CN114590278A - 通风冷却系统振动温升监控装置、方法、终端及电力机车 - Google Patents

Abstract

本发明提供了通风冷却系统振动温升监控装置、方法、终端及电力机车，通风冷却系统振动与温升检测控制装置通过传感器所采集的振动和温度数据由信号处理单元进行集中分析处理，实现通风冷却系统的振动和温升一体化监测和控制。控制方法包括：步骤H01：获得所述通风冷却系统的预设区域的振动与温升特征；步骤H02：将所述的振动与温升特征与预设数值对比，并统计持续时间，获得比较结果；步骤H03：依据所述的对比结果，控制通风冷却系统的激励载荷或智能加油。本发明不但可以有效的监测通风冷却系统振动和温升，也可以实现智能自动调节激励载荷来控制振动，智能自动加油来控制温升，实现智能化控制。

Description

通风冷却系统振动温升监控装置、方法、终端及电力机车

技术领域

本发明涉及轨道交通装备技术领域，具体而言，涉及通风冷却系统振动 温升监控装置、方法、终端及电力机车。

背景技术

通风冷却系统广泛用于轨道交通列车冷却牵引电机、变压器和变流器， 是轨道交通交流传动机车的关键设备之一。由于通风冷却系统装有高速旋转 的风机和水泵等部件，因此振动和温升是影响通风冷却系统轴承等关键部件 的性能和寿命的关键参数。为了防止通风冷却系统振动和温升过大而造成的 轴承等零部件的损坏，保证轨道交通列车的正常运行，需要对通风冷却系统 的振动和温升进行控制。将通风冷却系统的振动和温升控制在标准和列车要 求范围之内，一般是通过控制激励载荷，如风机和水泵的叶轮旋转激励载荷 引起的产品系统的振动，工艺上通过控制叶轮动平衡，并控制风机和水泵的 振动有效值的大小，来控制通风冷却系统的振动。施加油脂用来控制通风冷 却系统的驱动电机轴承温升问题，从而提高轴承的寿命及可靠性。

专利CN113602303A公开了一种轨道列车复合冷却系统振动控制方法、装 置及系统，通过传递力级结构噪音特征来控制激励载荷，从而控制复合冷却 系统振动，没有实现振动与温升一体化监测与控制，而且采用的是振动力级 方法。专利CN201610320796.8公开了一种电机温升与振动监测装置及其实现 方法，解决了现有监测装置电机振动监测存在缺陷、监测数据不全面等问题， 实现电流检测功能，可对电机过载异常，温升异常，振动异常全方位的监测。 该发明专利实现了电机振动与温升监测装置和方法，没有实现智能自动调节 激励载荷来控制振动，智能自动加油来控制温升，实现智能化控制等技术。 智能化和可靠性是轨道交通装备产业发展的重要方向，控制驱动电机振动和 温升是提高通风冷却系统可靠性的关键，实现智能自动调节激励载荷来控制 振动，智能自动加油来控制温升，不但可以更好的实现调节通风冷却系统振 动和温升问题，进一步提高产品的寿命及可靠性，而且可以减少人工干预， 实现智能化控制。

发明内容

本发明旨在提供通风冷却系统振动温升监控装置、方法、终端及电力机 车。

为实现上述目的，根据本发明的第一方面的实施例提出通风冷却系统振 动温升监控装置，包括：

通风冷却系统，包括电力机车冷却塔、牵引风机和辅变风机；

信号采集终端，包括信号调理电路，12位高速A/D采样及转换，DSP和 CAN模块，DSP将采集到的数据进行数字滤波和频谱分析，将特征频率的幅值 打包输出到CAN总线，周期500ms；

信号处理单元，包括比较单元、统计单元、控制单元和存储单元，将收 到的终端数据和列控数据根据故障诊断模型进行判断，将判断结果和实时状 态数据发送至列控，同时每6秒将实时数据转存至存储器，比较单元将获得 所述通风冷却系统的预设区域的振动与温升特征与预设数值对比，获得比较 结果，统计单元用于统计所述通风冷却系统的预设区域的振动与温升特征超 过与预设数值的时间，控制单元将获取比较结果，反馈至调速变频器或智能 加油装置，控制通风冷却系统的激励载荷或智能加油。

优选的，所述信号采集终端包括信号采集终端一和信号采集终端二，信 号采集终端一用于采集电力机车的冷却塔和牵引风机的振动和温升数据信息， 信号采集终端二用于采集电力机车的辅变风机的振动和温升数据信息。

优选的，还包括调速变频器，增加在通风冷却系统的驱动电机的供电电 路上，通过调速变频器反馈监测通风冷却系统的驱动电机电流实现电机缺相， 短路和欠压等故障保护，信号处理单元反馈控制调速变频器的输出，根据回 路温度和振动调节通风冷却系统的风机转速，实现精准散热及振动控制，调 速变频器自带旁路输出，可通过旁路自动切换到工频供电模式，避免因变频 器故障导致机车的通风冷却系统停机。

