CN115096478A - 一种道岔转换阻力智能测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及道岔转换技术领域，且公开了一种道岔转换阻力智能测试系统，包括半导体应变片机构、动作连接杆弹性体机构、节点通信机构和无线通信机构，所述半导体应变片机构含三个应变片，所述动作连接杆弹性体含连接杆弹性体一、二等，所述应变片一、二分别安装于连接杆弹性体一侧面和顶端，应变片三安装于连接杆弹性体二顶端，所述节点通信机构含终端模块一和天线，所述无线通信机构含终端应力采集单元、路由器、协调器和上位机。该系统在动作连接杆上安装应变片，采集应力值并通过电桥电路转为电信号，放大后借节点通信机构Zigbee模块ADC将模拟信号转为数字信号，通过无线通信机构广播发至入网的路由器，后转发至协调器，最终将数据传至上位机。
Description
技术领域
本发明涉及道岔转换技术领域，具体为一种道岔转换阻力智能测试系统。
背景技术
现阶段我国高速铁路事业迅猛发展，并取得了丰硕的成果，在铁路交叉点处，转辙设备众多，而在实际应用中存在由于环境等因素造成路基变化，使转换阻力大于转换力，造成道岔转换异常，这对列车行驶造成了一定的安全隐患，因此对道岔转辙设备工作时的各种参数实时监测是诊断和预防道岔设备故障的有效途径。
发明内容
(一)解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种道岔转换阻力智能测试系统，以解决上述背景技术中提出的，在实际应用中存在由于环境等因素使路基变化，导致转换阻力大于转换力不能及时被发现，而产生道岔转换异常的现象发生。并以增强多机牵引道岔的协同性，降低由此对列车行驶造成的安全隐患为目的，提出了在不改变转辙机原有结构的基础上，基于应变片的阻力测试方案和Zigbee无线通信模块，对道岔转辙机工作时的转换阻力值进行实时采集，以实现道岔转换阻力监测与诊断的智能化，预防道岔设备故障造成更大的事故和经济损失。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种道岔转换阻力智能测试系统，包括半导体应变片机构、动作连接杆弹性体机构、节点通信机构和无线通信机构，所述半导体应变片机构包括应变片一、应变片二、应变片三，所述动作连接杆弹性体机构包括连接杆弹性体一、连接杆弹性体二、螺栓、螺母、垫圈和垫片，所述应变片一安装于连接杆弹性体一的侧面，应变片二安装于连接杆弹性体一的顶端，应变片三安装于连接杆弹性体二的顶端，所述连接杆弹性体一和连接杆弹性体二由螺栓、螺母、垫圈和垫片连接固定，所述连接杆弹性体一与连接杆弹性体二为可拆卸连接。
所述螺栓、螺母、垫圈和垫片用于连接与动作杆相连的动作连接杆，即连接杆弹性体一，和与尖轨拉杆相连的动作连接杆，即连接杆弹性体二，螺母、垫圈和垫片用于安装于螺栓的顶端用于固定两个连接杆弹性体的连接，所述螺母与螺栓螺纹连接，所述应变片一、应变片二与应变片三安装于两连接杆弹性体上且远离螺栓等应力集中的位置。
所述节点通信机构包括终端一和天线，所述天线安装于终端一的顶端，通过天线与路由器进行信号接收和传输，下载器便于对节点模块下载驱动程序。
所述无线通信机构包括终端应力采集单元、路由器、协调器和上位机，所述终端应力采集单元与路由器信号连接，所述路由器与协调器信号连接，所述上位机与协调器信号连接便于信息的传递，终端应力采集单元进行数据采集，并传输到路由器，路由器再将数据传输到协调器在由上位机进行计算处理。
该道岔转换阻力智能测试系统测试步骤：
S1：将半导体应变片用于采集转辙机的动作连接杆工作时产生的应变值，并采用半桥电路将所采集到的应变信号转化为电信号，并补偿由于动作连接杆所受的动作杆拉力和尖轨连杆拉力不在同一直线所造成的弯矩对应变测量值的影响；
S2：半桥电路输出端接入高阻抗信号放大器，用于将测得的微小信号放大至5V量程范围的电信号，通过Zigbee无线通信模块中的A/D转换器将模拟信号转化为数字信号；
S3：应用基于CC2530芯片的Zigbee无线通信技术，建立局部无线通信网络，利用广播通信的方式将信号从终端应力采集单元无线传输到入网的路由器和协调器，路由器可以将数据转发从而实现更远距离的数据传输，协调器通过串口将各个节点收集的数据传输到上位机，并对数据进行分析和诊断；
S4：将所采集的电信号和所施加的拉力值进行标定，以便于在上位机进行数据的分析和处理。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、该道岔转换阻力智能测试系统，安装了应变片一、应变片二和应变片三，应变片一、应变片二和应变片三用于采集转辙机的动作杆连接件工作时产生的应变值，无需改变原有转辙机结构，即可对转换阻力进行测试。
