CN204556257U - 一种铁路车辆滚动轴承声学诊断装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种铁路车辆滚动轴承声学诊断装置，包括轨边设备及轨边机房内设备；轨边设备包括：滚动轴承声学采集箱、车号图像采集箱、射频车号采集箱、开机传感器和车速测量传感器；轨边机房内设备包括：轨边机房和机房机柜；机房机柜设在轨边机房内，机房机柜包括：滚动轴承声学分析主机、图像车号识别主机和射频车号分析处理主机；在滚动轴承声学分析主机的统一调度下，通过对采集到的声学信号、轴辆数据、速度数据、射频车号信息及车身图像车号信息等数据的综合处理，对列车进行计轴计辆、速度测量、车号识别、数据上传、自检、远程维护等工作，实现对故障轴承的识别和报警，从而完成对轴承的动态监测。

Description

一种铁路车辆滚动轴承声学诊断装置

技术领域

本实用新型属于铁路车辆故障检测技术领域，具体涉及一种铁路车辆滚动轴承声学诊断装置。

背景技术

滚动轴承是列车走行的关键部件，其质量的好坏直接影响到行车安全。我国各种列车具有开行密度大，运行里程长，运行环境复杂，轴承型式多样，寿命离散性大等特点，要确保列车运行安全需要对列车轴承的运行状态进行动态监测。

现有技术中，国内对于列车轴承运行状态检测的手段是滚动轴承故障轨边声学诊断系统。该系统主要是针对货车轴承，在货车运行过程中，轴承的内圈、外圈、滚子、保持架之间相对转动。如果轴承工作面出现缺陷，轴承旋转时滚子会周期性碾压缺陷部位，产生冲击振动激发轴承共振，产生可以被检测的异常声音信号。

滚动轴承故障轨边声学诊断系统采用轴承声学诊断技术结合射频车号跟踪技术，对运行货车轴承的运行状态进行跟踪检测，对轴承缺陷进行趋势分析与报警，但是，该声学诊断系统只是针对货车检测，随着列车的全面提速及动车组的普及，对客车及动车组的轴承故障在线检测成为一种检测趋势，需要对货车滚动轴承故障轨边声学诊断系统进行升级改造以适应客车及动车组的在线检测势。

另外，货车载有射频车号标签，通过射频车号识别对车辆进行跟踪确认，实现轴承故障发展的趋势跟踪与报警。现阶段动车组和部分客车车辆没有安装射频车号标签，因此无法通过射频车号来跟踪确认车辆，也就不能对轴承进行趋势跟踪与报警。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决客车、动车组车辆由于无射频车号，无法对车辆进行辨认和趋势跟踪的综合探测，提出的一种铁路车辆滚动轴承声学诊断装置。

一种铁路车辆滚动轴承声学诊断装置包括轨边设备及轨边机房内设备；

轨边设备包括：滚动轴承声学采集箱、车号图像采集箱、射频车号采集箱、开机传感器和车速测量传感器；

轨边机房内设备包括：轨边机房和机房机柜；

机房机柜设在轨边机房内，机房机柜包括：滚动轴承声学分析主机、图像车号识别主机和射频车号分析处理主机；

滚动轴承声学采集箱包括2个轨边保护机柜和2个麦克风阵列，2个麦克风阵列分别安置于2个轨边保护机柜中；2个轨边保护机柜分别对称固定在距离铁轨两侧1.7-2米处，滚动轴承声学采集箱上边缘与列车轴承上边缘位于同一水平高度，滚动轴承声学采集箱连接滚动轴承声学分析主机；

开机传感器通过卡具固定在铁轨内侧，位于来车方向距离滚动轴承声学采集箱的50-120米处，连接滚动轴承声学采集箱和滚动轴承声学分析主机；

车速测量传感器为4个，依次通过卡具固定于与开机传感器相同的铁轨内侧，通过电缆连接滚动轴承声学分析主机；

射频车号采集箱通过卡具固定于铁轨两枕木之间，不高于铁轨平面，与来车方向的首个车速测量传感器的间距保持2米；通过电缆接入射频车号分析处理主机，射频车号分析处理主机通过串口通讯方式连接到滚动轴承声学分析主机；

