CN112849217A - 轨道列车异常振动信号的处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明适用于轨道交通技术领域，提供了一种轨道列车异常振动信号的处理系统，该系统包括：至少一个异常振动监控装置，设置在车辆发生异常振动的至少一个部位上，用于放大车辆异常振动，并采集放大的异常振动信号；将异常振动信号发送给列车制动控制单元；列车制动控制单元，用于获取异常振动信号，并对异常振动信号进行处理。本申请通过在车辆发生异常振动的不同部位分别设置至少一个异常振动监控装置，当车辆发生异常振动时可以扩大异常振动信号，异常振动监控装置可以采集异常振动信号并将采集到的异常振动信号发送给列车制动控制单元进行进一步处理，从而可以对轨道列车异常振动感知与分析提供全面的监测、诊断、预警。

Description

轨道列车异常振动信号的处理系统

技术领域

本发明属于轨道交通技术领域，尤其涉及一种轨道列车异常振动信号的处理系统。

背景技术

对于轨道车辆，车轮及其运行线路钢轨并不是理想光滑的，轮轨接口界面的激励始终存在。因此，车辆振动是始终存在的。当车辆振动水平超过一定的标准限值时，车辆振动状态恶化，认为车辆发生异常振动。异常振动的影响因素不单一，往往存在多种随机影响因素。异常振动影响车辆运行性能，甚至可能影响到铁路系统的运营秩序。

目前当车辆发生异常振动时，可以针对车辆稳定性以及车体平稳性进行分析处理。针对车辆稳定性预警采用转向架构架端部横向加速度进行预警和一定行车控制，但是该系统是监测、诊断以及预警对象为转向架，监测物理量为横向加速度，并具有适应自身需求的滤波频段。车体平稳性指标测试一般采用加速度传感器进行车体响应测试，然后进行平稳性分析。但是平稳性指标与异常振动的映射关系不具较好的对应性，并且车辆异常振动存在多种形式，同时随机影响因素较多，目前的测试技术不可很好的辨识异常振动类型。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种轨道列车异常振动信号的处理系统，以解决现有技术中没有针对轨道列车异常振动感知与分析提供全面的监测、诊断、预警系统的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种轨道列车异常振动信号的处理系统，包括：至少一个异常振动监控装置和列车制动控制单元；

所述至少一个异常振动监控装置，设置在车辆发生异常振动的至少一个部位上，用于放大车辆异常振动，并采集放大的异常振动信号；将所述异常振动信号发送给列车制动控制单元；

所述列车制动控制单元，用于获取所述异常振动信号，并对所述异常振动信号进行处理。

在一实施例中，每个异常振动监控装置包括：弹簧、振子、安装基础设备以及振动传感器；

所述安装基础设备固结于车体上；

所述弹簧的一端连接所述安装基础设备，另一端连接所述振子；

所述振动传感器设置在所述振子上，所述振动传感器的感知振动的方向与所述振子的运动方向一致，所述振动传感器，用于采集所述振子的运动信号。

在一实施例中，所述每个异常振动监控装置还包括：导向套筒；

所述导向套筒与所述安装基础设备固结连接，所述导向套筒的安置方向与所述振子的运动方向一致。

在一实施例中，所述每个异常振动监控装置还包括：限值碰撞感应板；

所述限值碰撞感应板设置在所述振子的运动方向上、且所述振子静止时距离所述振子为预设距离的位置处，固结在所述安装基础设备上。

在一实施例中，所述每个异常振动监控装置还包括：两个限值碰撞感应板；

任一个限值碰撞感应板上预设位置设置一圆孔，设置圆孔的限值碰撞感应板设置在所述振子的运动方向上且位于所述弹簧和所述振子之间的第一预设位置上，所述圆孔内穿过所述弹簧，另一限值碰撞感应板设置在所述振子的运动方向上且所述振子静止时距离所述振子为第二预设距离的位置处，两个限值碰撞感应板均固结在所述安装基础设备上。

