CN113447282A - 一种列车车下减振器的失效检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明适用于轨道交通技术领域，提供了一种列车车下减振器的失效检测系统，该系统包括：距离检测模块、第一振动检测模块、第二振动检测模块和中央处理模块；距离检测模块用于检测列车处于静止状态时车下吊挂设备与列车之间的距离信息；第一振动检测模块用于检测列车处于振动状态时列车的振动信息；第二振动检测模块用于检测列车处于振动状态时车下吊挂设备的振动信息；中央处理模块用于根据距离信息、列车的振动信息以及车下吊挂设备的振动信息判断减振器是否失效。本发明能够对列车车下减振器进行自动失效监测，并能够准确地判断出车下减振器是否失效。

Description

一种列车车下减振器的失效检测系统

技术领域

本发明属于轨道交通技术领域，尤其涉及一种列车车下减振器的失效检测系统。

背景技术

近年来，为提高列车的运行速度及制动效率，高速列车普遍采用动力分散式的动力方式。

采用动力分散式的高速列车，其牵引变压器、牵引变流器等设备安装在车体底架下方，这些设备质量通常重达数吨，为减少车下设备对整车振动的影响，通常采用合适刚度的橡胶减振器对车下设备进行弹性悬挂。

然而，橡胶减振器在使用过程中会不可避免的受到氧、臭氧、热、光和振动等因素的影响产生老化和损伤，影响减振器参数的稳定性，从而影响列车行车安全及车内乘客的乘坐舒适性。因此，为了保证列车的行车安全及车内乘客的乘坐舒适性，准确地对车下减振器进行失效检测至关重要。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种列车车下减振器的失效检测系统，以准确地对车下减振器进行失效检测。

