CN113173196A - 接触网作业车液位与温度显示报警系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种接触网作业车液位与温度显示报警系统，包括液位传感器、温度传感器、数据采集模块、PLC控制器和显示器；所述液位传感器为多个，且分别用于采集燃油液位、液压箱液位和变扭器液位；所述温度传感器为多个，且分别用于采集车轴温度、液压油温度和传动箱油温度；所述数据采集模块分别与液位传感器、温度传感器和PLC控制器连接，所述数据采集模块用于将液位传感器和温度传感器采集的数据传输给PLC控制器；所述PLC控制器与显示器连接，用于对接收到的数据进行分析，若判断存在异常，则将数据和异常信息发送至显示器；所述显示器用于显示数据和异常信息。本发明通过液位与温度判断工作参数是否异常，评估可能存在故障或者风险并进行提示。
Description
技术领域
本发明涉及接触网作业车技术领域，特别涉及一种接触网作业车液位与温度显示报警系统。
背景技术
近年来，随着铁路突飞猛进的发展，大量新技术、新设备运用日渐广泛，陆续投入到各运行线路中，机械设备长期使用，导致机械能下降，故障频发。为做好供电设备检修做好辅助，保障车辆状态良好，一般会采用接触网作业车沿轨道行驶对供电设备检修，接触网作业车包括发动机、传动系统、车体、车架及运行系统、制动系统、液压系统与作业机构、电气系统等，操纵接触网作业车在铁路轨道上行驶可以进行沿线检修。
接触网作业车属于轨行车辆，可以包含牵引车、架线作业车、轨道吊，随着铁路管理的快速发展，接触网作业车运用日益频繁，但使用中也存在多方面问题，例如：液力传动油不足、液压油运用过程中发生泄漏或车轴齿轮箱、分动箱温度过高，造成接触网作业车在区间运行故障或污染铁路线路。
为确保接触网作业车运用安全，结合实际需要，进一步提高全段接触网作业车司机对一次标准化作业的理解和掌握，熟悉操作，一是需要能早识别燃油、液压油、传动油、冷却液油位状态；二是能够及时掌握车轴齿轮箱、分动箱温度状态，三是当液位或温度异常时可以及时提醒司机作相应处理，四是应当降低人为运行安全风险，减少接触网作业车故障引起的事故。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种接触网作业车液位与温度显示报警系统，包括液位传感器、温度传感器、数据采集模块、PLC控制器和显示器；
所述液位传感器为多个，且分别用于采集燃油液位、液压箱液位和变扭器液位；
所述温度传感器为多个，且分别用于采集车轴温度、液压油温度和传动箱油温度；
所述数据采集模块分别与液位传感器、温度传感器和PLC控制器连接，所述数据采集模块用于将液位传感器和温度传感器采集的数据传输给PLC控制器；
所述PLC控制器与显示器连接，用于对接收到的数据进行分析，若判断存在异常，则将数据和异常信息发送至显示器；
所述显示器用于显示数据和异常信息。
可选的，所述PLC控制器连接有报警器，所述报警器为蜂鸣器或者扬声器，当PLC控制器判断存在异常时，控制报警器发出报警音。
可选的，所述液位传感器采用超声波液位传感器，采用超声波测距方式对液位进行测量。
可选的，测量车轴温度的温度传感器采用封装式的温度数字芯片。
可选的，所述系统还包括存储器，所述存储器与PLC控制器连接，所述PLC控制器内置计时器，所述计时器用于记录液位传感器和温度传感器的探测时间，所述存储器用于接收并保存燃油液位、液压箱液位、变扭器液位、车轴温度、液压油温度、传动箱油温度以及相应的探测时间。
可选的，所述PLC控制器对保存的燃油液位历史数据进行分析，采用以下公式预测燃油支持的剩余时长：
上式中，T表示燃油支持的剩余时长；H表示实时检测的燃油液位；H0表示安全的最低燃油液位；n表示保存的燃油液位历史数据数量；Hi+1表示保存的第i+1个燃油液位；Hi表示保存的第i个燃油液位；Ti+1表示第i+1个燃油液位的采集时间；Ti表示第i个燃油液位的采集时间；
所述PLC控制器将燃油支持的剩余时长传输至显示器进行展示。