优选的，还包括智慧加油装置，包括数值处理单元、温度传感器、智能 注油器和加油油管总成，温度传感器监测通风冷却系统的驱动电机轴承温升 情况，控制数值处理单元算法程序根据温度传感器采集到的温升信息自动判 断轴承是否需要加油，并输出信号给智能注油器，为轴承实施加油动作。

优选的，还包括振动加速度传感器、前轴承温度传感器、后轴承温度传 感器、环境温度传感器以及屏蔽线缆和油管总成；

振动加速度传感器安装于通风冷却系统的驱动电机后端盖处，采集驱动 电机后端盖处的振动加速度和速度，实现振动信号频谱分析；

前轴承温度传感器安装于通风冷却系统的驱动电机前端盖部位，与前轴 承的外圈接触，采集电机前端盖处的前轴承温度；

后轴承温度传感器安装于通风冷却系统的驱动电机后端盖部位，与后轴 承的外圈接触，采集电机后端盖处的后轴承温度；

环境温度传感器安装于通风冷却系统的风机出口处，与通风冷却系统的 风机出口空气接触，采集通风冷却系统的风机出口空气中的环境温度；

屏蔽线缆和油管总成用于连接信号采集终端、信号处理单元、调速变频 器、智能加油装置和传感器，组成通风冷却系统振动与温升监测控制装置。

优选的，通风冷却系统振动温升监控方法，包括以下步骤：

步骤H01：获得通风冷却系统的预设区域的振动与温升特征，振动与温 升特征包括振动速度有效值、加速度频谱响应、环境温度值、轴承温度值以 及轴承温升值；

步骤H02：将振动与温升特征与预设数值对比，并统计持续时间,获得比 较结果；

步骤H03：依据所述的对比结果，控制通风冷却系统的激励载荷或智能 加油。

优选的，步骤H01包括：

通风冷却系统的预设区域加速度传感器获得的振动加速度值和振动速度 有效值，获得所述通风冷却系统预设区域在所述通风冷却系统在时域内的加 速度响应，并通过傅里叶变换绘制加速度频谱响应；

通风冷却系统的预设区域环境温度传感器获得的环境温度值t₁，通过所 述通风冷却系统的预设前后轴承区域轴承温度传感器获得所述的通风冷却系 统的预设前后轴承区域轴承温度值t；

通风冷却系统所设区域的环境温度值和轴承温度值计算获取轴承温升值， 轴承温升值Δt是轴承温度值与环境温度值的差值，即Δt＝t-t₁。

优选的，步骤H02中预设数值为第一许可振动值和所述预设时间为第一 许可持续时间，在所述的振动速度有效值超过所述的第一许可振动值，且统 计的持续振动时间超过所述的第一许可持续时间，得到第一对比结果；

依据所述的第一对比结果，降低或者升高所述通风冷却系统激励载荷的 频率；或者，依据所述的第一对比结果，获得所述通风冷却系统激励载荷的 当前频率f，通过调速变频器控制所述通风冷却系统激励载荷执行升频和降 频的控制，其中，所述升频控制的频率为f+Δf，所述的降频控制的频率为 f-Δf，Δf是频率变量，可选为2Hz-6Hz。

优选的，步骤H02包括：所述预设数值为第二许可振动值和所述预设时 间为第二许可持续时间，在所述的振动速度有效值超过所述的第二许可振动 值且持续振动时间超过所述的第二许可持续时间，得到第二对比结果；

步骤H03包括：依据所述的第二对比结果，降低或者升高所述通风冷却 系统激励载荷的频率；或者，依据所述的第二对比结果，获得所述通风冷却 系统激励载荷的当前频率f，并控制所述通风冷却系统激励载荷执行升频和 降频的控制，其中，所述升频控制的频率为f+Δf，所述的降频控制的频率为 f-Δf，Δf是频率变量，可选为2Hz-6Hz，具体可根据实际运行情况调整，均 在权利保护范围内；

当通过控制所述通风冷却系统激励载荷，在所述通风冷却系统的振动速 度有效值依然超过所述的第二许可振动值，且统计的持续振动时间超过所述 的第二许可持续时间，则控制盒主机面板上红灯闪烁，并发出报警信息传递 到司机室，提醒工作人员所述的通风冷却系统需要检修。

优选的，步骤H02包括：预设数值为第三许可温升值和所述预设时间为 第三许可持续时间；所述的通风冷却系统所设区域的温升值Δt超过所述的第 三许可温升值，且统计的持续时间超过所述的第三许可持续时间，得到第三 对比结果；

步骤H03包括：依据所述的第三对比结果，输出信号给智能注油器，发 送命令给注油器为轴承加油，每次加油量为0.6-1.2g，如此反复监测反复动 作，直至温升稳定为止。

优选的，步骤H02包括：预设数值为第四许可温升值和所述预设时间为 第四许可持续时间，在所述的通风冷却系统所设区域的温升值超过所述的第 四许可温升值，且统计的持续时间超过所述的第四许可持续时间，得到第四 对比结果；

步骤H03包括：依据所述的第四对比结果，输出信号给智能注油器，发 送命令给注油器为轴承加油，每次加油量为1.2g-1.5g，如此反复监测反复 动作，直至温升稳定为止；