在一实施例中，所述每个异常振动监控装置还包括：限值碰撞感应板；

所述限值碰撞感应板设置在所述导向套筒内且所述振子静止时距离所述振子为预设距离的位置处，所述限值碰撞感应板固结在所述安装基础设备上。

在一实施例中，所述每个异常振动监控装置还包括：两个限值碰撞感应板；

任一个限值碰撞感应板上预设位置设置一圆孔，设置圆孔的限值碰撞感应板设置在所述导向套筒内的所述振子的运动方向上且位于所述弹簧和所述振子之间的第一预设位置上，所述圆孔内穿过所述弹簧，另一限值碰撞感应板设置在所述导向套筒内的所述振子的运动方向上且所述振子静止时距离所述振子为第二预设距离的位置处，两个限值碰撞感应板均固结在所述导向套筒内。

在一实施例中，所述振动传感器包括：加速度传感器或者位移传感器。

在一实施例中，所述列车制动控制单元，用于获取并保存所述异常振动信号；

以及根据获取的所述异常振动信号进行检测，当所述异常振动信号小于第一预设阈值时，进行行车控制；

当所述异常振动信号大于或等于第一预设阈值且小于第二预设阈值时，进行预警，并进行行车控制；

当所述异常振动信号大于或等于第二预设阈值时，进行报警，并进行行车控制；

车辆发生异常振动的不同部位设置的第一预设阈值以及第二预设阈值的数值均不同；

车辆发生异常振动的不同部位设置的异常振动监控装置中的弹簧的刚度不同以及振子的质量不同。

在一实施例中，当所述振子撞击到限值碰撞感应板时，所述振动传感器输出报警信息，所述列车制动控制单元接收到所述报警信息后直接进行报警，并进行行车控制；

或者，在限值碰撞感应板上设置报警设备，当所述振子撞击到限值碰撞感应板时进行报警。

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：通过在车辆发生异常振动的不同部位分别设置至少一个异常振动监控装置，当车辆发生异常振动时可以扩大异常振动信号，异常振动监控装置可以采集异常振动信号并将采集到的异常振动信号发送给列车制动控制单元进行进一步处理，从而可以对轨道列车异常振动感知与分析提供全面的监测、诊断、预警。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的轨道列车异常振动信号的处理系统的示意图；

图2是本发明实施例提供的异常振动监控装置的示意图；

图3是本发明实施例提供的异常振动监控装置(设置导向套筒)的示意图；

图4是本发明实施例提供的限值碰撞感应板(未设置导向套筒)的设置示意图；

图5是本发明实施例提供的限值碰撞感应板(设置导向套筒)的设置示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

如图1所示一种轨道列车异常振动信号的处理系统，可以包括：至少一个异常振动监控装置101和列车制动控制单元102；

所述至少一个异常振动监控装置101，设置在车辆发生异常振动的至少一个部位上，用于放大车辆异常振动，并采集放大的异常振动信号；将所述异常振动信号发送给列车制动控制单元；

所述列车制动控制单元102，用于获取所述异常振动信号，并对所述异常振动信号进行处理。

上述轨道列车异常振动信号的处理系统，通过在车辆发生异常振动的不同部位分别设置至少一个异常振动监控装置，当车辆发生异常振动时可以扩大异常振动信号，异常振动监控装置可以采集异常振动信号并将采集到的异常振动信号发送给列车制动控制单元进行进一步处理，从而可以对轨道列车异常振动感知与分析提供全面的监测、诊断、预警。

可选的，如图2所示，每个异常振动监控装置101可以包括：弹簧201、振子202、安装基础设备203以及振动传感器204。

所述安装基础设备203固结于车体上；

所述弹簧201的一端连接所述安装基础设备203，另一端连接所述振子202；

所述振动传感器204设置在所述振子202上，所述振动传感器204的感知振动的方向与所述振子202的运动方向一致，所述振动传感器204，用于采集所述振子202的运动信号。例如，振动传感器可以设置在振子的两个侧面中的任意侧面上。

如图2中所示，安装基础设备203可以为至少一块，可以根据设置在车体的不同位置进行相应地增减安装基础设备203的数量。

可选的，车体的异常振动可以包括车体横向摆动过大、车辆低频晃动、车体抖动以及转向架稳定性不足等异常振动形式。下面我们以车体横向摆动过大为例进行详细描述，其它异常振动形式与车体横向摆动过大的异常振动形式的处理方式以及安装异常振动监控装置的原理相似。

