CN113155465B - 一种便携式地铁牵引电机轴承状态检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种便携式地铁牵引电机轴承状态检测装置，包括：车上部分：包括设置在转向架上方车厢内的上位机、无线路由器和无线充电发送端；车下部分：设置在转向架上，包括信号采集组件、无线通信组件、电装卸组件和供电组件，所述的信号采集组件包括通过电装卸组件可拆卸的安装在牵引电机外壳表面用以采集牵引电机振动加速度信号的振动加速度传感器以及用以采集供电组件电压信号的电压传感器，所述的信号采集组件通过无线通信组件和无线路由器与上位机通信。与现有技术相比，本发明具有安装使用方便、便于携带、易于监控和维修、可靠性高、数据准确性和实时性强等优点。

Description

一种便携式地铁牵引电机轴承状态检测装置

技术领域

本发明涉及地铁车辆状态检测领域，尤其是涉及一种便携式地铁牵引电机轴承状态检测装置。

背景技术

地铁车辆的牵引电机轴承是传递力矩、承受载荷的重要结构，其工作环境较恶劣，轴承长时间负重载运行，难免产生腐蚀或磨损等问题。而其中零部件的微小缺陷经过长时间的列车运行也会对车身造成不同幅度的振动，进而加速车辆电机轴承的损伤，严重威胁列车的运营安全，对电机轴承进行实时有效的诊断与预警，不仅可以确保车辆运行安全，而且可以降低维护成本、促进智能诊断为列车的运行及智能运维提供支持。

目前针对车辆牵引电机轴承状态检测还停留在车辆检修时的人工检修，效率低下，并且在列车振动中，其直接激励造成车轴损伤的因素在于轨道的不平顺，在不同程度的城市施工建设以及列车运行等情况下，对铁轨都会造成不同程度的疲劳损伤。因此，从列车振动问题研究安全运营问题需要与轨道的平顺度相结合进行研究，但目前因为轨道运行时间要求，只能提供凌晨几个小时的作业时间，时间紧张以及整条线路的维护保障工作对人力和物力都提出了非常高的要求，导致目前轨道平顺度的更新不及时。现有的检测装置使用不够便捷以及无法在车辆行驶过程中对车下的牵引电机轴承震动、转向架刚体振动与铁轨平顺度进行实时的状态检测分析，针对这些问题，需要提供一种便携式地铁牵引电机轴承状态检测装置。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种便携式地铁牵引电机轴承状态检测装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种便携式地铁牵引电机轴承状态检测装置，该装置包括：

车上部分：包括设置在转向架上方车厢内的上位机、无线路由器和无线充电发送端；

车下部分：设置在转向架上，包括信号采集组件、无线通信组件、电装卸组件和供电组件，所述的信号采集组件包括通过电装卸组件可拆卸的安装在牵引电机外壳表面用以采集牵引电机振动加速度信号的振动加速度传感器以及用以采集供电组件电压信号的电压传感器，所述的信号采集组件通过无线通信组件和无线路由器与上位机通信，所述的供电组件采用无线接收的方式获取无线充电发送端的电能实现对信号采集组件、无线通信组件以及电装卸组件的供电。

所述的供电组件包括无线充电接收端线圈和压电陶瓷发电片，所述的无线充电接收端线圈和压电陶瓷发电片并联后分别通过整流稳压模块与电池组连接。

所述的电装卸组件包括磁力安装座保护壳、设置在磁力安装座保护壳内的磁铁芯、绕设在磁铁芯上的通电线圈以及通过电源线与通电线圈连接的ECU控制器，所述的振动加速度传感器固定在磁力安装座保护壳的顶部并形成一个整体，所述的ECU控制器分别与电池组和无线充电接收端线圈连接，用以实现正反向接通通电线圈以实现振动加速度传感器的紧固安装和拆卸。

在通电线圈没有通电时，仅磁力安装座保护壳通过磁铁芯的磁力固定吸附在待测牵引电机外壳表面，通过上位机发出信号控制ECU控制器使得电池组接通通电线圈进行正向通电，磁铁芯上持续稳定增大电磁力使磁力安装座保护壳在列车运动过程中更加牢固，在工作结束后，通过上机位发出信号控制ECU控制器无线充电接收端线圈接通通电线圈，产生比电池组更大的反向电流，进而快速减小磁铁芯的磁力，使磁力安装座保护壳更容易取下。