车号图像采集箱包括保护机柜、补偿光源和线阵相机，车号图像采集箱在轨边机房的同侧，与滚动轴承声学采集箱并列放置，同时通过网络通信电缆连接图像车号识别主机，经过网络路由器连接滚动轴承声学分析主机；

滚动轴承声学分析主机包括数据处理主机，声学信号调理机和轨边信号处理机。

本实用新型的优点在于：

(1)一种铁路车辆滚动轴承声学诊断装置，结合图像车号识别技术与滚动轴承声学诊断技术，可以对货车、客车、动车组的各类车型的滚动轴承进行跟踪监测，拓宽了滚动轴承声学诊断系统的测量范围。

(2)一种铁路车辆滚动轴承声学诊断装置，在保留原有系统全部的结构功能下，增加一种图像车号自动识别技术，可以与原有的射频车号信息进行互相验证，提高车号识别的准确率。

附图说明

图1：一种铁路车辆滚动轴承声学诊断装置的现场安装示意图；

图2：一种铁路车辆滚动轴承声学诊断装置的系统框图；

图中：101-开机传感器；102-车速测量传感器；103-射频车号采集箱；104-滚动轴承声学采集箱；105-车号图像采集箱；106-电缆；107-轨边机房；108-机房机柜；109-射频车号分析处理主机；110-滚动轴承声学分析主机；111-图像车号识别主机；112-网络路由器；

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

一种铁路车辆滚动轴承声学诊断装置，采用轨边声学探测技术及车号识别技术对运行中的列车轴承声学信号进行采集分析，对列车车号进行采集与识别，对轴承故障的车辆实现跟踪报警，属于列车轴承故障诊断系统，动态监测运行中的列车轴承的故障，包括内圈、外圈、滚子故障及平轮故障。

一种铁路车辆滚动轴承声学诊断装置如图1和图2所示，包括轨边设备及轨边机房内设备；

轨边设备主要包括：滚动轴承声学采集箱104、车号图像采集箱105、射频车号采集箱103、开机传感器101、车速测量传感器102和电缆106。

轨边机房内设备包括：轨边机房107和机房机柜108。

机房机柜108放置在轨边机房107内，机房机柜108的设备包括：滚动轴承声学分析主机110、图像车号识别主机111、射频车号分析处理主机109和网络路由器112。

其中，开机传感器101、车速测量传感器102、射频车号采集箱103、滚动轴承声学采集箱104、射频车号分析处理主机109和滚动轴承声学分析主机110组成滚动轴承故障轨边声学诊断系统；

车号图像采集箱105和图像车号识别主机111组成了图像车号识别系统。

轨边机房107、机房机柜108、电缆106、网络路由器112为滚动轴承故障轨边声学诊断系统与图像车号识别系统共同享有设备。

列车通过开机传感器101时形成开机信号，送入滚动轴承声学分析主机110产生工作信号，通过电缆106传递给车速测量传感器102、射频车号采集箱103、滚动轴承声学采集箱 104和射频车号分析处理主机109，启动滚动轴承故障轨边声学诊断系统；同时通过网络路由器112将工作信号传递给车号图像采集箱105和图像车号识别主机111，启动图像车号识别系统，完成整个铁路车辆滚动轴承声学诊断装置的正常启动。

将工作信号传递给滚动轴承声学采集箱104和车号图像采集箱105后，整个铁路车辆滚动轴承声学诊断装置从等待接车状态转换成探测状态。

开机传感器101优选接近开关传感器，通过卡具固定在铁轨内侧，位于来车方向距离滚动轴承声学采集箱104的50-120米处；优选50米，来车方向初始人为设定，本实施例设定从右向左方向为来车方向。开机传感器101通过电缆106连接滚动轴承声学采集箱104和滚动轴承声学分析主机110。当列车通过开机传感器101后产生开机信号，送到滚动轴承声学分析主机110。

车速测量传感器102优选接近开关传感器，不低于2个，优选4个，依次通过卡具固定于与开机传感器相同的铁轨内侧，位于滚动轴承声学采集箱104前方。通过电缆106连接到滚动轴承声学分析主机110。车速测量传感器102测量列车车轮的信号；