2、采用Zigbee无线通信模块来采集到的电压信号，并将电信号通过广播通信方式发送至入网的路由器和协调器，最终通过协调器将数据传输至上位机，通过无线通信组网的方式，实现转换阻力值智能化在线监测。
3、该道岔转换阻力智能测试系统，可通过协调器将数据传输至上位机以供技术人员进行数据分析和诊断，以预防道岔设备故障，避免造成更大的经济损失和安全事故。
4、续航时间为三到五个月，可以有效减少劳动力，且采集的数据更具备实时性，采集效率也显著提高，转辙机转换阻力实现了从被动性检测到先导性检测的转变。
附图说明
图1为本发明应变片结构示意图；
图2为本发明弹性体结构示意图；
图3为本发明电桥电路结构示意图；
图4为本发明节点通信结构示意图；
图5为本发明无线通信结构示意图。
图中：1、半导体应变片机构；101、应变片一；102、应变片二；103、应变片三；2、连接杆弹性体机构；201、连接杆弹性体一；202、连接杆弹性体二；203、螺栓；204、螺母；205、垫圈；206、垫片；3、节点通信机构；301、终端一；302、天线；4、无线通信机构；401、终端应力采集单元；402、路由器；403、协调器；404、上位机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-图5，本发明提供一种技术方案：一种道岔转换阻力智能测试系统，包括半导体应变片机构1、连接杆弹性体机构2、节点通信机构3和无线通信机构4，半导体应变片机构1包括应变片一101、应变片二102、应变片三103，连接杆弹性体机构2包括连接杆弹性体一201、连接杆弹性体二202、螺栓203、螺母204、垫圈205和垫片206，应变片一101安装于连接杆弹性体一201的侧面，应变片二102安装于连接杆弹性体一201的顶端，应变片三103安装于连接杆弹性体二202的顶端，所述连接杆弹性体一201和连接杆弹性体二202由螺栓203、螺母204、垫圈205和垫片206连接固定，所述连接杆弹性体一201与连接杆弹性体二202为可拆卸连接；
螺栓203、螺母204、垫圈205和垫片206用于连接与动作杆相连的动作连接杆，即连接杆弹性体一201，和与尖轨拉杆相连的动作连接杆，即连接杆弹性体二202，螺母204、垫圈205和垫片206用于安装于螺栓203的顶端用于固定两个连接杆弹性体的连接，所述螺母204与螺栓203螺纹连接，所述应变片一101、应变片二102与应变片三103安装于两连接杆弹性体上且远离螺栓203等应力集中的位置，天线301安装于终端一302的顶端，通过天线301与路由器302进行信号接收和传输，下载器便于对节点模块下载驱动程序，终端应力采集单元401与路由器402信号连接，所述路由器402与协调器403信号连接，所述上位机404与协调器403信号连接便于信息的传递，终端应力采集单元401进行数据采集，并传输到路由器402，路由器402再将数据传输到协调器403在由上位机404进行计算处理：
该道岔转换阻力智能测试系统测试步骤如下：
S1：将半导体应变片用于采集转辙机的动作连接杆工作时产生的应变值，并采用半桥电路将所采集到的应变信号转化为电信号，并补偿由于动作连接杆所受的动作杆拉力和尖轨连杆拉力不在同一直线所造成的弯矩对应变测量值的影响；
S2：半桥电路输出端接入高阻抗信号放大器，用于将测得的微小信号放大至5V量程范围的电信号，通过Zigbee无线通信模块中的A/D转换器将模拟信号转化为数字信号；
S3：应用基于CC2530芯片的Zigbee无线通信技术，建立局部无线通信网络，利用广播通信的方式将信号从终端应力采集单元401无线传输到入网的路由器402和协调器403，路由器402可以将数据转发从而实现更远距离的数据传输，协调器403通过串口将各个节点收集的数据传输到上位机404，并对数据进行分析和诊断；
S4：将所采集的电信号和所施加的拉力值进行标定，以便于在上位机404进行数据的分析和处理。
工作原理：将应变片一101、应变片二102、应变片三103安装在通过螺栓203、螺母204、垫圈205和垫片206连接的连接杆弹性体一201和连接杆弹性体二202，并对天线301和终端一302进行安装连接，终端应力采集单元301、路由器302、协调器304和计算机303分别进行安装连接，包括以下步骤：
S1：将半导体应变片用于采集转辙机的动作连接杆工作时产生的应变值，并采用半桥电路将所采集到的应变信号转化为电信号，并补偿由于动作连接杆所受的动作杆拉力和尖轨连杆拉力不在同一直线所造成的弯矩对应变测量值的影响；
S2：半桥电路输出端接入高阻抗信号放大器，用于将测得的微小信号放大至5V量程范围的电信号，通过Zigbee无线通信模块中的A/D转换器将模拟信号转化为数字信号；
