CN1313209A - 电力机车车顶状态综合自动检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电力机车车顶状态综合自动检测装置,包括主机架及四套运动装置,传感器及数据采集,自动控制,数据信号光隔离高速传输,数据处理,信号指示屏及监视系统。电力机车入库时,在升弓条件下停留几分钟,该装置就可完成检测,主要检测内容:滑板磨耗、弓网压力、升降弓时间、弓头横向位移量、受电弓中心位置、瓷瓶污染程度及绝缘性能、主断路器状态、检测图象存储。主要用于电力机车车顶状态综合自动检测装置。

Description

电力机车车顶状态综合自动检测装置

本发明涉及电气化铁路检测技术领域，特别涉及电力机车车顶设备检测技术领域。

近年来，电气化铁路发展异常迅速，全路营运里程已达到近两万多公里，并且今后还将以更快的速度发展，但是对电气化铁路相关设备的检测却非常落后，特别是对电力机车受电弓及车顶设备的检测，检测效率低、精度低、准确性差、检测项目单一、非在线式等，还是采用原始的方法，靠人工上车顶分项进行，如：弓网压力检测，采用弹簧秤进行测量；升降弓时间检测，采用秒表计时；滑条磨耗测量，采用游标卡尺或卷尺估测；瓷瓶污染程度及绝缘性能，用兆欧表或肉眼观察；这些项目的检测一般需要3至5人配合，除了检测效率低、精度低、准确性差、存在人为因素外，还存在人身安全隐患。日本公开特许公报(特开平8-168102、特开平8-79904)曾报道过用图像处理技术进行受电弓滑板磨耗分析的在线式检测装置。但该装置不能对受电弓的动力学特性如压力、横动量升降弓时间和电气特性如绝缘性能等进行检测，只能对一些几何尺寸及表面情况进行测量。北京局丰台机务段研制了受电弓地面检测装置，该装置能在地面对受电弓升降弓压力进行定量检测，利用压力传感器采集压力数据，绘制压力曲线，该装置为非在线式检测，检测项目单一，不能全面反映受电弓实际状态。在国内，目前还未有电力机车受电弓综合状态及车顶设备自动化检测装置。

本发明的目的是提供一种电力机车车顶状态综合自动检测装置，它能有效地对电力机车受电弓及车顶设备状态进行综合检测并绘制相应的曲线。

本发明的目的可以由以下技术方案来实现：电力机车入库受电弓及车顶综合状态自动检测装置工作原理是以光、机、电、力学等多种传感器为数据采集和位置、速度控制传感，以可进行三维运动的多功能机械伸缩臂为载体，实施对受电弓升降弓压力、时间、滑板的磨耗、受电弓的中心位置、横向偏移量及车顶其它设备如瓷瓶污染程度、绝缘性能、主断路器的状态等进行检测。采用光电变换实现高速数据通讯及控制通道，同时实现27.5KV的电压隔离。采用计算机多窗口处理、控制界面、数据管理软件包。采用可升降式高低压隔离检测平台，高压部分电能采用超级隔离变压器输送。装置具有检测现场多角度实时监视，故障报警，操作、控制语音提示功能。检测传感器(包括压力传感器、两路磨耗传感器、升降弓时间传感器、中心线位置传感器、横向摆动量传感器、绝缘传感器等)把受电弓压力、升降弓时间、横向摆动量、滑板磨耗、中心线位置、绝缘电阻等等物理量取得的电压信号经V/I变换后送到高压控制箱，高压控制箱对这些信号采集、处理、A/D变换后传送到高压侧光电隔离数据及信号传输通道，把电信号转换成红外光信号发射，由低压侧光电隔离数据及信号传输通道接收，同时实现27.5KV的高压隔离，低压侧光电隔离数据及信号传输通道再把接收到的光信号还原成电信号，以RS-485通讯方式传送到控制室，经控制室中的计算机处理后以报表、曲线形式输出检测结果。控制系统由控制室中的计算机、高压控制箱、高压电气箱、低压电控柜、控制传感器、执行元件(如小车电机等)、信号指示屏、机车到位光电开关、机车过冲光电开关等组成。控制室根据控制传感器(包括三个光电编码器、十二个行程开关、十六个微动开关、五个光电开关)的信号发出控制指令经低压侧光电隔离数据及信号传输通道、高压侧光电隔离数据及信号传输通道到控制箱，控制箱送出相应的控制信号经电气箱使执行元件(如小车电机等七个电动机、三个电磁铁、四十个继电器)动作，使各传感器到达各检测位置；进库光电开关、到位光电开关、过冲光电开关的信号由低压电控柜采集后以RS-485通讯方式传送到控制室中的计算机，控制室中的计算机再发出控制指令到低压电控柜控制信号指示屏显示相应的信号，以便机车乘务员配合检测。超级隔离变压器为高压部分提供电能；摄像机把受电弓及车顶设备的监控视频信号传送到控制室中的计算机处理。

