可在设定的时间间隔(例如0.1秒)发送至无线数据接收器21；无线数据接收器21接收数据后通过传输至分析模块30；分析模块30通过分析数据的特征值并与标准数字模型进行比对，进而分析出钢轨铣削状态；分析模块30根据铣削状态形成操作指令，以供铣磨车控制系统读取(即为铣磨车控制系统提供铣削控制参考)，使钢轨铣刀200的运动可以实时根据震动情况进行调整，解决了钢轨铣刀200铣削过程无法监控的问题，能够精确分析出钢轨铣刀200的铣削状态，并指导控制系统变更铣削策略，进而实现智能控制。在本实施例中，数据分析模块30为计算机、操作机台等控制设备。
具体地，无线传输模块20可以固定在铣磨车的钢轨铣刀保护罩子上，以隔空正对数据采集模块10接收数据。
本申请还提供一种钢轨铣刀设备，用于铣削钢轨，包括钢轨铣刀200、控制系统及无线数据采集装置100。无线数据采集装置100通讯连接控制系统。无线数据采集装置100用于采集钢轨铣刀200加工过程中的震动数据并传输给控制系统，控制系统通过分析震动数据判定钢轨铣刀200的状态。
可以理解的是，在其他实施方式中，第一底座14与第一盖板15可以包括其他形状及内部结构；第二底座24及第二盖板25也可以包括其他形状及内部结构；线圈22b可以以其他形状环绕排列；第一底座14与第一盖板15、第二底座24与第二盖板25也可以是其他材料制成。
上述无线数据采集装置100及钢轨铣刀设备通过安装于钢轨铣刀200上的数据采集模块10，在铣削过程中随着钢轨铣刀200转动，其内部的传感器11采集铣削过程中钢轨铣刀200的震动数据，再通过无线数据接收器21接收该震动数据，最后对该震动数据进行分析以达到对钢轨铣刀200的状况进行准确判定的目的，同时通过电池12、无线充电接收器13、无线充电发送器22避免了对数据采集模块10更换电池12的操作，达到了对数据采集模块持续供电的目的。
以上实施方式仅用以说明本申请的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本申请进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本申请技术方案的精神和范围。本领域技术人员还可在本申请精神内做其它变化等用在本申请的设计，只要其不偏离本申请的技术效果均可。这些依据本申请精神所做的变化，都应包含在本申请所要求保护的范围之内。

Claims (12)

1.一种无线数据采集装置，用于采集钢轨铣刀的震动数据，其特征在于：所述无线数据采集装置包括：
数据采集模块，用于装设于所述钢轨铣刀的旋转中心处，包括：
传感器，用于采集所述钢轨铣刀的震动数据；
电池，用于为所述传感器供电；
无线充电接收器，用于接受电信号，并将所述电信号转化为电能为所述电池供电；
无线传输模块，邻近所述数据采集模块设置，包括：
无线数据接收器，无线通讯连接所述传感器，用于接受所述震动数据；
无线充电发送器，连接外部电源，用于将电能传递给所述无线充电接收器；
所述数据采集模块还包括第一底座及第一盖板，所述第一底座用于固定装设于所述钢轨铣刀的旋转中心处，所述第一底座设有第一凹槽，所述第一盖板用于封住所述第一凹槽；所述无线充电接收器固定到所述第一凹槽的底面上，所述第一底座朝向所述无线传输模块设置；
所述第一凹槽的两侧设有扩容空间；
所述数据采集模块还包括第一固定框、第二固定框及固定板，所述第一固定框与所述第二固定框之间形成有第一收容腔，所述第一收容腔用于收容所述传感器；所述第二固定框背离所述第一固定框的一侧，与所述固定板之间形成有第二收容腔，所述第二收容腔用于收容所述电池；所述第一固定框、所述第二固定框及所述固定板相互固定连接，所述第一固定框、所述第二固定框及所述固定板固定于所述第一盖板上并置于所述第一凹槽内。
2.如权利要求1所述的无线数据采集装置，其特征在于：所述第一盖板设有第二凹槽，所述第二凹槽用于收容并固定所述固定板及所述第二固定框。
3.如权利要求1所述的无线数据采集装置，其特征在于：所述数据采集模块还包括固定件，所述固定件用于将所述无线充电接收器固定到所述第一凹槽的底面上，所述第一底座朝向所述无线传输模块放置，以使所述无线充电接收器充分接收电信号。
4.如权利要求1所述的无线数据采集装置，其特征在于：所述数据采集模块还包括密封圈，所述密封圈装设于所述第一底座与所述第一盖板之间，并围绕所述第一凹槽布置，以密封所述第一凹槽。
5.如权利要求1所述的无线数据采集装置，其特征在于：无线充电发送器包括电信号转化器及线圈，所述电信号转化器电连接所述线圈，所述电信号转化器用于将电能转换为电信号，并通过所述线圈对外发送。
6.如权利要求5所述的无线数据采集装置，其特征在于：所述无线传输模块还包括电源，所述电源连接外部电路，用于为所述电信号转化器及所述无线数据接收器供电。
7.如权利要求6所述的无线数据采集装置，其特征在于：所述无线传输模块还包括第二底座及第二盖板，所述第二底座设有第二凹槽，所述第二凹槽用于收容所述无线数据接收器、所述电信号转化器、所述线圈及所述电源；所述第二盖板用于封住所述第二凹槽。
8.如权利要求7所述的无线数据采集装置，其特征在于：所述第二凹槽的底部设有线圈槽，所述线圈槽用于收容所述线圈，所述第二底座朝向所述数据采集模块设置，以使所述无线充电接收器充分接收所述电信号。
9.如权利要求1所述的无线数据采集装置，其特征在于：所述无线数据采集装置还包括分析模块，所述分析模块通过数据线连接所述无线数据接收器，以分析所述震动数据。
10.如权利要求9所述的无线数据采集装置，其特征在于：所述分析模块还根据所述震动数据判断铣削状态，形成操作指令，以供控制系统读取以控制所述钢轨铣刀。
11.如权利要求1O所述的无线数据采集装置，其特征在于：所述无线传输模块与所述数据采集模块之间的直线距离小于等于5厘米。
12.一种钢轨铣刀设备，用于铣削钢轨，包括钢轨铣刀及控制系统，其特征在于：所述钢轨铣刀设备还包括如权利要求1-11任意一项所述的无线数据采集装置，所述无线数据采集装置通讯连接所述控制系统，所述无线数据采集装置用于采集所述钢轨铣刀的震动数据并传输给所述控制系统，所述控制系统通过分析所述震动数据判定所述钢轨铣刀的状态。
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