S3：应用基于CC2530芯片的Zigbee无线通信技术，建立局部无线通信网络，利用广播通信的方式将信号从终端应力采集单元401无线传输到入网的路由器402和协调器403，路由器402可以将数据转发从而实现更远距离的数据传输，协调器403通过串口将各个节点收集的数据传输到上位机404，并对数据进行分析和诊断；
S4：将所采集的电信号和所施加的拉力值进行标定，以便于在上位机404进行数据的分析和处理。
实施例1：
在动作连接件上确定测点位置，并粘贴应变片，搭建相应的电桥电路，放大电路；
实施例2：
封装测试模块，在转辙机动作连接件安装测试模块，在一定距离范围内安装路由节点模块，将协调器安装至指挥站；
实施例3：
进行实际数据采集和信号无线传输实验，结合两到三个转辙设备，模拟现场数据无线采集情况，并对实验数据进行标定。
最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (6)
1.一种道岔转换阻力智能测试系统，包括半导体应变片机构(1)、动作连接杆弹性体机构(2)、节点通信机构(3)和无线通信机构(4)，其特征在于：所述半导体应变片机构(1)包括应变片一(101)、应变片二(102)、应变片三(103)，所述动作连接杆弹性体机构(2)包括连接杆弹性体一(201)、连接杆弹性体二(202)、螺栓(203)、螺母(204)、垫圈(205)和垫片(206)，所述应变片一(101)安装于连接杆弹性体一(201)的侧面，应变片二(102)安装于连接杆弹性体一(201)的顶端，应变片三(103)安装于连接杆弹性体二(202)的顶端，所述连接杆弹性体一(201)和连接杆弹性体二(202)由螺栓(203)、螺母(204)、垫圈(205)和垫片(206)连接固定。
2.根据权利要求1所述的一种道岔转换阻力智能测试系统，其特征在于：所述应变片一(101)、应变片二(102)与应变片三(103)均采用灵敏度更高的半导体应变片，所述应变片均在不破坏原有动作连接杆结构的基础上进行粘贴与安装，所述应变片一(101)、应变片二(102)与应变片三(103)安装于两动作连接杆弹性体上远离螺栓(203)等应力集中的位置，所述应变片一(101)测得的应力值为动作连接杆产生的主应力，所述应变片二(102)和应变片三(103)测得的应力值为垂直于主应力方向上的应力。
3.根据权利要求2所述的一种道岔转换阻力智能测试系统，其特征在于：所述连接杆弹性体一(201)所受到的动作杆拉力和连接杆弹性体二(202)所受到的尖轨拉杆拉力不在同一直线上，所述应变片二(102)和应变片三(103)所测得的应力值用于补偿由此产生的弯矩对主应力值的影响，所述应变片一(101)、应变片二(102)与应变片三(103)采用半桥电路串联，所述半桥电路的另一条桥臂接温度补偿应变片，所述半桥电路输出端接高阻抗信号放大电路。
4.根据权利要求1所述的一种道岔转换阻力智能测试系统，其特征在于：所述节点通信机构(3)包括终端模块一(301)和天线(302)，所述天线(301)安装于终端模块一(302)上，所述终端模块一(301)的驱动功能使用下载器下载驱动程序实现，所述天线(302)采用2.4GHz折叠棒状天线进行无线信号收发，所述终端模块一(301)利用续航时间可达3到5个月的电池进行无线供电。
5.根据权利要求1所述的一种道岔转换阻力智能测试系统，其特征在于：所述无线通信机构(4)包括终端应力采集单元(401)、路由器(402)、协调器(403)和上位机(404)，所述无线通信机构(4)采用广播通信方式进行信号无线传输，所述终端应力采集单元(401)与路由器(402)信号连接，所述路由器(402)与协调器(403)信号连接，所述上位机(404)与协调器(403)信号连接。
6.根据权利要求5所述的一种道岔转换阻力智能测试系统，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将半导体应变片用于采集转辙机的动作连接杆工作时产生的应变值，并采用半桥电路将所采集到的应变信号转化为电信号，并补偿由于动作连接杆所受的动作杆拉力和尖轨连杆拉力不在同一直线所造成的弯矩对应变测量值的影响；
S2：半桥电路输出端接入高阻抗信号放大器，用于将测得的微小信号放大至5V量程范围的电信号，通过Zigbee无线通信模块中的A/D转换器将模拟信号转化为数字信号；
S3：应用基于CC2530芯片的Zigbee无线通信技术，建立局部无线通信网络，利用广播通信的方式将信号从终端应力采集单元(401)无线传输到入网的路由器(402)和协调器(403)，路由器(402)可以将数据转发从而实现更远距离的数据传输，协调器(403)通过串口将各个节点收集的数据传输到上位机(404)，并对数据进行分析和诊断；
S4：将所采集的电信号和所施加的拉力值进行标定，以便于在上位机进行数据分析和处理。
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