当车辆车体发生较大的横向摆动时，实际线路宽频激励下车体响应频率丰富，不利于横向摆动辨识。采用本方案进行辨识，首先车体横向摆动的异常振动形式已经明确，由车体横摆的特性，设计弹簧振子系统。可选的，车辆发生异常振动的不同部位设置的异常振动监控装置中的弹簧的刚度不同以及振子的质量不同。不同的异常振动形式，弹簧振子组成形式不唯一，其原则是振子振动形式与车辆异常振动具有一致性。

如图2所示，安装基础设备203固结于车体，可以选择横向摆动最明显，其他干扰振动信号少的位置，这样监测到的异常振动信号更明显。振子202上配置横向的振动传感器204，用于振子202振动响应的感知。根据共振原理，通过振子+传感器质量、弹簧刚度的组合设计，使得振子202横向振动频率与车体横向摆动频率相等或者近似相等。当车体发生较大横摆时，振子202横向振动发生，振子振动放大，突显异常振动信。通过测试，明确振子202横向振动与车体横向摆动之间的强度关系。通过振子202振动辨识，可以通过列车制动控制单元对接收到振动传感器监测的异常振动信号进行评价车体横向摆动，进行预警和报警，乃至控制行车速度或者停车。

可选的，如图3所示，所述每个异常振动监控装置101还包括：导向套筒205。

所述导向套筒205与所述安装基础设备203固结连接，所述导向套筒205的安置方向与所述振子202的运动方向一致。如图3中，振子202与导向套筒205之间仅具有横向振动1个自由度，两者之间的阻尼足够小，这样当车体发生横向摆动时，振子202在导向套筒205内产生横向运动。

可选的，导向套筒205的形状可以为内空的圆柱体、内空的长方体等，并且空腔内可以容纳振子，并且保证振子的运动流畅。

可选的，振动传感器204可以包括：加速度传感器或者位移传感器。当车体发生横向摆动时，振子202在导向套筒205内产生横向运动，振动传感器204监测到振动发生，采集到加速度值或者位移值后，将监测到的加速度值或者位移值发送给列车制动控制单元102。列车制动控制单元102，用于获取并保存所述异常振动信号；以及根据获取的所述异常振动信号进行检测，当所述异常振动信号小于第一预设阈值时，进行行车控制；当所述异常振动信号大于或等于第一预设阈值且小于第二预设阈值时，进行预警，并进行行车控制；当所述异常振动信号大于或等于第二预设阈值时，进行报警，并进行行车控制。

通过不同预设阈值的设置，可以对列车进行不同的行车控制以及警示，避免异常振动的发生。

行车控制可以包括不同层次的限速或者停车。

可选的，车辆发生异常振动的不同部位设置的第一预设阈值以及第二预设阈值的数值均不同。

可选的，振动传感器204与列车制动控制单元102可以通过无线连接。

可选的，列车制动控制单元102保存的异常振动信号，可以用于车辆异常振动状态的长期在线跟踪，获取异常振动状态演变规律，为车辆异常振动预测提供支撑数据。另外通过车辆异常振动监测以及发生的线路区段，可以对线路质量进行评估，以及为列车异常处置修程制定提供依据。

为了当车辆发生强烈的异常振动时进行快速报警，可以设置限值碰撞感应板。每个异常振动监控装置101还可以包括：限值碰撞感应板2061。如图4所示的限值碰撞感应板2061。

当异常振动监控装置101中未设置导向套筒205时，所述限值碰撞感应板206设置在所述振子202的运动方向上、且所述振子202静止时距离所述振子202为预设距离的位置处，固结在所述安装基础设备203上。

可选的，预设距离可以根据经验进行设置或者根据历史数据统计分析结果设置。

可选的，所述每个异常振动监控装置101还可以包括：两个限值碰撞感应板；如图4所示的限值碰撞感应板2061和限值碰撞感应板2062。

任一个限值碰撞感应板上预设位置设置一圆孔，如图4所示，限值碰撞感应板2062上预设位置设置一圆孔，设置圆孔的限值碰撞感应板2062设置在所述振子202的运动方向上且位于所述弹簧201和所述振子202之间的第一预设位置上，所述圆孔内穿过所述弹簧，另一限值碰撞感应板2061设置在所述振子202的运动方向上且所述振子202静止时距离所述振子202为第二预设距离的位置处，两个限值碰撞感应板均固结在所述安装基础设备203上。