为了使各传感器能够取得受电弓及车顶设备各检测量的信号，必须有相应的机械运动装置和控制系统的支持。电力机车车顶状态综合自动检测装置，包括主机架及运动装置，传感器及数据采集部分，自动控制部分，数据信号光隔离高速传输部分，数据处理及人机界面软件包，信号指示屏及监视系统，运动装置主要由四个部分组成，它们分别是升降平台运动装置、大车运动装置、小车运动装置、伸缩臂运动装置。

a．电力机车车顶状态综合自动检测装置包括设在线路一侧的主机架及设在主机架上的四套运动装置，与主机架对称设在线路另一侧的反光板，伸缩臂的轴线与线路呈90度夹角，在主机架一侧的地面上还设有前弓停车牌、前弓检测信号指示屏和后弓停车牌、后弓检测信号指示屏以及入库光电开关发射/接收器；

b．运动装置包括升降平台及固定在上面的大车轨道，大车通过其车轮与轨道配合，所述大车的车架底部设有驱动电机，驱动电机的输出通过大车减速器与大车轮轴相联，超级隔离变压器固定在升降平台上，它的输出连结高压电气箱，高压电气箱和高压控制箱设在车架上。小车设在大车车架上，小车的机架及丝杆固定在大车内，在机架的上部设有小车电机，其输出轴分别通过小车减速器与小车丝杆相联，固定在小车上的螺母与丝杆配合。伸缩臂驱动装置安装在小车中，所述伸缩臂上设有齿条，伸缩臂机架的一端设有驱动电机和减速器，减速器的输出端固定一个与齿条配合的齿轮，伸缩臂的前端设有压力传感器和检测装置。

c．在机车行进方向主机架立柱的上设有摄像机和到位光电开关，立柱上设有摄像机和过冲光电开关，大车立柱上设有光电传感器；在大车轨道的一端设有高压侧光电隔离通道箱，另一端设有绝缘检测装置；主机架下方的地面上设有升降平台电机减速器，其两输出轴分别通过联轴器和联轴器与设在立柱上的齿轮箱相联，齿轮箱的输出与设在立柱上的升降平台丝杆相联。