当列车车轮依次通过4个车速测量传感器102时产生车轮信号，通过电缆106送入滚动轴承声学分析主机110中形成过车列车的测速车轮信号；

滚动轴承声学采集箱104包括2个轨边保护机柜和2个麦克风阵列，2个麦克风阵列安置于2个轨边保护机柜中，固定在两个圆筒形的桩子上；2个轨边保护机柜分别对称固定在距离铁轨两侧1.7-2米处，优选1.9米；根据行车方向人为设定主副，本实施例中位于轨边机房107同侧的设为主机柜；滚动轴承声学采集箱104上边缘与列车轴承上边缘位于同一水平高度。滚动轴承声学采集箱104通过麦克风阵列采集铁路列车的车轮轴承声学信号，经过初步调理后送入滚动轴承声学分析主机110。

具体为：当列车通过滚动轴承声学采集箱104的探测范围时，滚动轴承声学采集箱104开始工作，麦克风阵列采集列车轴承声学信号转换形成电学信号，通过电缆106送入滚动轴承声学分析主机110。

列车车号识别系统分为图像车号识别系统和射频车号处理系统；当列车标有AEI射频标签时，使用射频车号采集箱103获得列车车辆车号信息编码；否则采用车号图像采集箱105获取车号信息；

射频车号采集箱103通过卡具固定在铁轨内的两根枕木之间，不高于铁轨平面，与来车方向的首个车速测量传感器102的间距保持2米。通过电缆106接入射频车号分析处理主机109，经过分析处理获得射频车号信息，并通过串口通讯方式送入滚动轴承声学分析主机110。射频车号采集箱103用来采集射频车号的信息；列车的AEI射频标签触发射频车号采集箱103后，射频车号采集箱103将AEI射频标签携带的列车车辆车号信息编码，通过电缆106送入室内射频车号分析处理主机109，通过分析处理获得射频车号信息，并送入滚动轴承声学分析主机110。

车号图像采集箱105包括保护机柜、补偿光源和线阵相机。

车号图像采集箱105固定在滚动轴承声学采集箱104的主机柜附近0.5米处。与滚动轴承声学采集箱104同侧并列放置，通过调整车号图像采集箱105的仰角角度使设备内部的线阵相机对准列车车号图像范围。

当列车通过时，车号图像采集箱105开始工作，保护机柜保护门打开，补偿光源启动，发出激光伴随线阵相机开始对列车的动态进行捕捉，获取列车车身侧面图像信息，通过网络通信电缆将图像信息传送至图像车号识别主机111，网络通信电缆优选光纤网络；图像车号识别主机111采用形态学图像处理、连通域分析、阈值分割等图像处理技术实现车号区域的快速准确定位分割。对车身侧面图像信息进行预处理操作后调用字符识别引擎，识别出初步的车号信息，然后根据车号规则对初步的车号信息进行自动校正，得到最终的车身图像车号信息通过网络路由112送入滚动轴承声学分析主机110。

轨边机房107中滚动轴承声学分析主机110，图像车号识别主机111通过网络路由器112组成工作局域网，实现信息数据的交换。

滚动轴承声学分析主机110作为核心功能模块，包括数据处理主机，声学信号调理机和轨边信号处理机。其中，数据处理主机包含串口，网络通讯接口和数据采集板卡；轨边信号处理机包含滚动轴承声学采集箱的开关机模块和车轮传感器信号调理模块。

滚动轴承声学分析主机110统一调度，具体步骤为：

步骤一、接到开机信号，完成设备开机启动，进入接车状态，完成数据采集与预处理。

具体为：

步骤101、启动滚动轴承声学采集箱，将开机信号上传至数据处理主机。

当开机信号到达轨边信号处理机时，滚动轴承声学采集箱的开关机模块启动滚动轴承声学采集箱104，并将开机信号上传至数据处理主机。

步骤102、启动射频车号采集箱，将射频车号信息报文上传数据处理主机。

数据处理主机通过串口模块发送开机信号给射频车号分析处理主机109，启动射频车号采集箱103，完成射频车号采集处理工作，并通过串口把射频车号信息报文上传数据处理主机。

步骤103、启动车号图像采集箱，将车号信息报文上传数据处理主机。

数据处理主机通过网络通讯接口发送开机信号给图像车号识别主机111，使其启动车号图像采集箱105，完成图像车号采集处理工作，并通过网络通讯把车号信息报文上传数据处理主机。