通过给注油器为轴承加油，所述的通风冷却系统所设区域的温升值依然 超过所述的第四许可温升值，且统计的持续时间超过所述的第四许可持续时 间，则控制盒主机面板上红灯闪烁，并发出报警信息传递到司机室，提醒工 作人员所述的通风冷却系统需要检修。

优选的，第一许可振动值和第一许可持续时间可以选取振动较好的通风 冷却系统的平均值，所述的第一许可振动值可选取7.1mm/s≤v1≤10.1mm/s， 所述的第一许可持续时间可选取120s；

第二许振动值v2>10.1mm/s，所述的第二许可持续时间可选取300s；

第三许可温升值选取55K≤Δt≤85K，所述的第三许可持续时间可选取 1800s；

第四许可温升值选取Δt＞85K，所述的第四许可持续时间可选取1200s。

优选的，通风冷却系统振动温升监控终端，其特征在于，包括：振动加 速度传感器，设置在所述通风冷却系统的预设区域，用于检测所述通风冷却 系统的预设区域的振动特征；

通风冷却系统振动控制终端，包括信号采集终端、信号处理单元和调速 变频器，信号采集终端用于获取所述振动加速度传感器检测的所述通风冷却 系统的预设区域的振动特征；信号处理单元将所述振动特征与预设数值对比， 得到对比结果；而且根据所述对比结果，控制激励载荷。

优选的，通风冷却系统振动温升监测控制终端，包括前轴承温度传感器、 后轴承温度传感器和环境温度传感器，设置在通风冷却系统的预设区域，用 于检测通风冷却系统的预设区域的温升特征；

还包括信号采集终端、信号处理单元和智能加油装置，信号采集终端用 于获取所述前轴承温度传感器、后轴承温度传感器和环境温度传感器检测的 所述通风冷却系统的预设区域的温升特征；信号处理单元将所述温升特征与 预设数值对比，得到对比结果；而且根据所述对比结果，智能加油控制温升。

优选的，电力机车，包括通风冷却系统，还包括权利前述的通风冷却系 统振动温升监控终端。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过振动和温升特征，获得所 述通风冷却系统的预设区域的振动与温升值与预设数值对比结果，来控制通 风冷却系统的激励载荷或智能加油，不但可以有效的监测通风冷却系统振动 和温升，也可以实现智能自动调节激励载荷来控制振动，智能自动加油来控 制温升，实现智能化控制。

附图说明

图1为本发明电力机车通风冷却系统振动与温升控制装置的原理框图；

图2为本发明电力机车通风冷却系统振动与温升控制流程的实例图；

图3为本发明电力机车通风冷却系统智能加油装置的实例图；

图4为本发明的电力机车通风冷却系统振动与温升控制方法的实例图。

图中：3.1、控制盒主机、3.2、航插，3.3、屏蔽电缆，3.4、智能注油 器，3.5、前轴承温度传感器，3.6、环境温度传感器，3.7、前油管总成，3.8、 后油管总成，3.9、后轴承温度传感器。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然， 所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本 发明中的实施例，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 的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图4所示的通风冷却系统振动温升监控装置、方法、终端及电 力机车实施例。

如图1所示，根据本发明的电力机车通风冷却系统振动温升监控装置的 实施例，在该实施例中，监控装置包括：通风冷却系统、信号采集终端、信 号处理单元、调速变频器、智能加油装置、振动加速度传感器、前轴承温度 传感器、后轴承温度传感器、环境温度传感器和屏蔽线缆。

优选地，如图1所示，在本发明的实施例中，所述的信号采集终端包括： 信号采集终端1和信号采集终端2。

优选地，如图1所示，在本发明的实施例中，所述的信号采集终端1用 于采集电力机车的冷却塔和牵引风机的振动和温升数据信息。

优选地，如图1所示，在本发明的实施例中，所述的信号采集终端2用 于采集电力机车辅变风机的振动和温升数据信息。

优选地，如图1所示，在本发明的实施例中，所述的屏蔽线缆和油管总 成用于连接信号采集终端、信号处理单元、调速变频器、智能加油装置和传 感器等，组成通风冷却系统振动温升监控装置。

优选地，如图1所示，在本发明的实施例中，所述的传感器所采集的振 动和温度数据由信号处理单元进行集中分析处理，实现通风冷却系统的振动 和温升一体化监测控制。

根据本发明的电力机车通风冷却系统的实施例，在该实施例中，通风冷 却系统包括：1台冷却塔、4台牵引风机和1台辅变风机。冷却塔主要用于电 力机车的变压器和变流器的冷却；牵引风机主要用于电力机车的牵引电机的 散热，其中1台牵引风机冷却1台牵引电机；辅变风机主要用于电力机车的 辅助变压器柜的散热。

如图1所示，在本发明的实施例中，1台冷却塔、4台牵引风机和1台辅 变风机的驱动电机后端盖处安装振动加速度传感器，采集驱动电机后端盖处 的振动加速度，并换算成振动速度有效值，实现振动信号频谱分析。

如图1所示，在本发明的实施例中，所述的1台冷却塔、4台牵引风机 和1台辅变风机的驱动电机的供电电路上增加调速变频器，通过调速变频器 反馈监测通风冷却系统的驱动电机电流实现电机缺相，短路和欠压等故障保 护。