电力机车车顶状态综合自动检测装置的自动控制部分，数据信号光隔离高速传输部分，数据处理及人机界面软件包，各部分有机地结合组成装置整机系统(以下简称“装置”)，具有电力机车受电弓及车顶设备综合状态的在线式自动化检测功能，自动检测过程包括以下步骤：1．“系统自检”主要检查高压部分的可编程控制器PLC1、低压部分的可编程控制器PLC2、信号指示屏、显示控制台等的工作状态是否正常，检查工控机与PLC1和PLC2之间的通讯是否正常建立；2．“复位检查”或“系统初始化”两个模块只运行其中的一个模块，“复位检查”是检查“装置”的各部分如大车、小车、手臂、绝缘装置等是否可靠复位，“系统初始化”是在“复位检查”的基础上增加了“装置”自身的绝缘电阻测量，以便判断“装置”自身的绝缘程度是否合格和存在直接电气连接线，并为处理机车瓷瓶的绝缘电阻做好准备。3．“准备”模块的功能是在机车进库后，信号显示屏提供乘务员：降后弓、升前弓、机车向前等指示信号，同时，小车下降到检测准备位置。4．“找弓”模块的功能是大车运动装置带动伸缩臂寻找机车受电弓，找到受电弓后，信号指示屏和语音提示“分主断”、“禁止双弓”、“严禁动车”等信号。5．“压力检测”模块的功能是小车带动装有压力传感器的伸缩臂下降、上升分别检测受电弓的降压力和升压力。6．“升降弓时间测量”模块的功能是信号指示屏显示“降前(后)弓”、“升前(后)弓”信号，提示乘务员进行降弓或升弓操作，经升弓位处和落弓位处的两个反射式光电传感器测量受电弓升降弓时间。7．“绝缘检测”模块的功能是：绝缘检测电机正转带动接地杆接地，当接地开关信号返回到高压控制箱后，启动2000V直流高压加在受电弓和铁轨之间，通过对其泄漏电流的测量测量车顶绝缘绝缘瓷瓶的绝缘电阻。8．“磨耗与中心线检测”模块的功能是：磨耗检测电机带动磨耗传感器测量受电弓滑板的磨耗和受电弓中心位置。9．“横动量检测”模块的功能是检测通过横动量传感器检测受电弓的横向摆动量。10．“前后弓过渡”模块的功能是“装置”各部分均处于复位状态，乘务员在室外的“信号指示屏”和语音提示下操作机车停在后弓检测停车位置，以便对机车的后弓进行检测。11．“复位”模块的功能是在机车的前、后弓检测完毕后，“装置”的各个部分复位。12．“紧急复位”模块的功能是在“装置”整个运行过程中，“装置”的主要部件出现故障和突然停电等，“装置”就运行“紧急复位”模块，信号指示屏和语音提示“降前(后)弓”。如果不能自动执行，可以用手动执行“紧急复位”模块，以保证机车能够通过，不影响行车。

本发明与现有技术相比较的效果和优点：在线式自动化检测，无须专门打开隔离开关断电后人工上车顶，带电情况下就可进行各项目的检测。采用光电隔离、计算机控制、多功能机械手、新型传感器等多种高新技术，检测数据精度高，整机性能可靠。功能完善，综合状态检测，该装置所检测的项目齐全，能全面、客观、正确地反映受电弓及车顶设备的实际状态，良好的人机界面、语音提示、图像存储、数据报表等功能使该装置实用性强。高效准确，一般人工进行受电弓及车顶全项目检测，3-5人4小时左右还只能进行粗略地检测，而该装置只需1人在控制室操作几分钟即可完成，准确性、精度、数据报表、图象存储是人工检测无法达到的。无人身安全隐患。

本发明的附图说明附图1为本发明安装位置平面示意图附图2为本发明主机架结构正视图附图3为本发明主机架结构右视图附图4为本发明大车运动装置正视图附图5为本发明大车运动装置A-A向视图附图6为本发明小车运动装置正视图附图7为本发明小车运动装置左视图附图8为本发明伸缩臂运动装置示意图附图9为本发明自动检测过程流程图附图10为本发明低压系统电源分配图附图11为本发明高压系统电源分配图附图12为本发明高压侧数据及信号传输通道箱连线图附图13为本发明低压侧数据及信号传输通道箱连线图附图14为本发明数据、信号传输光隔离系统结构框图附图15为本发明远程数据、信号传输系统结构框图