所述的无线通信组件包括与无线路由器通信的无线数据采集仪，所述的振动加速度传感器依次通过传感器连接线和传感器转接线与无线数据采集仪通信。

所述的电压传感器设有两个，包括用以采集无线充电接收端线圈接收到的无线充电电压信号的第一电压传感器以及用以采集压电陶瓷发电片产生的电压信号的第二电压传感器，所述的第一电压传感器和第二电压传感器分别通过数据传输线与无线数据采集仪通信。

所述的无线充电接收端线圈、第一电压传感器、整流稳压模块、电池组以及ECU控制器均设置在无线充电接收端的壳体内，所述的压电陶瓷发电片通过压电陶瓷固定立柱和螺栓固定在压电陶瓷保护壳内，所述的无线充电接收端、压电陶瓷保护壳和无线数据采集仪均通过安装板和固定螺母固定在转向架的轴箱盖顶面上。

所述的压电陶瓷保护壳设置在无线充电接收端的壳体与安装板上表面之间，并且无线充电接收端的壳体和无线数据采集仪通过尼龙扎带绑扎在安装板上。

所述的无线充电发送端设置在车厢中无线充电接收端线圈的正上方位置处。

所述的上位机通过无线数据采集仪获取由振动加速度传感器采集到的牵引电机振动加速度信号、由第二电压传感器采集到用以反应转向架安装板振动的压电陶瓷发电片发出的电压信号以及由第一电压传感器采集到的无线充电接收端线圈的无线充电电压信号，并进行结合共同拟合得到的轨道平顺度与列车振动之间的关系，实现对牵引电机轴承状况的精确检测。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、携带便捷、安装快捷：本发明整套装置体积小巧，零部件较少，易于携带以及随时的使用，并且能够安装在空间狭窄的列车转向架处，振动加速度传感器、无线数据采集仪和无线充电接收端的固定工装可做一体化安装，在安装和拆卸等方面也十分便捷，整个装置使用的流程十分简单。

二、易于监控和维修：位于车下的主要装置只有振动加速度传感器和无线数据采集仪，因此装置的正常运行监控和维修十分方便，且各个零部件之间的独立性较强，方便有损坏的装置进行备品更换，且可以更便捷地测量轨道平顺度问题，可让列车的震动幅度和轨道平顺相结合进行分析，更利于提高列车故障检测精度。

三、数据可靠性高：系统可在列车运行时进行实时的牵引电机轴承状况检测，通过无线充电来提供装置运行的电源，免除了在车辆转向架部件处接取电源线，且装置能长时间运行，从而得出十分准确的数据为后期的数据分析和故障诊断提供了可靠保证，上位机中装有配套的专用测试软件，能够专业、高效的处理和分析数据；此外通过拟合出的轨道平顺度与牵引电机振动信号以及压电陶瓷发电电压信号三者结合分析从而得出牵引电机轴承状况的一个更全面的检测结论。

附图说明

图1为本发明的安装示意图。

图2为本发明的元器件示意图。

图3为无线充电接收端的结构示意图。

图4为无线充电及电压传感器工作示意图。

图5为磁力安装座示意图。

图6为磁力安装座工作示意图。

图7为压电陶瓷安装示意图。

图8为压电陶瓷保护壳及压电陶瓷垫片的三维图及三视图，其中，图(8a)为三维图，图(8b)为主视图，图(8c)为俯视图，图(8d)为左视图。

图中标记说明：

1、上位机，2、无线路由器，3、无线充电发送端，4、磁力安装座保护壳，5、振动加速度传感器，6、传感器连接线，7、传感器转接线，8、固定螺母，9、无线数据采集仪，10、安装板，11、尼龙扎带，12、数据传输线，13、电源线，14、无线充电接收端，15、无线充电接收端线圈，161、第一电压传感器，162、第二电压传感器，17、整流稳压模块，18、电池组，19、磁铁芯，20、通电线圈，21、压电陶瓷发电片，22、ECU控制器，23、压电陶瓷保护壳，24、压电陶瓷固定立柱，25、螺栓。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1所示，本发明通过对振动加速度传感器5、电压传感器、无线数据采集仪9和无线充电技术的应用，提供一种便携式地铁牵引电机轴承状态检测装置，该装置更符合实地使用条件，在实用性、可靠性、对列车牵引电机轴承状态检测和轨道平顺度检测方便快捷等方面都有很大的改善提高。