可选的，所述PLC控制器还连接有水雾喷发器、第一风机和第二风机，在液压油温度高于第一设定温度和/或传动箱油温度高于第二设定温度时，所述水雾喷发器通过喷嘴将水雾喷向液压油箱和/或传动箱外表面，所述第一风机用于给液压油箱散热，所述第二风机用于给传动箱散热。
可选的，所述PLC控制器还连接有第一补液泵和第二补液泵，所述PLC控制器采用以下公式计算有效的液压箱液位或者有效的变扭器液位：
H有效＝[1-α(t实时-t0)]H实时
上式中，H有效表示有效的液压箱液位或者有效的变扭器液位；α表示液压油或者传动箱油的热膨胀系数，单位为1/度；t实时表示实时检测的液压油温度或者传动箱油温度；t0表示液压油的标准工作温度或者传动箱油的标准工作温度；H实时表示实时检测的液压箱液位或者变扭器液位；
当有效的液压箱液位小于第一设定液位时，所述PLC控制器控制第一补液泵启动给液压箱补充液压油；
当有效的变扭器液位小于第二设定液位时，所述PLC控制器控制第二补液泵启动给传动箱补充传动箱油。
可选的，所述PLC控制器采用以下公式计算车轴的剩余寿命：
上式中，L表示车轴的剩余寿命；τ表示车轴纵向截面的单位最大集中应力，即τ为纵向截面应力与沿车轴直径的纵向截面面积之比的最大值；D表示车轴直径；l表示车轴长度；t设表示设定的车轴工作温度；m表示保存的车轴温度历史数据数量；tk表示第k个实时检测的车轴温度；σ表示车轴在工作载荷下的内应力；L计表示车轴的累计运行时长；
当车轴的剩余寿命小于预设的寿命阈值时，所述PLC控制器生成并发送车轴寿命预警信号。
可选的，所述PLC控制器还连接有通信模块，所述通信模块用于将数据和异常信息通过网络发送给远程终端。
本发明的接触网作业车液位与温度显示报警系统，通过设置液位传感器和温度传感器检测接触网作业车工作介质液位与温度以及车轴温度，由数据采集模块汇集转换和传输，由PLC控制器对接收到的数据进行分析，若判断存在异常，则将数据和异常信息发送至显示器，在获取接触网作业车工作中的液位与温度关键参数，经与PLC控制器内设置的对应参数的对照范围的对比，判断工作参数是否异常，若在对照范围内表示正常，若在对照范围外表示工作参数异常，即接触网作业车与异常参数对应的部分可能存在故障或者风险，通过显示提示操作人员有针对性地进行定位检修，从而减少接触网作业车故障检修处理时间，提高接触网作业车的工作效率。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例中一种接触网作业车液位与温度显示报警系统示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例提供了一种接触网作业车液位与温度显示报警系统，包括液位传感器、温度传感器、数据采集模块、PLC控制器和显示器；
所述液位传感器为多个，且分别用于采集燃油液位、液压箱液位和变扭器液位；
所述温度传感器为多个，且分别用于采集车轴温度、液压油温度和传动箱油温度；
所述数据采集模块分别与液位传感器、温度传感器和PLC控制器连接，所述数据采集模块用于将液位传感器和温度传感器采集的数据传输给PLC控制器；
所述PLC控制器与显示器连接，用于对接收到的数据进行分析，若判断存在异常，则将数据和异常信息发送至显示器；
所述显示器用于显示数据和异常信息。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过设置的液位传感器和温度传感器检测接触网作业车工作介质液位与温度以及车轴温度，由数据采集模块汇集转换和传输，由PLC控制器对接收到的数据进行分析，若判断存在异常，则将数据和异常信息发送至显示器，在获取接触网作业车工作中的液位与温度关键参数，经与PLC控制器内设置的对应参数的对照范围的对比，判断工作参数是否异常，若在对照范围内表示正常，若在对照范围外表示工作参数异常，即接触网作业车与异常参数对应的部分可能存在故障或者风险，通过显示提示操作人员有针对性地进行定位检修，从而减少接触网作业车故障检修处理时间，提高接触网作业车的工作效率。