以下结合附图对本发明作进一步说明：电力机车入库受电弓及车顶综合状态自动检测装置工作原理是以光、机、电、力学等多种传感器为数据采集和位置、速度控制传感，以可进行三维运动的多功能伸缩臂10为载体，实施对受电弓升降弓压力、时间、滑板的磨耗、受电弓的中心位置、横向偏移量及车顶其它设备如瓷瓶污染程度、绝缘性能、主断路器的状态等进行检测。采用光电变换实现高速数据通讯及控制通道，同时实现27.5KV的电压隔离。采用计算机多窗口处理、控制界面、数据管理软件包。采用可升降式高低压隔离检测平台11，高压部分电能采用超级隔离变压器21输送。具有检测现场多角度实时监视，故障报警，操作、控制语音提示功能。检测传感器22(包括压力传感器、两路磨耗传感器、升降弓时间传感器、中心线位置传感器、横向摆动量传感器、绝缘传感器等)把受电弓压力、升降弓时间、横向摆动量、滑板磨耗、中心线位置、绝缘电阻等物理量取得的电压信号经V/I变换后送到高压控制箱36，高压控制箱36对这些信号采集、处理、A/D变换后传送到高压侧光电隔离数据及信号传输通道32，把电信号转换成红外光信号发射，由低压侧光电隔离数据及信号传输通道27接收，同时实现27.5KV的高压隔离，低压侧光电隔离数据及信号传输通道27再把接收到的光信号还原成电信号，以RS-485通讯方式传送到控制室9，经控制室9中的计算机处理后以报表、曲线形式输出检测结果。

控制系统由控制室9中的计算机、高压控制箱36、高压电气箱34、低压电控柜16、控制传感器、执行元件43(如小车电机)、信号指示屏3、机车到位光电开关7、机车过冲光电开关8等组成。控制室9根据控制传感器(包括三个光电编码器、十二个行程开关、十六个微动开关、五个光电开关)的信号发出控制指令经低压侧光电隔离数据及信号传输通道27、高压侧光电隔离数据及信号传输通道32到高压控制箱36，高压控制箱36送出相应的控制信号经高压电气箱34使执行元件43(如小车电机包括七个电动机、三个电磁铁、四十个继电器)动作，使各传感器到达各检测位置；进库光电开关发射5a\接收器5b、到位光电开关7、过冲光电开关8的信号由低压电控柜16采集后以RS-485通讯方式传送到控制室9中的计算机，控制室9中的计算机再发出控制指令到低压电控柜16控制信号指示屏3显示相应的信号，以便机车乘务员配合检测。