如图1所示，在本发明的实施例中，所述的调速变频器自带旁路输出， 可通过旁路自动切换到工频供电模式，避免因变频器故障导致机车的通风冷 却系统停机。

优选地，如图1所示，在本发明的实施例中，所述的调速变频器根据回 路温度和振动调节1台冷却塔、4台牵引风机和1台辅变风机的风机转速， 实现精准散热及振动控制。

如图1和图3所示，在本发明的实施例中，所述的智能加油装置包括信 号处理单元、温度传感器、智能注油器和油管总成等，安装于1台冷却塔、4 台牵引风机和1台辅变风机的风机外壳处，具体包括控制盒主机3.1、航插 3.2、屏蔽电缆3.3、智能注油器3.4、前轴承温度传感器3.5、环境温度传 感器3.6、前油管总成3.7、后油管总成3.8和后轴承温度传感器3.9。

如图1所示，在本发明的实施例中，所述的1台冷却塔、4台牵引风机 和1台辅变风机的驱动电机前端盖部位，如图3中3.5所示，与前轴承的外 圈接触处安装前轴承温度传感器，采集电机前端盖处的前轴承温度。

如图1所示，在本发明的实施例中，所述的1台冷却塔、4台牵引风机 和1台辅变风机的驱动电机后端盖部位，如图3中3.9所示，与前轴承的外 圈接触处安装后轴承温度传感器，采集电机后端盖处的后轴承温度。

如图1所示，在本发明的实施例中，所述的1台冷却塔、4台牵引风机 和1台辅变风机的风机出口处安装环境温度传感器，如图3中3.6所示，采 集通风冷却系统的风机出口空气中的环境温度。

如图3所示，在本发明的实施例中，所述的智能加油装置通过温度传感 器监测通风冷却系统的驱动电机轴承温升情况，控制信号处理单元算法程序 根据温度传感器采集到的温升信息自动判断轴承是否需要加油，并输出信号 给智能注油器，为轴承实施加油动作。

根据本发明的电力机车通风冷却系统振动温升监控流程的实施例，在该 实施例中，所述的信号采集终端包括信号调理电路，12位高速A/D采样及转 换，DSP和CAN模块。

在本发明的实施例中，所述的DSP将采集到的数据进行数字滤波和频谱 分析，将特征频率的幅值打包输出到CAN总线，周期500ms。

在本发明的实施例中，所述的信号采集终端控制面板包括电路板、固定 座、振动信号连接器、温升信号连接器、注油脂装置连接器、CAN总线出和 入、传感器状态灯、注油脂装置状态灯、电源灯及接地柱等。

在本发明的实施例中，所述的传感器状态灯包括振动状态灯、前轴承温 度状态灯、后轴承温度状态灯和环境温度状态灯。

根据本发明的电力机车通风冷却系统振动与温升监测控制流程的实施例， 在该实施例中，信号处理单元包括：比较单元、统计单元、控制单元和存储 单元。

在本发明的实施例中，所述的信号处理单元将收到的终端数据和列控数 据根据故障诊断模型进行判断(比较单元和统计单元)，将判断结果和实时状 态数据发送至列控(周期250ms)(控制单元)，同时每6秒将实时数据转存 至存储器(存储单元)，存储格式为sqlite。

在本发明的实施例中，所述的信号处理单元的比较单元将获得所述1台 冷却塔、4台牵引风机和1台辅变风机的驱动电机前后端盖处的预设区域的 振动与温升特征与预设数值对比，获得比较结果。

在本发明的实施例中，所述的信号处理单元的统计单元用于统计所述1 台冷却塔、4台牵引风机和1台辅变风机的驱动电机前后端盖处的预设区域 的振动与温升特征超过与预设数值的时间。

在本发明的实施例中，所述的信号处理单元的控制单元将获取比较结果， 反馈至调速变频器或智能加油装置，控制1台冷却塔、4台牵引风机和1台 辅变风机的驱动电机的激励载荷或智能加油。

本发明还提供了一种通风冷却系统振动温升监控方法，如图4所示，根 据本发明的电力机车通风冷却系统振动与温升控制方法的实施例，在该实施 例中，控制方法包括：步骤H01：获得所述通风冷却系统的预设区域的振动 与温升特征；步骤H02：将所述的振动与温升特征与预设数值对比，获得比 较结果；步骤H03：依据所述的对比结果，控制通风冷却系统的激励载荷或 智能加油。本发明通过振动和温升特征，并根据振动速度有效值和温升值与 预设数值对比结果，控制激励载荷和智能加油，实现通风冷却系统振动和温 升的智能控制。相比现有电机振动与温升监测装置和方法，本发明实现智能 自动调节激励载荷来控制振动，智能自动加油来控制温升，不但可以更好的 实现调节通风冷却系统振动和温升问题，进一步提高产品的寿命及可靠性， 而且可以减少人工干预，实现智能化控制。