本发明实施例提供了一种列车车下减振器的失效检测系统，减振器用于连接列车与车下吊挂设备；该系统包括：

距离检测模块、第一振动检测模块、第二振动检测模块和中央处理模块；

距离检测模块用于检测列车处于静止状态时车下吊挂设备与列车之间的距离信息，并将距离信息发送至中央处理模块；

第一振动检测模块用于检测列车处于振动状态时列车的振动信息，并将列车的振动信息发送至中央处理模块；

第二振动检测模块用于检测列车处于振动状态时车下吊挂设备的振动信息，并将车下吊挂设备的振动信息发送至中央处理模块；

中央处理模块用于根据距离信息、列车的振动信息以及车下吊挂设备的振动信息判断减振器是否失效。

可选的，列车车下减振器的失效检测系统还包括：

激振模块；

激振模块用于对列车车体进行激励，使列车处于振动状态。

可选的，激振模块包括：

信号发生器、功率放大器和激振器；

信号发生器用于产生激振信号，功率放大器用于对激振信号进行放大，激振器用于根据放大后的激振信号对列车车体进行激励，使列车处于振动状态。

可选的，中央处理模块具体用于：

根据距离信息计算减振器的静态下沉量；

根据列车的振动信息以及车下吊挂设备的振动信息计算减振器的隔振率；

根据车下吊挂设备的振动信息计算减振器的综合垂向运动刚度；

基于静态下沉量、隔振率以及综合垂向运动刚度判断减振器是否失效。

可选的，中央处理模块具体用于：

判断静态下沉量是否符合第一预设条件，若静态下沉量不符合第一预设条件，则判定减振器失效；

若静态下沉量符合第一预设条件，则判断隔振率是否符合第二预设条件，若隔振率不符合第二预设条件，则判断减振器失效；

若隔振率符合第二预设条件，则判断综合垂向运动刚度是否符合第三预设条件，若综合垂向运动刚度不符合第三预设条件，则判定减振器失效。

可选的，中央处理模块还用于：

若判定结果显示减振器正常，则将静态下沉量、隔振率以及综合垂向运动刚度作为减振器的健康数据存储；

根据存储的减振器的健康数据确定减振器的健康等级；

基于减振器的健康等级确定减振器的失效检测周期。

可选的，列车车下减振器的失效检测系统还包括：

人机交互模块；

人机交互模块用于显示和管理减振器的健康数据，以及在减振器失效时进行失效报警。

可选的，距离检测模块为脉冲式激光测距传感器。

可选的，第一振动检测模块和第二振动检测模块为电容式振动传感器。

可选的，中央处理模块为CPU处理器。

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：

本发明通过距离检测模块检测列车处于静止状态时车下吊挂设备与列车之间的距离信息，通过第一振动检测模块检测列车处于振动状态时列车的振动信息，通过第二振动检测模块检测列车处于振动状态时车下吊挂设备的振动信息，通过中央处理模块对距离信息、列车的振动信息以及车下吊挂设备的振动信息进行分析，判断减振器是否失效。本发明能够对列车车下减振器进行自动失效监测，并能够准确地判断出车下减振器是否失效。

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一种列车车下减振器的失效检测系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的另一种列车车下减振器的失效检测系统的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的列车车下减振器的失效检测流程示意图。

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。

现有技术中，对于列车车下减振器的失效检测，通常是工作人员通过目视观测来实现的。目视观测的方法，在一定程度上提高了减振器失效检测效率，增加了行车安全性及乘客乘坐的舒适性。然而，目视观测到的橡胶破损和断裂是减振器失效的晚期症状，当减振器内部橡胶材料发生老化现象时，外观上基本没有反映，只有当减振器橡胶老化、破损达到一定的严重程度时，用这种方法才能观测到，但是此时的减振器性能可能发生极大的变化，影响到车下吊挂设备的稳定性，导致车体振动恶化，引起行车安全；并且，通过目视观测在进行车下减振器检查时，需要完全拆除车下设备箱，增加额外的检修成本和工作量，影响高速列车检修效率。

本发明实施例提供了一种列车车下减振器的失效检测系统，参照图1所示，列车110与车下吊挂设备111通过减振器112连接，该系统具体包括：

距离检测模块113、第一振动检测模块114、第二振动检测模块115和中央处理模块117。

距离检测模块113用于在列车110处于静止状态时，检测车下吊挂设备111与列车110之间的距离信息，并将距离信息发送至中央处理模块117；第一振动检测模块114用于在列车110处于振动状态时，检测列车110的振动信息，并将列车110的振动信息发送至中央处理模块117；第二振动检测模块115用于在列车110处于振动状态时，检测车下吊挂设备111的振动信息，并将车下吊挂设备111的振动信息发送至中央处理模块117；中央处理模块117用于根据距离信息、列车110的振动信息以及车下吊挂设备111的振动信息判断减振器112是否失效。

在本发明实施例中，如图1所示，距离检测模块113设置在车下吊挂设备111的上表面，其能够检测车下吊挂设备111上表面与列车110下表面之间的距离，作为车下吊挂设备111与列车110之间的距离信息。第一振动检测模块114设置在列车110的下表面，第二振动检测模块115设置在车下吊挂设备111的上表面，第一振动检测模块114与第二振动检测模块115的上下位置对应，可以保证隔振率的可靠性。

由以上内容可知，本发明通过距离检测模块113检测列车110处于静止状态时车下吊挂设备111与列车110之间的距离信息，通过第一振动检测模块114检测列车110处于振动状态时列车110的振动信息，通过第二振动检测模块115检测列车110处于振动状态时车下吊挂设备111的振动信息，通过中央处理模块117对距离信息、列车的振动信息以及车下吊挂设备的振动信息进行分析，判断减振器112是否失效。本发明能够对列车110的车下减振器112进行自动失效监测，并能够准确地判断出车下减振器112是否失效。