在一个实施例中，所述PLC控制器连接有报警器，所述报警器为蜂鸣器或者扬声器，当PLC控制器判断存在异常时，控制报警器发出报警音；所述液位传感器采用超声波液位传感器，采用超声波测距方式对液位进行测量；测量车轴温度的温度传感器采用封装式的温度数字芯片。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过设置报警器，当判断存在异常时，控制报警器发出报警音，报警音可以是由蜂鸣器发出的单纯音响，也可以是由扬声器发出的提示语音，采用提示语音可以根据异常的工作参数区分故障类型或者定位故障点，并将故障类型或者故障点通过提示语音展现；液位传感器采用超声波液位传感器，可以安装的工作介质容纳体外壁，实现穿透式检测，从而不会因安装液位传感器增加需要密封的接触点，减少工作介质泄漏风险；测量车轴温度的温度传感器采用封装式的温度数字芯片，方便安装，不易受车轴运动影响，增加温度传感器寿命。
在一个实施例中，所述系统还包括存储器，所述存储器与PLC控制器连接，所述PLC控制器内置计时器，所述计时器用于记录液位传感器和温度传感器的探测时间，所述存储器用于接收并保存燃油液位、液压箱液位、变扭器液位、车轴温度、液压油温度、传动箱油温度以及相应的探测时间。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过设置存储器用于存在检测到的各个液位和温度等工作参数，可以为以后进行数据分析提供基础；PLC控制器内置计时器，可以将检测到的各个液位和温度等工作参数与检测采集的时间对应起来，方便检测数据的区分与识别，提高数据分析的可靠性，减少分析结果误差。
在一个实施例中，所述PLC控制器对保存的燃油液位历史数据进行分析，采用以下公式预测燃油支持的剩余时长：
上式中，T表示燃油支持的剩余时长；H表示实时检测的燃油液位；H0表示安全的最低燃油液位；n表示保存的燃油液位历史数据数量；Hi+1表示保存的第i+1个燃油液位；Hi表示保存的第i个燃油液位；Ti+1表示第i+1个燃油液位的采集时间；Ti表示第i个燃油液位的采集时间；
所述PLC控制器将燃油支持的剩余时长传输至显示器进行展示。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案利用燃油液位历史数据，采用上述公式进行量化计算，通过燃油支持的剩余时长的计算结果显示，可以为接触网作业车的持续工作情况有直观的了解，以便在燃油不足时及时添加，避免作业时出现缺少燃油导致作业无法延续进行的情况发生，防止由此导致铁路轨道被无故占道影响行车安全。
在一个实施例中，所述PLC控制器还连接有水雾喷发器、第一风机和第二风机，在液压油温度高于第一设定温度和/或传动箱油温度高于第二设定温度时，所述水雾喷发器通过喷嘴将水雾喷向液压油箱和/或传动箱外表面，所述第一风机用于给液压油箱散热，所述第二风机用于给传动箱散热。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过设置水雾喷发器、第一风机和第二风机，以水雾喷发器通过喷嘴将水雾喷向液压油箱和/或传动箱外表面，再通过第一风机对液压油箱外面吹风和/或第二风机对传动箱外面吹风，一是可以通过温度较低的水雾散热，二是可以通过水雾的蒸发过程进行散热，从页增加了散热效率，减少了水耗，保障接触网作业车的正常工作温度需要。
在一个实施例中，所述PLC控制器还连接有第一补液泵和第二补液泵，所述PLC控制器采用以下公式计算有效的液压箱液位或者有效的变扭器液位：
H有效＝[1-α(t实时-t0)]H实时
上式中，H有效表示有效的液压箱液位或者有效的变扭器液位；α表示液压油或者传动箱油的热膨胀系数，单位为1/度；t实时表示实时检测的液压油温度或者传动箱油温度；t0表示液压油的标准工作温度或者传动箱油的标准工作温度；H实时表示实时检测的液压箱液位或者变扭器液位；
当有效的液压箱液位小于第一设定液位时，所述PLC控制器控制第一补液泵启动给液压箱补充液压油；