在本发明的实施例中，所述的通风冷却系统振动特征包括振动速度有效 值和加速度频谱响应。在所述的步骤H01中，通过所述的通风冷却系统(冷 却塔、牵引风机和辅变风机等)的驱动电机后端盖处预设区域加速度传感器 获得的振动加速度值，通过所述的所设区域的振动加速度值计算获取振动速 度有效值，获得所述的通风冷却系统预设区域在所述通风冷却系统在时域内 的加速度响应，并通过傅里叶变换绘制加速度频谱响应。

在本发明的实施例中，所述的通风冷却系统温升特征包括环境温度值和 轴承温度值，在所述的步骤H01中，通过所述通风冷却系统(冷却塔、牵引 风机和辅变风机等)的风机出口(如图3中3.6所示)预设区域环境温度传 感器获得的环境温度值t₁；通过所述通风冷却系统(冷却塔、牵引风机和辅 变风机等)的驱动电机的预设前后轴承区域(如图3中3.5和3.9所示)的 轴承温度传感器获得所述的通风冷却系统的预设前后轴承区域轴承温度值t。

在本发明的实施例中，所述的通风冷却系统温升特征包括轴承温升值， 在所述的步骤H01中，通过所述的通风冷却系统(冷却塔、牵引风机和辅变 风机等)的所设区域的环境温度值和轴承温度值计算获取驱动电机的轴承温 升值Δt，驱动电机的轴承温升值Δt是轴承温度值与环境温度值的差值，即 Δt＝t-t₁。

在本发明的实施例中，步骤H02中的预设数值为第一许可振动值7.1mm/s ≤v1≤10.1mm/s和所述预设时间为第一许可持续时间，可选取120s。第一许 可振动值和第一许可持续时间可根据经验确定或者试验得到，具体根据不同 通风冷却系统进行确定，也可以根据实际工况进行修正，具体数据设置均在 专利权保护范围内。通风冷却系统驱动电机后端盖处的振动有效值超过所述 的第一许可振动值和持续时间超过预设的第一许可持续时间，得到第一对比 结果；也即将步骤H01中获取的振动有效值和持续时间与预设的第一许可振 动值和第一许可持续时间比较，在振动有效值超过第一许可振动值和振动超 过持续的时间超过第一许可持续时间的情况下，开始对通风冷却系统的激励 载荷控制。

在步骤H03包括：依据第一对比结果，并结合对比分析超过频谱曲线的 对应频率，可以采用降低或者升高通风冷却系统的风机激励载荷频率，具体 控制风机的激励载荷频率，依照超过频谱曲线的所对应频率。在控制过程中， 根据通风冷却系统振动速度有效值超过所述的第一许可振动值和所述的振动 超过持续的时间超过第一许可持续时间的情况下，相应的降低或升高激励频 率(风机的工作频率)，即在振动速度有效值超过所述的第一许可振动值较多 的情况下，则相应地降低和升高工作频率较多；在超过较少的情况下，相应 地降低和升高工作频率较少。从而使激励载荷的频率低于或高于通风冷却系 统的固有频率，防止产生共振，对通风冷却系统的振动有效控制。在控制过 程中，通过测量振动速度有效值和统计振动超过持续的时间超过第一许可持 续时间，并反馈控制，直到振动速度有效值降低到第一许可振动值范围内， 并统计振动持续的时间超过第一许可持续时间，停止对通风冷却系统的激励 载荷控制。

在本发明的实施例中，依据所述的第一对比结果，控制激励载荷，也可 以采用错频控制方法。降低或者升高所述通风冷却系统激励载荷的频率；或 者，依据所述的第一对比结果，获得所述通风冷却系统激励载荷的当前频率 f，通过调速变频器控制所述通风冷却系统激励载荷执行升频和降频的控制， 其中，所述升频控制的频率为f+Δf，所述的降频控制的频率为f-Δf，Δf是 频率变量，可选为2Hz-6Hz，具体可根据实际运行情况调整，均在权利保护 范围内。

在本发明的实施例中，步骤H02中的预设数值为第二许可振动值 v2>10.1mm/s和所述预设时间为第二许可持续时间，可选取300s。第二许可 振动值和第二许可持续时间可根据经验确定或者试验得到，具体根据不同通 风冷却系统进行确定，也可以根据实际工况进行修正，具体数据设置均在专 利权保护范围内。通风冷却系统驱动电机后端盖处的振动有效值超过所述的 第二许可振动值和持续时间超过预设的第二许可持续时间，得到第二对比结 果；也即将步骤H01中获取的振动有效值和持续时间与预设的第二许可振动 值和第二许可持续时间比较，在振动有效值超过第二许可振动值和振动超过 持续的时间超过第二许可持续时间的情况下，开始对通风冷却系统的激励载 荷控制。

在本发明的实施例中，在步骤H03中，依据所述的第二对比结果，降低 或者升高所述通风冷却系统激励载荷的频率；或者，依据所述的第二对比结 果，获得所述通风冷却系统激励载荷的当前频率f，并控制所述通风冷却系 统激励载荷执行升频和降频的控制，其中，所述升频控制的频率为f+Δf，所 述的降频控制的频率为f-Δf，Δf是频率变量，可选为2Hz-6Hz，具体可根据 实际运行情况调整，均在权利保护范围内。