可选的，作为本发明实施例提供的列车车下减振器的失效检测系统的一种具体的实施方式，列车车下减振器的失效检测系统还包括：

激振模块116。

激振模块116用于对列车110的车体进行激励，使列车110处于振动状态。

可选的，作为本发明实施例提供的列车车下减振器的失效检测系统的一种具体的实施方式，激振模块116包括：

信号发生器、功率放大器和激振器。

信号发生器用于产生激振信号，功率放大器用于对激振信号进行放大，激振器用于根据放大后的激振信号对列车110的车体进行激励，使列车110处于振动状态。

在本发明实施例中，可以在列车110高速行驶时采集列车110和车下吊挂设备111的振动信息，也可以通过设置激振模块116对列车110的车体进行激励，模拟列车的振动状态。具体的，可以由外部提供激励信号给信号发生器，也可以用信号发生器本身自带的正弦波、扫频波等规范信号，经功率放大器放大后供激振器使用。激振模块116的频率范围为0-5kHz，最大激励为500N，能够模拟列车110以最高运行速度时的振动状态。

可选的，作为本发明实施例提供的列车车下减振器的失效检测系统的一种具体的实施方式，中央处理模块117具体用于：

根据距离信息计算减振器112的静态下沉量；

根据列车110的振动信息以及车下吊挂设备111的振动信息计算减振器112的隔振率；

根据车下吊挂设备111的振动信息计算减振器112的综合垂向运动刚度；

基于静态下沉量、隔振率以及综合垂向运动刚度判断减振器112是否失效。

在本发明实施例中，中央处理模块117可以根据以下公式计算减振器112的静态下沉量：

L_静＝|l₁-l₂|

式中，L_静为减振器的静态下沉量，l₁为列车处于静止状态时车下吊挂设备与列车之间的距离，l₂为减振器未发生形变时车下吊挂设备与列车之间的距离。

中央处理模块117可以对车下吊挂设备111的振动信息和列车110的振动信息进行加速度有效值分析，并计算车下吊挂设备111的加速度有效值与列车110的加速度有效值的比值，得到减振器112的隔振率。

中央处理模块117根据车下吊挂设备111的振动信息，通过工作模态计算法识别车下吊挂设备111的浮沉模态频率，进一步，根据下式计算减振器112的综合垂向运动刚度：

K＝4π²f²m

式中，K为减振器的综合垂向运动刚度，f为车下吊挂设备的浮沉模态频率，m为车下吊挂设备的质量。

具体的，工作模态测试法通过选择车下吊挂设备上表面四个角的四个点测试数据作为工作模态测试响应数据，选择车下吊挂设备上表面中心点响应数据作为参考通道数据，由此计算各响应点与参考点之间的互相关函数，再通过随机子空间法构建系统状态空间方程，从而推导出结构在随机激励下的模态参数。特别指出的是，本发明需要识别车下吊挂设备的浮沉模态频率，因此需要预先确定模态计算用传感器相对于车下吊挂设备质心的空间坐标，通过点-线-面，建立车下吊挂设备轮廓，根据随机子空间法识别的模态频率对应的响应数据，拟合车下吊挂设备的连续振动状态，确定车下吊挂设备的浮沉模态频率。

可选的，作为本发明实施例提供的列车车下减振器的失效检测系统的一种具体的实施方式，中央处理模块117具体用于：

判断静态下沉量是否符合第一预设条件，若静态下沉量不符合第一预设条件，则判定减振器112失效；

若静态下沉量符合第一预设条件，则判断隔振率是否符合第二预设条件，若隔振率不符合第二预设条件，则判断减振器112失效；

若隔振率符合第二预设条件，则判断综合垂向运动刚度是否符合第三预设条件，若综合垂向运动刚度不符合第三预设条件，则判定减振器112失效。

在本发明实施例中，第一预设条件为减振器112的静态下沉量与减振器112的标准静态下沉量的差值是否小于第一预设阈值，若减振器112的静态下沉量与减振器112的标准静态下沉量的差值不小于第一预设阈值，则直接判定减振器112失效；第二预设条件为减振器112的隔振率是否满足隔振率要求，若不满足，则直接判定减振器112失效；第三预设条件为减振器112的综合垂向运动刚度与减振器112的标准综合垂向运动刚度的差值是否小于第二预设阈值，若小于第二预设阈值，则判定减振器112正常，否则，判定减振器112失效。实际上，任意一指标不满足预设条件，均可判定减振器112失效，本申请通过设计判断逻辑，能够降低一定的计算量，提高判断速率。