当有效的变扭器液位小于第二设定液位时，所述PLC控制器控制第二补液泵启动给传动箱补充传动箱油。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过算法计算有效的液压箱液位或者有效的变扭器液位，在考虑到液压油和传动箱油等工作介质对温度存在的热膨胀系数，将实测液位换算成标准工作温度的有效液位，然后再通过有效液位与设定液位的对比，来确定工作介质是否需要补充，若需要补充，则控制第一补液泵启动给液压箱补充液压油或者控制第二补液泵启动给传动箱补充传动箱油；本方案可以保证工作介质始终满足设定要求，从而保障了工作介质的工作稳定性，避免介质不足导致故障，减少故障率；采用的计算公式参数了温度的影响，可以避免突然的加快散热导致的短时液位偏离情况。
在一个实施例中，所述PLC控制器采用以下公式计算车轴的剩余寿命：
上式中，L表示车轴的剩余寿命；τ表示车轴纵向截面的单位最大集中应力，即τ为纵向截面应力与沿车轴直径的纵向截面面积之比的最大值；D表示车轴直径；l表示车轴长度；t设表示设定的车轴工作温度；m表示保存的车轴温度历史数据数量；tk表示第k个实时检测的车轴温度；σ表示车轴在工作载荷下的内应力；L计表示车轴的累计运行时长；
当车轴的剩余寿命小于预设的寿命阈值时，所述PLC控制器生成并发送车轴寿命预警信号。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案采用上述公式计算车轴的剩余寿命，通过剩余寿命与寿命阈值的对比，可以提前实现车轴寿命预警；在计算中，考虑了温度对车轴寿命的影响，以历史车轴温度的平均值和车轴工作温度可能存在的差异性，来矫正温度差异对计算结果的偏差，可以提高计算的准确性，避免计算结果偏差大失去可信度。
在一个实施例中，所述PLC控制器还连接有通信模块，所述通信模块用于将数据和异常信息通过网络发送给远程终端。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过设置通信模块用于将数据和异常信息通过网络发送给远程终端，增加了系统的远程通信功能，远程终端可以包括设置在车站的远程监视平台，通过远程监视平台能让工作人员在总部了解接触网作业车，若发现接触网作业车存在现场无法解决的问题需要支援，可以及时做出应对。
本发明在实际实施中，可以主要对接触网作业车三项预警制定显示报警系统，液位传感器采集液位信号，温度传感器采集温度信号，通过数据采集模块PLC处理，发送给显示器的人机界面显示。当出现超标或异常时时，文字提示报警并语音(或蜂鸣器)警示。所述接触网作业车三项预警显示报警系统的过程包括：
步骤1：液位传感器确定。针对车型不同，利用超声波测距原理，对液位的测量。现场实验结果钢板偏厚，但是通过调整参数配比可以满足要求。
步骤2:车轴温度传感器确定。通过测绘现场尺寸，参考行业内产品，选择使用温度数字芯片封装，并测试实验，满足要求。
步骤3：显示仪表确定。使用HF-NGM-I显示器，接口与原车型一致，与主机厂核对车内部布线不需要做修改，使用备用通信线，可以减少购置显示仪表费用。
步骤4：布线规划。根据现场测绘数据，绘制系统布线图。
本发明在燃油液位、液压箱液位、变扭器液位、车轴温度、液压油温度、传动箱油温的精准感应及向显示器人机界面信号传输时可以做到以下几点：
①防止接触网作业车人员漏检或故障影响运行安全，导致事故发生。
②因油液出现问题，能够早发现，避免故障扩大化，减少机械维修费用。
③提升抢修出动速度，不用专人去逐个检查，操作室显示屏一目了然。
本发明的优点和积极效果包括：
(1)经过试验感应准确度达99.5％；
(2)经试验满足长时间运转，连续72小时未出现异常；
(3)对接触网作业车难检易漏处所，如出车前或运行中对接触网作业车油位、液位、温度感应检查，通过该本发明能做到早发现、早处理，避免事态扩大。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种接触网作业车液位与温度显示报警系统，其特征在于，包括液位传感器、温度传感器、数据采集模块、PLC控制器和显示器；
所述液位传感器为多个，且分别用于采集燃油液位、液压箱液位和变扭器液位；