在本发明的实施例中，在步骤H03中，当通过控制所述通风冷却系统激 励载荷，在所述通风冷却系统的振动速度有效值依然超过所述的第二许可振 动值，且统计的持续振动时间超过所述的第二许可持续时间，则控制盒主机 面板上红灯闪烁,如图3中的3.1所示，并发出报警信息传递到司机室，提醒 工作人员所述的通风冷却系统某器件需要检修。

在本发明的实施例中，步骤H02中的预设数值为第三许可温升值 55K≤Δt≤85K和所述预设时间为第三许可持续时间，可选取1800s。第三许 可温升值和第三许可持续时间可根据经验确定或者试验得到，具体根据不同 通风冷却系统进行确定，也可以根据实际工况进行修正，具体数据设置均在 专利权保护范围内。通风冷却系统驱动电机前后轴承预设区域处(如图3中 的3.5和3.9所示)的温升值超过所述的第三许可温升值和持续时间超过预 设的第三许可持续时间，得到第三对比结果；也即将步骤H01中获取的温升 值和持续时间与预设的第三许可温升值和第三许可持续时间比较，在温升值 超过第三许可温升值和温升超过持续的时间超过第三许可持续时间的情况下， 开始对通风冷却系统的智能加油装置(如图3中3.4所示)控制。

在步骤H03包括：依据第三对比结果，当满足温升值超过第三许可温升 值和持续的时间超过第三许可持续时间的情况下，输出信号给智能注油器， 发送命令给注油器为轴承加油，每次加油量为0.6g-1.2g，刚开始加油时应 小量加油0.6g-0.8g。当温升值仍然在第三许可温升值区间内的情况下，且 持续时间超过第三许可持续时间的情况下，每次加油量增至为1.0g-1.2g， 如此反复监测反复动作，直至温升低于第三许可温升值，且稳定为止，停止 输出信号给智能注油器注油控制。具体加油量和持续的时间均可根据实际应 用进行调整，在权利保护范围内。

在本发明的实施例中，步骤H02中的预设数值为第四许可温升值 Δt＞85K和所述预设时间为第四许可持续时间。通风冷却系统驱动电机前后 轴承预设区域处(如图3中的3.5和3.9所示)的温升值超过所述的第四许 可温升值和持续时间超过预设的第四许可持续时间，得到第四对比结果；也 即将步骤H01中获取的温升值和持续时间与预设的第四许可温升值和第四许 可持续时间比较，在温升值超过第四许可温升值和持续的时间超过第四许可 持续时间的情况下，开始对通风冷却系统的智能加油装置(如图3中3.4所 示)控制。

在步骤H03中，依据第四对比结果，当满足温升值超过第四许可温升值 和持续的时间超过第四许可持续时间的情况下，输出信号给智能注油器，发 送命令给注油器为轴承加油，每次加油量为1.2g-1.5g。当温升值仍然大于 第四许可温升值的情况下，且持续时间超过第四许可持续时间时，则控制盒 主机面板上红灯闪烁，并发出报警信息传递到司机室，提醒工作人员所述的 通风冷却系统需要检修。

具体数据的设定可根据不同通风冷却系统进行确定，也可以根据实际工 况进行修正，具体数据设置均在专利权保护范围内。

本发明还提供了通风冷却系统振动温升监测控制终端，如图4所示，包 括：振动加速度传感器，设置在所述通风冷却系统的预设区域，用于检测所 述通风冷却系统的预设区域的振动特征；通风冷却系统振动控制系统，包括 信号采集终端、信号处理单元和调速变频器，信号采集终端用于获取所述振 动加速度传感器检测的所述通风冷却系统的预设区域的振动特征；信号处理 单元将所述振动特征与预设数值对比，得到对比结果；而且根据所述对比结 果，控制激励载荷。

前轴承温度传感器、后轴承温度传感器和环境温度传感器，设置在所述 通风冷却系统的预设区域，用于检测所述通风冷却系统的预设区域的温升特 征；通风冷却系统温升控制系统，包括信号采集终端、信号处理单元和智能 加油装置，信号采集终端用于获取所述前轴承温度传感器、后轴承温度传感 器和环境温度传感器检测的所述通风冷却系统的预设区域的温升特征；信号 处理单元将所述温升特征与预设数值对比，得到对比结果；而且根据所述对 比结果，智能加油控制温升。

本发明通过了电力机车，包括通风冷却系统和前述的通风冷却系统振动 及温升控制终端。能够有效地控制通风冷却系统振动和温升，并且具有较好 的适应性，相比现有技术的监测通风冷却系统的振动和温升值，具有更好的 智能控制效果，可有效的提高通风冷却系统及电力机车的寿命及舒适性。需 要说明的时，在本发明中，通风冷却系统并不特指电力机车的通风冷却系统， 还可以为其他受到周期性激励的流体机械。