可选的，作为本发明实施例提供的列车车下减振器的失效检测系统的一种具体的实施方式，中央处理模块117还用于：

若判定结果显示减振器112正常，则将静态下沉量、隔振率以及综合垂向运动刚度作为减振器112的健康数据存储；

根据存储的减振器112的健康数据确定减振器112的健康等级；

基于减振器112的健康等级确定减振器112的失效检测周期。

在本发明实施例中，中央处理模块117可以将正常减振器的静态下沉量、隔振率及综合垂向动刚度存入健康数据库，通过对健康数据库中的各个指标数据进行趋势分析，例如生成各个指标的趋势变化图，可以确定减振器112的健康状态，例如减振器112的健康状态可分为初期、中期、中晚期及晚期四种状态，进一步，根据减振器112的当前健康状态，确定合理的失效检测周期。具体的，通过编程软件编写健康状态判定程序，嵌入中央处理模块117，可以自动完成减振器112的健康状态判断。

可选的，作为本发明实施例提供的列车车下减振器的失效检测系统的一种具体的实施方式，如图1所示，列车车下减振器的失效检测系统还包括：

人机交互模块120。

人机交互模块120用于显示和管理减振器112的健康数据，以及在减振器112失效时进行失效报警。

在本发明实施例中，人机交互模块120可以为便携式计算机等设备，其可以显示中央处理模块117中存储的健康数据和各个指标的趋势变化图，工作人员也可以通过人机交互模块120对中央处理模块117中存储的健康数据进行管理，当中央处理模块117检测到管理减振器112失效时，还可以通过人机交互模块120显示失效信息和进行失效报警。

可选的，作为本发明实施例提供的列车车下减振器的失效检测系统的一种具体的实施方式，距离检测模块113为脉冲式激光测距传感器。

在本发明实施例中，脉冲式激光测距传感器的测量精度0.01mm。

可选的，作为本发明实施例提供的列车车下减振器的失效检测系统的一种具体的实施方式，第一振动检测模块114和第二振动检测模块115为电容式振动传感器。

在本发明实施例中，电容式振动传感器优选地使用振动加速度传感器，电容式振动传感器的量程为10g，频率范围为0-5kHz。

可选的，作为本发明实施例提供的列车车下减振器的失效检测系统的一种具体的实施方式，中央处理模块117为CPU处理器。

需要指出的是，在实际应用中，列车110通常需要通过多个减振器112与车下吊挂设备111连接，例如图2所示，可以在距离每个减振器112较近的地方设置距离检测模块113、第一振动检测模块114、第二振动检测模块115，通过检测到的数据分别计算每个减振器112的静态下沉量、隔振率以及综合垂向运动刚度，进而判断各个减振器112是否失效。示例性的，本方案中列车110与车下吊挂设备111通过四个减振器112连接，因此，车下吊挂设备111上表面对应设置四个脉冲式激光测距传感器，列车110下表面、车下吊挂设备111上表面均对应设置四个电容式振动传感器，除此之外，车下吊挂设备111的上表面中心还设置有一个电容式振动传感器，其采集的数据用于在计算浮沉模态频率时作为参考数据。

