CN203376168U - 高速列车转向架系统状态实时监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高速列车转向架系统状态实时监测装置，将高精度的加速度传感器安装在转向架构架上，通过光纤将传感器与车下设备舱的控制系器连接起来，通过收集转向架实时状态信息，检测ξ值的变化趋势，从转向架的内部机理和结构上判断转向架失稳的情况；实现故障的提前预测，降低列车运行风险，提高了安全性；实现转向架的安全检修及设备寿命估计。

Description

高速列车转向架系统状态实时监测装置

技术领域：

本实用新型涉及一种高速列车转向架实时监测的装置，尤其涉及一种高速列车转向架系统状态实时监测装置。 

背景技术：

转向架系统横向稳定性是列车安全运行的主要问题之一，一旦系统出现了蛇行失稳，其运行品质将急剧恶化，运行平稳性大大降低，甚至会引发脱轨。引起转向架系统横向振动的因素很多，第一种是由于外界冲击力过大导致转向架出现幅度过大、频次过高的横向振动；第二种情况是由于转向架长期服役过程中，横向减震器设备老化、踏面锥度改变、传感器误差等故障导致的转向架结构性失稳，当外界存在一定冲击力的情况下，转向架蛇形运动收敛的能力变差。对比已经存在结构失稳的转向架，性能优良的转向架在受到同样冲击力的情况下收敛性能更好。传统监测横向振动加速度信号的方法，只能监测与判断转向架的外在表现，无法从转向架内部机理与结构上判断转向架失稳的原因，无法对转向架进行相应的故障诊断，只有当发生重大事故的时候才能检查出来，而这时的损失己经不可避免了。本实用新型在不考虑外界干扰因素的情况下从转向架结构机理上研究转向架横向稳定性，分析产生蛇形运动及失稳的趋势，从而判断转向架是否到达使用寿命期限。 

实用新型内容：

本实用新型的目的在于提供一种能够采集转向架运行过程中横向加速度信号并进行信号处理的高速列车转向架系统状态实时监测装置。 

本实用新型的目的可通过以下技术措施来实现： 

一种高速列车转向架系统状态实时监测装置，将高精度的传感器安装在转向架上，通过光纤将传感器与车下设备舱的控制器连接起来。 

传感器为加速度传感器，安装在转向架的构架上。 

所述的控制器包括光纤输入接口、信号滤波装置、信号调理装置、数字信号输 入输出装置和中央处理器。 

本实用新型的有益效果是：通过收集转向架实时状态信息，检测ξ值的变化趋势，从转向架的内部机理和结构上判断转向架失稳的情况；实现故障的提前预测，降低列车运行风险，提高了安全性；实现转向架的安全检修及设备寿命估计。 

附图说明：

图1是本实用新型高速列车转向架系统状态实时监测装置的布置示意图； 

具体实施方式：

以下是根据附图对本实用新型的进一步的描述。 

本实用新型公开了一种高速列车转向架系统状态实时监测装置，包括安装在转向架1上的高精度传感器2和控制器8。控制器8由光纤输入接口装置3，信号滤波装置4，信号调理装置5，数字信号输入输出装置6和中央处理器7组成（参见图1）。 

高精度传感器2采集转向架1横向运行的加速度信号，将加速度信号通过光纤传输到控制器8中的光纤输入接口装置3，接收到的信号经过信号滤波装置4提取有用的信号，再通过信号调理装置5，将采集到的模拟信号转换成数字信号，通过数字信号输入输出装置6，将数字信号传送给中央处理器7，经过中央处理器7对加速度信号进行数据处理，计算得出能够体现转向架1失稳的内部机理与结构的阻尼比参数ξ。 

转向架1横向振动二阶微分方程描述的系统可称为二阶系统，可以描述如下 

$a_2\frac{d^{2}c\left(t\right)}{{\mathrm{dt}}^2}+a_1\frac{\mathrm{dc}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}+a_{0}c\left(t\right)=b_1\frac{\mathrm{dr}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}+b_{0}r\left(t\right)---\left(1\right)$

其传递函数为： 

$G\left(s\right)=\frac{C\left(s\right)}{R\left(s\right)}=\frac{b_{1}S+b_0}{a_2{S}^2+a_{1}S+a_0}---\left(2\right)$

式中r(t)系统的输入（外界冲击）；c(t)—系统输出（转向架1横向位移)；a₂,a₁,a₀,b₁,b₀为常数。在分析转向架1二阶系统动态特性时，首先考虑传递函数分子部分等于常数的情况，也就是单位阶跃响应的情况，即 

$G\left(s\right)=\frac{C\left(s\right)}{R\left(s\right)}=\frac{b_0}{a_2{S}^2+a_{1}S+a_0}---\left(3\right)$

上式可改写成如下形式 

$G\left(s\right)=\frac{K{\mathrm{\ω}}_n^2}{S^2+2\mathrm{\ξ}{\mathrm{\ω}}_{n}S+{\mathrm{\ω}}_n^2}---\left(4\right)$

式中

—二阶系统无阻尼振荡频率；—二阶系统的阻尼比；K=b₀/a₀—放大系数，S代表微分方程的拉普拉斯变换，G（s）代表传递函数。式(4)的特征方程式为 

$S^2+2\mathrm{\ξ}{\mathrm{\ω}}_{n}S+{\mathrm{\ω}}_n^2---\left(5\right)$

随着阻尼比取值不同，二阶系统体征根不同，即极点不同。 

我们可以通过不断计算出ξ值，来判断转向架的收敛能力，体现转向架1的自身稳定性结构，并且可以通过对阻尼比参数ξ的变化分析，可以对故障提前预估，降低列车运行风险，提高安全性，并且可以根据阻尼比参数ξ的变化范围限定转向架的使用寿命，避免了因转向架1内部结构损坏造成列车运行事故。 

Claims (3)

1.一种高速列车转向架系统状态实时监测装置，其特征在于，将高精度的传感器(2)安装在转向架上，通过光纤将传感器与车下设备舱的控制器(8)连接起来。

2.如权利要求1所述的高速列车转向架系统状态实时监测装置，其特征在于，传感器(2)为加速度传感器，安装在转向架(1)的构架上。

3.如权利要求1所述的高速列车转向架系统状态实时监测装置，其特征在于，所述的控制器(8)包括光纤输入接口(3)、信号滤波装置(4)、信号调理装置(5)、数字信号输入输出装置(6)和中央处理器(7)。

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