从以上的实例中，本发明实现了如下的技术效果：

根据本发明的冷却系统振动与温升监控装置、方法、系统及电力机车。 通过通风冷却系统、信号采集终端、信号处理单元、调速变频器、智能加油 装置、振动加速度传感器、前轴承温度传感器、后轴承温度传感器、环境温 度传感器、屏蔽线缆和油管总成等组成了通风冷却系统振动与温升检测控制 装置。通过振动和温升特征，与预设数值的对比结果，控制激励载荷和智能 加油，从而控制通风冷却系统振动和温升。相比现有技术的电机振动与温升 监测装置和方法，实现了智能自动调节激励载荷来控制振动，智能自动加油 来控制温升，实现了振动与温升一体化智能控制技术，可以更好的实现调节 通风冷却系统振动和温升问题，有效的提高通风冷却系统及电力机车的寿命 及舒适性。

上述公式中的部分数据均是去除量纲取其数值计算，公式是由采集的大 量数据经过软件模拟得到最接近真实情况的一个公式；公式中的预设参数和 预设阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者通过大量数据模拟获得。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施 例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发 明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。

Claims (15)

1.通风冷却系统振动温升监控装置，其特征在于，包括：

通风冷却系统，包括电力机车冷却塔、牵引风机和辅变风机；

信号采集终端，包括信号调理电路，12位高速A/D采样及转换，DSP和CAN模块，DSP将采集到的数据进行数字滤波和频谱分析，将特征频率的幅值打包输出到CAN总线，周期500ms；

信号处理单元，包括比较单元、统计单元、控制单元和存储单元，将收到的终端数据和列控数据根据故障诊断模型进行判断，将判断结果和实时状态数据发送至列控，同时每6秒将实时数据转存至存储器，比较单元将获得所述通风冷却系统的预设区域的振动与温升特征与预设数值对比，获得比较结果，统计单元用于统计所述通风冷却系统的预设区域的振动与温升特征超过与预设数值的时间，控制单元将获取比较结果，反馈至调速变频器或智能加油装置，控制通风冷却系统的激励载荷或智能加油。

2.根据权利要求1所述的通风冷却系统振动温升监控装置，其特征在于，所述信号采集终端包括信号采集终端1和信号采集终端2，信号采集终端1用于采集电力机车的冷却塔和牵引风机的振动和温升数据信息，信号采集终端2用于采集电力机车的辅变风机的振动和温升数据信息。

3.根据权利要求1所述的通风冷却系统振动温升监控装置，其特征在于，还包括调速变频器，增加在通风冷却系统的驱动电机的供电电路上，通过调速变频器反馈监测通风冷却系统的驱动电机电流实现电机缺相，短路和欠压等故障保护，信号处理单元反馈控制调速变频器的输出，根据回路温度和振动调节通风冷却系统的风机转速，调速变频器自带旁路输出，可通过旁路自动切换到工频供电模式。

4.根据权利要求1所述的通风冷却系统振动温升监控装置，其特征在于，还包括智慧加油装置，包括数值处理单元、温度传感器、智能注油器和加油油管总成，温度传感器监测通风冷却系统的驱动电机轴承温升情况，控制数值处理单元算法程序根据温度传感器采集到的温升信息自动判断轴承是否需要加油，并输出信号给智能注油器，为轴承实施加油动作。

5.根据权利要求1所述的通风冷却系统振动温升监控装置，其特征在于，还包括振动加速度传感器、前轴承温度传感器、后轴承温度传感器、环境温度传感器以及屏蔽线缆和油管总成；

振动加速度传感器安装于通风冷却系统的驱动电机后端盖处，采集驱动电机后端盖处的振动加速度和速度，实现振动信号频谱分析；

前轴承温度传感器安装于通风冷却系统的驱动电机前端盖部位，与前轴承的外圈接触，采集电机前端盖处的前轴承温度；

后轴承温度传感器安装于通风冷却系统的驱动电机后端盖部位，与后轴承的外圈接触，采集电机后端盖处的后轴承温度；

环境温度传感器安装于通风冷却系统的风机出口处，与通风冷却系统的风机出口空气接触，采集通风冷却系统的风机出口空气中的环境温度；

屏蔽线缆和油管总成用于连接信号采集终端、信号处理单元、调速变频器、智能加油装置和传感器，组成通风冷却系统振动与温升监测控制装置。

6.通风冷却系统振动温升监控方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤H01：获得通风冷却系统的预设区域的振动与温升特征，振动与温升特征包括振动速度有效值、加速度频谱响应、环境温度值、轴承温度值以及轴承温升值；

步骤H02：将振动与温升特征与预设数值对比，并统计持续时间,获得比较结果；

步骤H03：依据所述的对比结果，控制通风冷却系统的激励载荷或智能加油。

7.根据权利要求6所述的通风冷却系统振动温升监控方法，其特征在于，步骤H01包括：

通风冷却系统的预设区域加速度传感器获得的振动加速度值和振动速度有效值，获得所述通风冷却系统预设区域在所述通风冷却系统在时域内的加速度响应，并通过傅里叶变换绘制加速度频谱响应；

通风冷却系统的预设区域环境温度传感器获得的环境温度值t₁，通过所述通风冷却系统的预设前后轴承区域轴承温度传感器获得所述的通风冷却系统的预设前后轴承区域轴承温度值t；