所述温度传感器为多个，且分别用于采集车轴温度、液压油温度和传动箱油温度；
所述数据采集模块分别与液位传感器、温度传感器和PLC控制器连接，所述数据采集模块用于将液位传感器和温度传感器采集的数据传输给PLC控制器；
所述PLC控制器与显示器连接，用于对接收到的数据进行分析，若判断存在异常，则将数据和异常信息发送至显示器；
所述显示器用于显示数据和异常信息。
2.根据权利要求1所述的接触网作业车液位与温度显示报警系统，其特征在于，所述PLC控制器连接有报警器，所述报警器为蜂鸣器或者扬声器，当PLC控制器判断存在异常时，控制报警器发出报警音。
3.根据权利要求1所述的接触网作业车液位与温度显示报警系统，其特征在于，所述液位传感器采用超声波液位传感器，采用超声波测距方式对液位进行测量。
4.根据权利要求1所述的接触网作业车液位与温度显示报警系统，其特征在于，测量车轴温度的温度传感器采用封装式的温度数字芯片。
5.根据权利要求1所述的接触网作业车液位与温度显示报警系统，其特征在于，所述系统还包括存储器，所述存储器与PLC控制器连接，所述PLC控制器内置计时器，所述计时器用于记录液位传感器和温度传感器的探测时间，所述存储器用于接收并保存燃油液位、液压箱液位、变扭器液位、车轴温度、液压油温度、传动箱油温度以及相应的探测时间。
6.根据权利要求5所述的接触网作业车液位与温度显示报警系统，其特征在于，所述PLC控制器对保存的燃油液位历史数据进行分析，采用以下公式预测燃油支持的剩余时长：
上式中，T表示燃油支持的剩余时长；H表示实时检测的燃油液位；H0表示安全的最低燃油液位；n表示保存的燃油液位历史数据数量；Hi+1表示保存的第i+1个燃油液位；Hi表示保存的第i个燃油液位；Ti+1表示第i+1个燃油液位的采集时间；Ti表示第i个燃油液位的采集时间；
所述PLC控制器将燃油支持的剩余时长传输至显示器进行展示。
7.根据权利要求1所述的接触网作业车液位与温度显示报警系统，其特征在于，所述PLC控制器还连接有水雾喷发器、第一风机和第二风机，在液压油温度高于第一设定温度和/或传动箱油温度高于第二设定温度时，所述水雾喷发器通过喷嘴将水雾喷向液压油箱和/或传动箱外表面，所述第一风机用于给液压油箱散热，所述第二风机用于给传动箱散热。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的接触网作业车液位与温度显示报警系统，其特征在于，所述PLC控制器还连接有第一补液泵和第二补液泵，所述PLC控制器采用以下公式计算有效的液压箱液位或者有效的变扭器液位：
H有效＝[1-α(t实时-t0)]H实时
上式中，H有效表示有效的液压箱液位或者有效的变扭器液位；α表示液压油或者传动箱油的热膨胀系数，单位为1/度；t实时表示实时检测的液压油温度或者传动箱油温度；t0表示液压油的标准工作温度或者传动箱油的标准工作温度；H实时表示实时检测的液压箱液位或者变扭器液位；
当有效的液压箱液位小于第一设定液位时，所述PLC控制器控制第一补液泵启动给液压箱补充液压油；
当有效的变扭器液位小于第二设定液位时，所述PLC控制器控制第二补液泵启动给传动箱补充传动箱油。
9.根据权利要求1所述的接触网作业车液位与温度显示报警系统，其特征在于，所述PLC控制器采用以下公式计算车轴的剩余寿命：
上式中，L表示车轴的剩余寿命；τ表示车轴纵向截面的单位最大集中应力，即τ为纵向截面应力与沿车轴直径的纵向截面面积之比的最大值；D表示车轴直径；l表示车轴长度；t设表示设定的车轴工作温度；m表示保存的车轴温度历史数据数量；tk表示第k个实时检测的车轴温度；σ表示车轴在工作载荷下的内应力；L计表示车轴的累计运行时长；
当车轴的剩余寿命小于预设的寿命阈值时，所述PLC控制器生成并发送车轴寿命预警信号。
10.根据权利要求1所述的接触网作业车液位与温度显示报警系统，其特征在于，所述PLC控制器还连接有通信模块，所述通信模块用于将数据和异常信息通过网络发送给远程终端。
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