示例性的，为了便于理解，本发明提供了列车车下减振器的失效检测流程，请参照图3所示。

另外，本发明实施例还设置有数据转换模块118和电池模块119。数据转换模块118用于对采集的振动信息、距离信息进行预处理，包括电荷放大和模/数转换，然后将预处理后的数据提交给CPU处理器；电池模块119用于为距离检测模块113、第一振动检测模块114、第二振动检测模块115等设备供电，电池模块119采用独立锂电池，可以至少提供10小时供电时间，并采用适当的屏蔽及接地措施，有效避免电磁干扰。中央处理模块117、数据转换模块118、电池模块119均可安装在车下吊挂结构的设备仓上。

以上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)

1.一种列车车下减振器的失效检测系统，其特征在于，所述减振器用于连接列车与车下吊挂设备；所述系统包括：

距离检测模块、第一振动检测模块、第二振动检测模块和中央处理模块；

所述距离检测模块用于检测列车处于静止状态时车下吊挂设备与列车之间的距离信息，并将所述距离信息发送至所述中央处理模块；

所述第一振动检测模块用于检测列车处于振动状态时列车的振动信息，并将所述列车的振动信息发送至所述中央处理模块；

所述第二振动检测模块用于检测列车处于振动状态时车下吊挂设备的振动信息，并将所述车下吊挂设备的振动信息发送至所述中央处理模块；

所述中央处理模块用于根据所述距离信息、所述列车的振动信息以及所述车下吊挂设备的振动信息判断所述减振器是否失效。

2.如权利要求1所述的列车车下减振器的失效检测系统，其特征在于，还包括：

激振模块；

所述激振模块用于对列车车体进行激励，使列车处于振动状态。

3.如权利要求2所述的列车车下减振器的失效检测系统，其特征在于，所述激振模块包括：

信号发生器、功率放大器和激振器；

所述信号发生器用于产生激振信号，所述功率放大器用于对所述激振信号进行放大，所述激振器用于根据放大后的激振信号对列车车体进行激励，使列车处于振动状态。

4.如权利要求1所述的列车车下减振器的失效检测系统，其特征在于，所述中央处理模块具体用于：

根据所述距离信息计算所述减振器的静态下沉量；

根据所述列车的振动信息以及所述车下吊挂设备的振动信息计算所述减振器的隔振率；

根据所述车下吊挂设备的振动信息计算所述减振器的综合垂向运动刚度；

基于所述静态下沉量、所述隔振率以及所述综合垂向运动刚度判断所述减振器是否失效。

5.如权利要求4所述的列车车下减振器的失效检测系统，其特征在于，所述中央处理模块具体用于：

判断所述静态下沉量是否符合第一预设条件，若所述静态下沉量不符合第一预设条件，则判定所述减振器失效；

若所述静态下沉量符合第一预设条件，则判断所述隔振率是否符合第二预设条件，若所述隔振率不符合第二预设条件，则判断所述减振器失效；

若所述隔振率符合第二预设条件，则判断所述综合垂向运动刚度是否符合第三预设条件，若所述综合垂向运动刚度不符合第三预设条件，则判定所述减振器失效。

6.如权利要求1所述的列车车下减振器的失效检测系统，其特征在于，所述中央处理模块还用于：

若判定结果显示所述减振器正常，则将所述静态下沉量、所述隔振率以及所述综合垂向运动刚度作为所述减振器的健康数据存储；

根据存储的所述减振器的健康数据确定所述减振器的健康等级；

基于所述减振器的健康等级确定所述减振器的失效检测周期。

7.如权利要求6所述的列车车下减振器的失效检测系统，其特征在于，还包括：

人机交互模块；

所述人机交互模块用于显示和管理所述减振器的健康数据，以及在所述减振器失效时进行失效报警。

8.如权利要求1所述的列车车下减振器的失效检测系统，其特征在于，所述距离检测模块为脉冲式激光测距传感器。

9.如权利要求1所述的列车车下减振器的失效检测系统，其特征在于，所述第一振动检测模块和所述第二振动检测模块为电容式振动传感器。

10.如权利要求1-9任一项所述的列车车下减振器的失效检测系统，其特征在于，所述中央处理模块为CPU处理器。

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