为了使各传感器能够取得受电弓及车顶设备各检测量的信号，必须有相应的机械及运动装置和控制系统的支持。电力机车车顶状态综合自动检测装置，包括主机架及运动装置，传感器及数据采集部分，自动控制部分，数据信号光隔离高速传输部分，数据处理及人机界面软件包，信号指示屏及监视系统，运动装置主要由四个部分组成，它们分别是升降平台运动装置、大车运动装置、小车运动装置、伸缩臂运动装置。a．主机架1固定在线路6的一侧，反光板4与主机架1对称固定在线路6的另一侧，伸缩臂10的轴线与线路6呈90度夹角，在主机架1一侧的地面上还固定有前弓停车牌2a、前弓检测信号指示屏3和后弓停车牌2b；b．运动装置包括升降平台11及通过支持瓷瓶17固定在平台11上的大车轨道29，大车12通过其车轮与轨道29配合，小车13的丝杆39a和丝杆39b固定在大车12内，伸缩臂运动装置安装在小车13中；c．主机架立柱26b的上设有摄像机19和到位光电开关7，立柱26a上设有摄像机19和过冲光电开关8，大车立柱上设有光电传感器44a和光电传感器44b；d．在大车轨道29的一端设有高压侧光电隔离数据及信号传输通道箱32，另一端设有绝缘检测装置31；e．超级隔离变压器21和低压侧光电隔离数据及信号传输通道箱27固定在升降平台11上，它的输出连结高压电气箱34，升降平台11上还设有绝缘接触装置28，超级隔离变压器21为高压部分提供电能；摄像机19把受电弓及车顶设备的监控示频信号传送到控制室9中的计算机处理。f．主机架1下方的地面上设有升降平台电机减速器25，其两输出轴分别通过联轴器24a和联轴器24b与设在立柱26a、立柱26b上的齿轮箱23a、齿轮箱23b相联，齿轮箱23a、齿轮箱23b的输出与设在立柱26a、立柱26b上的升降平台丝杆20a、丝杆20b相联，所述大车12的车架37底部设有驱动电机33，驱动电机33的输出通过大车减速器35与大车轮轴相联，高压电气箱34和高压控制箱36设在车架37上。所述小车13的机架45设在大车车架37上，在机架45的两侧设有轨道40a和轨道40b，上部设有小车电机38，其输出轴分别通过小车减速器42a、减速器42b与小车丝杆39a、丝杆39b相联，固定在小车13上的螺母41a、螺母41b与丝杆39a、丝杆39b配合，立柱26a上还设有限位开关18a和限位开关18b。所述伸缩臂10上设有齿条30，伸缩臂机架47的一端设有驱动电机和减速器46，减速器46的输出端固定一个与齿条30配合的齿轮14，伸缩臂10的前端设有压力传感器22和检测装置15。以上各部分有机地结合组成装置整机系统(以下简称“装置”)，具有电力机车受电弓及车顶设备综合状态的在线式自动化检测功能，检测过程包括以下步骤：1．“系统自检”主要检查高压部分的可编程控制器PLC1、低压部分的可编程控制器PLC2、信号指示屏、显示控制台等的工作状态是否正常，检查工控机与PLC1和PLC2之间的通讯是否正常建立；2．“复位检查”或“系统初始化”两个模块只运行其中的一个模块，“复位检查”是检查“装置”的各部分如大车、小车、手臂、绝缘装置等是否可靠复位，“系统初始化”是在“复位检查”的基础上增加了“装置”自身的绝缘电阻测量，以便判断“装置”自身的绝缘程度是否合格和存在直接电气连接线，并为处理机车瓷瓶的绝缘电阻做好准备。3．“准备”模块的功能是在机车进库后，信号显示屏提供乘务员：降后弓、升前弓、机车向前等指示信号，同时，小车下降到检测准备位置。4．“找弓”模块的功能是大车运动装置带动手臂寻找机车受电弓，找到受电弓后，信号指示屏和语音提示“分主断”、“禁止双弓”、“严禁动车”等信号。5．“压力检测”模块的功能是小车带动装有压力传感器的伸缩臂下降、上升分别检测受电弓的降压力和升压力。6．“升降弓时间测量”模块的功能是：信号指示屏显示“降前(后)弓”、“升前(后)弓”信号，提示乘务员进行降弓或升弓操作，经升弓位处和落弓位处的两个反射式光电传感器测量受电弓升降弓时间。7．“绝缘检测”模块的功能是：绝缘检测电机正转带动接地杆接地，当接地开关信号返回到高压控制箱后，启动2000V直流高压加在受电弓和铁轨之间，通过对其泄漏电流的测量测量车顶绝缘绝缘瓷瓶的绝缘电阻。8．“磨耗与中心线检测”模块的功能是：磨耗检测电机带动磨耗传感器测量受电弓滑板的磨耗和受电弓中心位置。9．“横动量检测”模块的功能是：检测通横动量传感器检测受电弓的横向摆动量。10．“前后弓过渡”模块的功能是：“装置”各部分均处于复位状态，乘务员在室外的“信号指示屏”和语音提示下操作机车停在后弓检测停车位置，以便对机车的后弓进行检测。11．“复位”模块的功能是在机车的前、后弓检测完毕后，“装置”的各个部分复位。12．“紧急复位”模块的功能是：在“装置”整个运行过程中，“装置”的主要部件出现故障和突然停电等，“装置”就运行“紧急复位”磨块，信号指示屏和语音提示“降前(后)弓”。如果不能自动执行，可以用手动执行“紧急复位”模块，以保证机车能够通过，不影响行车。

Claims (6)