步骤104、声学信号调理机对滚动轴承声学采集箱采集的声音信号进行预处理。

滚动轴承声学采集箱104采集的声音信号通过声学信号调理机对信号进行预处理，后经过数据处理主机的数据采集板卡完成数据采集与存储；

步骤105、轨边信号处理机对车速测量装置测量的车轮信号进行预处理；

车速测量传感器102测量的车轮信号通过轨边信号处理机的车轮传感器信号调理模块进行预处理，后经过数据处理主机的数据采集板卡完成数据采集与存储。

至此，滚动轴承声学分析主机110完成过车数据信息的采集与存储。

步骤二、综合测速车轮信号和车号信息，经过计轴计辆的轴辆数据，计算车速形成整列列车的车辆轮对信息。

根据车速测量传感器102采集的测速车轮信号，射频车号采集箱103采集的射频车号信息或者车号图像采集箱105获取的车号信息，经过计轴计辆的轴辆数据，计算车速后的速度数据，形成整列列车的车辆轮对信息。

步骤三、根据车辆轮对信息，对车轮轴承声学信号进行分析，完成对车轮轴承声学信号的节选和重组，使车轮轴承声学信号与车辆轴承一一对应。

然后根据整列列车的车辆轮对信息，对滚动轴承声学采集箱104采集的车轮轴承声学信号进行分析，将射频车号信息和线阵相机拍摄的车身图像车号信息综合处理，判别技术轴位，完成对车轮轴承声学信号的节选和重组，使车轮轴承声学信号与车辆轴承一一对应。

步骤四、结合行车车速对节选重组完成的车轮轴承声学信号分析处理并进行故障判定，完成对列车轴承故障的判定。

列车轴承故障包括内圈、外圈和滚子故障。

滚动轴承声学分析主机110对经过列车的过车数据进行封装存储，完成对运行态列车轴承的自动在线检测，并恢复系统到待探测状态。

一种铁路车辆滚动轴承声学诊断装置对列车进行计轴计辆、速度测量、车号识别、数据上传、自检、远程维护等工作，实现对故障轴承的识别和报警，从而完成对轴承的动态监测。

Claims (2)

1.一种铁路车辆滚动轴承声学诊断装置，其特征在于：包括轨边设备及轨边机房内设备；

轨边设备包括：滚动轴承声学采集箱、车号图像采集箱、射频车号采集箱、开机传感器和车速测量传感器；

轨边机房内设备为机房机柜，包括：滚动轴承声学分析主机、图像车号识别主机和射频车号分析处理主机；

滚动轴承声学采集箱包括2个轨边保护机柜和2个麦克风阵列，2个麦克风阵列分别安置于2个轨边保护机柜中；2个轨边保护机柜分别对称固定在距离铁轨两侧1.7-2米处，滚动轴承声学采集箱上边缘与列车轴承上边缘位于同一水平高度，滚动轴承声学采集箱连接滚动轴承声学分析主机；

开机传感器通过卡具固定在铁轨内侧，位于来车方向距离滚动轴承声学采集箱的50-120米处，连接滚动轴承声学采集箱和滚动轴承声学分析主机；

车速测量传感器为4个，依次通过卡具固定于开机传感器所在铁轨内侧，通过电缆连接滚动轴承声学分析主机；

射频车号采集箱通过卡具固定于铁轨两枕木之间，不高于铁轨平面，与来车方向的首个车速测量传感器的间距保持2米；通过电缆接入射频车号分析处理主机，射频车号分析处理主机通过串口通讯方式连接到滚动轴承声学分析主机；

车号图像采集箱包括保护机柜、补偿光源和线阵相机，与一个滚动轴承声学采集箱并列放置，同时通过网络通信电缆连接图像车号识别主机，经过网络路由器连接滚动轴承声学分析主机；

滚动轴承声学分析主机包括数据处理主机，声学信号调理机和轨边信号处理机。

2.如权利要求1所述的一种铁路车辆滚动轴承声学诊断装置，其特征在于：所述的数据处理主机包含串口，网络通讯接口和数据采集板卡；轨边信号处理机包含滚动轴承声学采集箱的开关机模块和车轮传感器信号调理模块。