可选的，所述每个异常振动监控装置101还可以包括：限值碰撞感应板2063。如图5所示的限值碰撞感应板2063。

当异常振动监控装置101中设置导向套筒205时，所述限值碰撞感应板2063设置在所述导向套筒205内且所述振子202静止时距离所述振子202为预设距离的位置处，所述限值碰撞感应板2063固结在所述安装基础设备203上。可选的，预设距离可以根据经验进行设置或者根据历史数据统计分析结果设置。

可选的，所述每个异常振动监控装置还包括：两个限值碰撞感应板；如图5所示的限值碰撞感应板2063和限值碰撞感应板2064。

任一个限值碰撞感应板上预设位置设置一圆孔，例如在限值碰撞感应板2064上预设位置设置一圆孔，设置圆孔的限值碰撞感应板2064设置在所述导向套筒205内的所述振子202的运动方向上且位于所述弹簧201和所述振子202之间的第一预设位置上，所述圆孔内穿过所述弹簧201，另一限值碰撞感应板2063设置在所述导向套筒205内的所述振子202的运动方向上且所述振子202静止时距离所述振子202为第二预设距离的位置处，两个限值碰撞感应板均固结在所述导向套筒内。

可选的，当车体发生较大的振动时，所述振子202撞击到限值碰撞感应板时，所述振动传感器204可以探测到加速度立即减小，此时可以设置输出报警信息，所述列车制动控制单元接收到所述报警信息后直接进行报警，并进行行车控制。

或者，可以在设置的限值碰撞感应板上直接设置报警设备，当所述振子撞击到限值碰撞感应板时进行报警，司机听到报警后，可以立即进行行车控制。

上述轨道列车异常振动信号的处理系统，通过在车辆发生异常振动的不同部位分别设置至少一个异常振动监控装置，当车辆发生异常振动时可以扩大异常振动信号，异常振动监控装置可以采集异常振动信号并将采集到的异常振动信号发送给列车制动控制单元进行进一步处理，从而可以对轨道列车异常振动感知与分析提供全面的监测、诊断、预警。另外当振动较大时，可以通过设置限值碰撞感应板进行立即报警。

可选的，车辆低频晃动形式以车体滚摆和摇头的叠加形式为主。如果车体某一位位置的横向振动可以表征晃车，那么可以采用上述车体横向摆动过大的方案。如果车体横向摆动过大的方案对车体低频晃动欠佳，可以设计其他振动形式的弹簧振子。或可通过多个弹簧与振子的组合设计，使得弹簧振子与车辆低频晃动振型一致。车辆低频晃动频率主要集中在1Hz-3Hz，通过振子质量和弹簧刚度的设定，也使得振子关键振型具有相似频率。装置可以安装在车体关键部位。

常见的车体抖动，主要由转向架蛇行运动与车体结构模态或车体扭转模态共振所致，其频率一般为8Hz-9Hz。车体底板垂向振动车体抖动具有很强的相关性。因此可以采用与车体横向摆动过大的方案相似的弹簧振子组成，安装在车体底板，垂向布置，进行相关应用。

转向架稳定性不足时，将发生一定的蛇行运动，其频率主要分布在3Hz-9Hz。构架端部横向运动和转向架稳定性不足(即发生蛇行运动时)具有较强的相关性。可以在转向架端部布置横向的弹簧振子系统。弹簧振子参数根据转向架蛇行运动特征进行设计，原理同车体横向摆动过大的方案，不再赘述。

针对车辆可能异常振动，可以同时在车辆关键位置布置不同的弹簧振子系统，进行异常振动的监测与判定，以及必要的预警、报警和控车。车辆发生异常可以实现异常振动类型、强度等判断。除了上述应用，本申请的轨道列车异常振动信号的处理系统，也可应用于其他关键振动成分识别方面。

在应用方式方面，该轨道列车异常振动信号的处理系统还可以作为便携测试应用，进行临时异常振动的测试与诊断应用；也可作为车辆常配系统应用，进行状态监测，乃至必要的预警、报警和控车。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种轨道列车异常振动信号的处理系统，其特征在于，包括：至少一个异常振动监控装置和列车制动控制单元；