该装置分为车上和车下两部分，车下部分有振动加速度传感器5(本例中采用的振动加速度传感器的型号为1A110E，但不限于此型号)，通过螺纹与磁力安装座保护壳(外壳)4进行连接(磁力安装座保护壳4顶部有内置螺纹通孔，如图5所示)，磁力安装座保护壳4内置磁铁芯19，磁铁芯19外绕通电线圈20填充在整个安装座保护壳内部空间中，最后将磁力安装座保护壳4四周完全封闭使之成为一体，在磁力安装座保护壳4的侧表面钻出通孔引出电源线13外接电池电源(电池组18)和无线充电接收端14；在没有通电时可仅依靠磁铁芯19对牵引电机外壳的磁力吸引，吸附在牵引电机外壳表面。在电池组18对通电线圈20通电后，会持续稳定增大电磁力使之在列车运动过程中更加牢固，待工作结束后通过上机位1发出信号控制ECU控制器22使之接通无线充电接收端线圈15产生比电池组18更大的反向电流会大大减小磁铁芯19的磁力使安装座更容易取下，从而使振动加速度传感器5能更方便有效测得牵引电机振动信号，如图5、图6所示。

信号传输部分：采集信号包括振动加速度传感器5测得的牵引电机振动信号、电压传感器接收到的无线充电电压变化和压电陶瓷发电片21发出的电压变化信号，牵引电机振动信号通过传感器连接线6和传感器转接线7传输到同样位于车下的无线数据采集仪9(本例中，采用的无线数据采集仪的型号为东华DH5928W，但不限于此型号)。

供能部分：由在车上的无线充电发送端3与车下无线充电接收端14，无线充电发送端3位于无线充电接收端14近距离上方的车厢内，无线充电接收端14产生的电能经过整流稳压模块17为电池组18和整个装置提供长时间稳定供电，经电源线13为无线数据采集仪9和磁力安装座4等其他电子硬件提供长时间稳定工作电源，此外，无线充电接收端14内还设有第一电压传感器161实时通过数据传输线12将电压信号传输到无线数据采集仪9中，因为无线充电发送端3和无线充电接收端14在供电功率一定的条件下，两者之间的距离在车辆振动时会发生变化，从而影响无线充电接收端线圈15产生的电压大小，将电压信号发送到上位机1中用以结合车辆行驶信息可以用来拟合轨道平顺度，在第二电压传感器162获取的压电陶瓷发电片发出的电压信号变化也可以直接映射出轨道平顺度的变化。

无线数据采集仪9和无线充电接收端14通过尼龙扎带11固定在安装板10上，安装板10设有与列车转向架上相同尺寸的螺孔，再通过型号为M14的安装板固定螺母8将其固定在转向架一侧，无线充电接收端14与安装板10之间夹有压电陶瓷保护壳23(内置压电陶瓷发电片21)其与安装板10、无线充电接收端14刚性接触，可通过压电陶瓷21振动产生的电压信号得出转向架在安装板10位置的振动信息，如图7所示。

压电陶瓷21的电压信号通过电源线13传输到第二电压传感器162，在通过数据传输线12将该信号传输到无线数据采集仪9，无线数据采集仪9可以通过无线网络将采集到的牵引电机振动信号和两种电压信号传输到位于车上的无线数据采集接收部件。

车上部件为布置于车厢内部的上位机1、无线路由器2和无线充电发送端3，无线路由器2与上位机1相连接，从而使得上位机1能够通过无线路由器2产生的无线网络与位于车下的无线数据采集仪9和ECU控制器22进行数据上的传输，如图4和图5所示。

通过对磁力安装座保护壳4内的磁铁芯周围线圈的通放电以及反转电流方向，可实现以下功能：

1、在装置应用过程中长时间稳定增强磁力防止脱落，可根据电流大小调整磁力大小进而使更加牢固；

2、消除中和磁铁本身磁力的目的，方便装置的安装拆卸与移位。

上位机1为可直接发出操控命令的计算机，且该上位机1安装有与无线数据采集仪9相配套的专用测试软件，该软件可设置对应的采集通道，并且能够记录和分析相关的牵引电机振动信号(震动加速度传感器获得)、转向架安装板振动信号(压电陶瓷电压信号获得)以及无线充电电压信号。进行结合共同拟合出的轨道平顺度与列车振动之间的内在关系，从而对牵引电机轴承状况给出一个更精确的检测结论。

整个装置能够在车辆运行时进行实时的检测，所测数据更加准确和可靠，装置携带便捷、安装简单能够很好的应用于地铁牵引电机轴承状态检测上。

最后有必要在此指出的是：以上仅为本专利较佳的具体实施方式，但本专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本专利揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本专利的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种便携式地铁牵引电机轴承状态检测装置，其特征在于，该装置包括：