通风冷却系统所设区域的环境温度值和轴承温度值计算获取轴承温升值，轴承温升值Δt是轴承温度值与环境温度值的差值，即Δt＝t-t₁。

8.根据权利要求6所述的通风冷却系统振动温升监控方法，其特征在于，步骤H02中预设数值为第一许可振动值和所述预设时间为第一许可持续时间，在所述的振动速度有效值超过所述的第一许可振动值，且统计的持续振动时间超过所述的第一许可持续时间，得到第一对比结果；

依据所述的第一对比结果，降低或者升高所述通风冷却系统激励载荷的频率；或者，依据所述的第一对比结果，获得所述通风冷却系统激励载荷的当前频率f，通过调速变频器控制所述通风冷却系统激励载荷执行升频和降频的控制，其中，所述升频控制的频率为f+Δf，所述的降频控制的频率为f-Δf，Δf是频率变量，可选为2Hz-6Hz。

9.根据权利要求6所述的通风冷却系统振动温升监控方法，其特征在于，步骤H02包括：所述预设数值为第二许可振动值和所述预设时间为第二许可持续时间，在所述的振动速度有效值超过所述的第二许可振动值且持续振动时间超过所述的第二许可持续时间，得到第二对比结果；

步骤H03包括：依据所述的第二对比结果，降低或者升高所述通风冷却系统激励载荷的频率；或者，依据所述的第二对比结果，获得所述通风冷却系统激励载荷的当前频率f，并控制所述通风冷却系统激励载荷执行升频和降频的控制，其中，所述升频控制的频率为f+Δf，所述的降频控制的频率为f-Δf，Δf是频率变量，可选为2Hz-6Hz，具体可根据实际运行情况调整，均在权利保护范围内；

当通过控制所述通风冷却系统激励载荷，在所述通风冷却系统的振动速度有效值依然超过所述的第二许可振动值，且统计的持续振动时间超过所述的第二许可持续时间，则控制盒主机面板上红灯闪烁，并发出报警信息传递到司机室，提醒工作人员所述的通风冷却系统需要检修。

10.根据权利要求6所述的通风冷却系统振动温升监控方法，其特征在于，步骤H02包括：预设数值为第三许可温升值和所述预设时间为第三许可持续时间；所述的通风冷却系统所设区域的温升值Δt超过所述的第三许可温升值，且统计的持续时间超过所述的第三许可持续时间，得到第三对比结果；

步骤H03包括：依据所述的第三对比结果，输出信号给智能注油器，发送命令给注油器为轴承加油，每次加油量为0.6-1.2g，如此反复监测反复动作，直至温升稳定为止。

11.根据权利要求6所述的通风冷却系统振动温升监控方法，其特征在于，步骤H02包括：预设数值为第四许可温升值和所述预设时间为第四许可持续时间，在所述的通风冷却系统所设区域的温升值超过所述的第四许可温升值，且统计的持续时间超过所述的第四许可持续时间，得到第四对比结果；

步骤H03包括：依据所述的第四对比结果，输出信号给智能注油器，发送命令给注油器为轴承加油，每次加油量为1.2g-1.5g，如此反复监测反复动作，直至温升稳定为止；

通过给注油器为轴承加油，所述的通风冷却系统所设区域的温升值依然超过所述的第四许可温升值，且统计的持续时间超过所述的第四许可持续时间，则控制盒主机面板上红灯闪烁，并发出报警信息传递到司机室，提醒工作人员所述的通风冷却系统需要检修。

12.根据权利要求11所述的通风冷却系统振动温升监控方法，其特征在于，第一许可振动值和第一许可持续时间选取振动较好的通风冷却系统的平均值，所述的第一许可振动值可选取7.1mm/s≤v1≤10.1mm/s，所述的第一许可持续时间可选取120s；

第二许振动值v2>10.1mm/s，所述的第二许可持续时间可选取300s；

第三许可温升值选取55K≤Δt≤85K，所述的第三许可持续时间可选取1800s；

第四许可温升值选取Δt＞85K，所述的第四许可持续时间可选取1200s。

13.通风冷却系统振动温升监控终端，其特征在于，包括：

振动加速度传感器，设置在所述通风冷却系统的预设区域，用于检测所述通风冷却系统的预设区域的振动特征；

通风冷却系统振动控制系统，包括信号采集终端、信号处理单元和调速变频器，信号采集终端用于获取所述振动加速度传感器检测的所述通风冷却系统的预设区域的振动特征；信号处理单元将所述振动特征与预设数值对比，得到对比结果；而且根据所述对比结果，控制激励载荷。

14.根据权利要求13所述的通风冷却系统振动温升监控终端，其特征在于，还包括前轴承温度传感器、后轴承温度传感器和环境温度传感器，设置在通风冷却系统的预设区域，用于检测通风冷却系统的预设区域的温升特征；

还包括信号采集终端、信号处理单元和智能加油装置，信号采集终端用于获取所述前轴承温度传感器、后轴承温度传感器和环境温度传感器检测的所述通风冷却系统的预设区域的温升特征；信号处理单元将所述温升特征与预设数值对比，得到对比结果；而且根据所述对比结果，智能加油控制温升。

15.电力机车，包括通风冷却系统，其特征在于，还包括权利要求13或14所述的通风冷却系统振动温升监控终端。

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