所述至少一个异常振动监控装置，设置在车辆发生异常振动的至少一个部位上，用于放大车辆异常振动，并采集放大的异常振动信号；将所述异常振动信号发送给列车制动控制单元；

所述列车制动控制单元，用于获取所述异常振动信号，并对所述异常振动信号进行处理。

2.如权利要求1所述的轨道列车异常振动信号的处理系统，其特征在于，每个异常振动监控装置包括：弹簧、振子、安装基础设备以及振动传感器；

所述安装基础设备固结于车体上；

所述弹簧的一端连接所述安装基础设备，另一端连接所述振子；

所述振动传感器设置在所述振子上，所述振动传感器的感知振动的方向与所述振子的运动方向一致，所述振动传感器，用于采集所述振子的运动信号。

3.如权利要求2所述的轨道列车异常振动信号的处理系统，其特征在于，所述每个异常振动监控装置还包括：导向套筒；

所述导向套筒与所述安装基础设备固结连接，所述导向套筒的安置方向与所述振子的运动方向一致。

4.如权利要求2所述的轨道列车异常振动信号的处理系统，其特征在于，所述每个异常振动监控装置还包括：限值碰撞感应板；

所述限值碰撞感应板设置在所述振子的运动方向上、且所述振子静止时距离所述振子为预设距离的位置处，固结在所述安装基础设备上。

5.如权利要求2所述的轨道列车异常振动信号的处理系统，其特征在于，所述每个异常振动监控装置还包括：两个限值碰撞感应板；

任一个限值碰撞感应板上预设位置设置一圆孔，设置圆孔的限值碰撞感应板设置在所述振子的运动方向上且位于所述弹簧和所述振子之间的第一预设位置上，所述圆孔内穿过所述弹簧，另一限值碰撞感应板设置在所述振子的运动方向上且所述振子静止时距离所述振子为第二预设距离的位置处，两个限值碰撞感应板均固结在所述安装基础设备上。

6.如权利要求3所述的轨道列车异常振动信号的处理系统，其特征在于，所述每个异常振动监控装置还包括：限值碰撞感应板；

所述限值碰撞感应板设置在所述导向套筒内且所述振子静止时距离所述振子为预设距离的位置处，所述限值碰撞感应板固结在所述安装基础设备上。

7.如权利要求3所述的轨道列车异常振动信号的处理系统，其特征在于，所述每个异常振动监控装置还包括：两个限值碰撞感应板；

任一个限值碰撞感应板上预设位置设置一圆孔，设置圆孔的限值碰撞感应板设置在所述导向套筒内的所述振子的运动方向上且位于所述弹簧和所述振子之间的第一预设位置上，所述圆孔内穿过所述弹簧，另一限值碰撞感应板设置在所述导向套筒内的所述振子的运动方向上且所述振子静止时距离所述振子为第二预设距离的位置处，两个限值碰撞感应板均固结在所述导向套筒内。

8.如权利要求2所述的轨道列车异常振动信号的处理系统，其特征在于，所述振动传感器包括：加速度传感器或者位移传感器。

9.如权利要求1至8中任一项所述的轨道列车异常振动信号的处理系统，其特征在于，

所述列车制动控制单元，用于获取并保存所述异常振动信号；

以及根据获取的所述异常振动信号进行检测，当所述异常振动信号小于第一预设阈值时，进行行车控制；

当所述异常振动信号大于或等于第一预设阈值且小于第二预设阈值时，进行预警，并进行行车控制；

当所述异常振动信号大于或等于第二预设阈值时，进行报警，并进行行车控制；

车辆发生异常振动的不同部位设置的第一预设阈值以及第二预设阈值的数值均不同；

车辆发生异常振动的不同部位设置的异常振动监控装置中的弹簧的刚度不同以及振子的质量不同。

10.如权利要求4至7中任一项所述的轨道列车异常振动信号的处理系统，其特征在于，当所述振子撞击到限值碰撞感应板时，所述振动传感器输出报警信息，所述列车制动控制单元接收到所述报警信息后直接进行报警，并进行行车控制；

或者，在限值碰撞感应板上设置报警设备，当所述振子撞击到限值碰撞感应板时进行报警。

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