车上部分：包括设置在转向架上方车厢内的上位机(1)、无线路由器(2)和无线充电发送端(3)；

车下部分：设置在转向架上，包括信号采集组件、无线通信组件、电装卸组件和供电组件，所述的信号采集组件包括通过电装卸组件可拆卸的安装在牵引电机外壳表面用以采集牵引电机振动加速度信号的振动加速度传感器(5)以及用以采集供电组件电压信号的电压传感器，所述的信号采集组件通过无线通信组件和无线路由器(2)与上位机(1)通信，所述的供电组件采用无线接收的方式获取无线充电发送端(3)的电能实现对信号采集组件、无线通信组件以及电装卸组件的供电，所述的供电组件包括无线充电接收端线圈(15)和压电陶瓷发电片(21)，所述的无线充电接收端线圈(15)和压电陶瓷发电片(21)并联后分别通过整流稳压模块(17)与电池组(18)连接，所述的电装卸组件包括磁力安装座保护壳(4)、设置在磁力安装座保护壳(4)内的磁铁芯(19)、绕设在磁铁芯(19)上的通电线圈(20)以及通过电源线与通电线圈(20)连接的ECU控制器(22)，所述的振动加速度传感器(5)固定在磁力安装座保护壳(4)的顶部并形成一个整体，所述的ECU控制器(22)分别与电池组(18)和无线充电接收端线圈(15)连接，用以实现正反向接通通电线圈(20)以实现振动加速度传感器(5)的紧固安装和拆卸；

在通电线圈(20)没有通电时，仅磁力安装座保护壳(4)通过磁铁芯(19)的磁力固定吸附在待测牵引电机外壳表面，通过上位机(1)发出信号控制ECU控制器(22)使得电池组(18)接通通电线圈(20)进行正向通电，磁铁芯(19)上持续稳定增大电磁力使磁力安装座保护壳(4)在列车运动过程中更加牢固，在工作结束后，通过上机位(1)发出信号控制ECU控制器(22)无线充电接收端线圈(15)接通通电线圈(20)，产生比电池组(18)更大的反向电流，进而快速减小磁铁芯(19)的磁力，使磁力安装座保护壳(4)更容易取下。

2.根据权利要求1所述的一种便携式地铁牵引电机轴承状态检测装置，其特征在于，所述的无线通信组件包括与无线路由器(2)通信的无线数据采集仪(9)，所述的振动加速度传感器(5)依次通过传感器连接线(6)和传感器转接线(7)与无线数据采集仪(9)通信。

3.根据权利要求2所述的一种便携式地铁牵引电机轴承状态检测装置，其特征在于，所述的电压传感器设有两个，包括用以采集无线充电接收端线圈(15)接收到的无线充电电压信号的第一电压传感器(161)以及用以采集压电陶瓷发电片(21)产生的电压信号的第二电压传感器(162)，所述的第一电压传感器(161)和第二电压传感器(162)分别通过数据传输线(12)与无线数据采集仪(9)通信。

4.根据权利要求3所述的一种便携式地铁牵引电机轴承状态检测装置，其特征在于，所述的无线充电接收端线圈(15)、第一电压传感器(161)、整流稳压模块(17)、电池组(18)以及ECU控制器(22)均设置在无线充电接收端(14)的壳体内，所述的压电陶瓷发电片(21)通过压电陶瓷固定立柱(24)和螺栓(25)固定在压电陶瓷保护壳(23)内，所述的无线充电接收端(14)、压电陶瓷保护壳(23)和无线数据采集仪(9)均通过安装板(10)和固定螺母(8)固定在转向架的轴箱盖顶面上。

5.根据权利要求4所述的一种便携式地铁牵引电机轴承状态检测装置，其特征在于，所述的压电陶瓷保护壳(23)设置在无线充电接收端(14)的壳体与安装板(10)上表面之间，并且无线充电接收端(14)的壳体和无线数据采集仪(9)通过尼龙扎带(11)绑扎在安装板(10)上。

6.根据权利要求1所述的一种便携式地铁牵引电机轴承状态检测装置，其特征在于，所述的无线充电发送端(3)设置在车厢中无线充电接收端线圈(15)的正上方位置处。

7.根据权利要求1所述的一种便携式地铁牵引电机轴承状态检测装置，其特征在于，所述的上位机(1)通过无线数据采集仪(9)获取由振动加速度传感器(5)采集到的牵引电机振动加速度信号、由第二电压传感器(162)采集到用以反应转向架安装板振动的压电陶瓷发电片(21)发出的电压信号以及由第一电压传感器(161)采集到的无线充电接收端线圈(15)的无线充电电压信号，并进行结合共同拟合得到的轨道平顺度与列车振动之间的关系，实现对牵引电机轴承状况的精确检测。

Images