1．一种电力机车车顶状态综合自动检测装置，包括主机架及运动装置，传感器及数据采集部分，自动控制部分，数据信号光隔离高速传输部分，数据处理及人机界面软件包，信号指示屏及监视系统组成，其特征在于：

a．主机架(1)设在线路(6)的一侧，反光板(4)与主机架(1)对称设在线路(6)的另一侧，伸缩臂(10)的轴线与线路(6)呈90度夹角，在主机架(1)一侧还设有信号指示屏(3)；

b．主机架(1)上设有四套运动装置，包括升降平台(11)及大车轨道(29)，大车(12)的车轮与轨道(29)配合，小车丝杆(39a)固定在大车(12)内，伸缩臂(14)安装在小车(13)中；

c．主机架的立柱(26b)上设有摄像机(19)和到位光电开关(7)，立柱(26a)上设有摄像机(19)和过冲光电开关(8)，大车立柱上设有光电传感器(44a)；

d．其检测过程包括以下步骤：

步骤1．系统自检，用于检查高压部分的可编程控制器PLC1、低压部分的可编程控制器PLC2、信号指示屏、显示控制台等的工作状态是否正常，检查工控机与PLC1和PLC2之间的通讯是否正常建立；

步骤2．复位检查和系统初始化，两个模块只运行其中的一个模块，“复位检查”用于检查各部分是否可靠复位，“系统初始化”是对绝缘电阻进行测量，以便判断绝缘程度是否合格并为处理机车瓷瓶的绝缘电阻做好准备；

步骤3．准备，在机车进库后，信号显示屏向乘务员提供指示信号，同时，小车下降到检测准备位置；

步骤4．找弓，由大车运动装置带动伸缩臂寻找机车受电弓；

步骤5．压力检测，由小车带动装有压力传感器的伸缩臂检测受电弓的降压力和升压力；

步骤6．升降弓时间测量，通过设在升弓位处和落弓位处的两个反射式光电传感器测量受电弓升降弓时间；

步骤7．绝缘检测，通过对加在受电弓和铁轨之间的2000V直流高压泄漏电流的测量测量车顶绝缘瓷瓶的绝缘电阻；

步骤8．磨耗与中心线检测，由磨耗检测电机带动磨耗传感器测量受电弓滑板的磨耗和受电弓中心位置；

步骤9．横动量检测，通过横动量传感器检测受电弓的横向摆动量；

步骤10．前后弓过渡，在装置各部分均处于复位状态，机车停在后弓检测停车位置，以便对机车的后弓进行检测。

2．根据权利要求1所述的电力机车车顶状态综合自动检测装置，其特征在于主机架(1)下方的地面上设有升降平台电机减速器(25)，其两输出轴分别通过联轴器(24a)和联轴器(24b)与设在立柱(26a)上的齿轮箱(23a)相联，齿轮箱(23a)的输出与设在立柱(26a)上升降平台丝杆(20a)相联。

3．根据权利要求1所述的电力机车车顶状态综合自动检测装置，其特征在于所述大车(12)的车架(37)底部设有驱动电机(33)，驱动电机(33的输出通过大车减速器(35)与大车轮轴相联，高压电气箱(34)和高压控制箱(36)设在车架(37)上。

4．根据权利要求1所述的电力机车车顶状态综合自动检测装置，其特征在于所述小车(13)的机架(45)设在大车车架(37)上，在机架(45)上设有小车电机(43)，其输出轴分别与小车减速器(42a)与小车丝杆(39a)相联，固定在小车上的螺母(41a)与丝杆(39a)配合。

5．根据权利要求1所述的电力机车车顶状态综合自动检测装置，其特征在于所述伸缩臂(10)上方设有齿条(30)，伸缩臂机架(47)的一端设有驱动电机和减速器(46)，减速器(46)的输出端固定一个与齿条(30)配合的齿轮(14)，伸缩臂(10)的前端设有压力传感器(22)和检测装置(15)。

6．根据权利要求1所述的电力机车车顶状态综合自动检测装置，其特征在于在大车轨道(29)的一端设有高压侧光电隔离数据及信号传输通道箱(32)，另一端设有绝缘检测装置(31)，超级隔离变压器(21)和低压侧光电隔离数据及信号传输通道箱(27)固定在升降平台(11)上。

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