CN210591925U

CN210591925U - 轴箱振动的轮径差检测系统

Info

Publication number: CN210591925U
Application number: CN201921515364.8U
Authority: CN
Inventors: 许磊; 孙效杰; 许聪; 程道来
Original assignee: Shanghai Institute of Technology
Current assignee: Shanghai Institute of Technology
Priority date: 2019-09-11
Filing date: 2019-09-11
Publication date: 2020-05-22
Anticipated expiration: 2029-09-11

Abstract

本实用新型提供了一种轴箱振动的轮径差检测系统，该系统包括通信连接的加速度传感器、信号采集器，以及轮径差判别器；其中：加速度传感器布置在轨道车辆的轴箱上，用于采集轴箱的纵向振动信号和横向振动信号，并将纵向振动信号和横向振动信号发送给信号采集器；信号采集器用于根据纵向振动信号和横向振动信号，提取出轴箱的振动特征，并将轴箱的振动特征发送给轮径差判别器；轮径差判别器用于根据轴箱的振动特征，判别同一转向架上的轮对的轮径差类别。本实用新型中的系统，结构简单，可以方便地测量出轮径差，且整个测量系统受环境影响小，测量准确度高，适用于在线测试。

Description

轴箱振动的轮径差检测系统

技术领域

本实用新型涉及测量技术领域，具体地，涉及轨道车辆轴箱振动的轮径差检测系统。

背景技术

随着我国轨道交通事业的快速发展，车辆的运营速度不断提高，给人们的出行带来方便的同时，也给轨道车辆的安全维护带来了巨大的挑战。其中，轮对作为机车走行部的核心部件，轮轨接触的状态将直接影响车辆的动力学性能，故此轮对的运动状态平稳是保证列车运营安全的基本条件，也是对轮对直径进行定期检测的根本目的。

由于车轮直径较大，难以用普通用具直接测量，因此车轮直径是车轮众多参数测量中较为难测的一个参数。目前，国内外一般采用机械式轮径尺来测量车轮直径。如公告号为CN 208720953U的实用新型专利公布的“一种铁路货车车轮直径检测尺”，便是通过固定的卡尺来对车轮直径进行测量。这种测量方式存在测量仪器较为笨重、测量方法复杂、误差较大等缺陷，而且测量车轮的直径较大时需要多个人进行操作，使用上也不方便。而且这类装置只能在检修厂房中对数据进行采集，无法在运行时实时获取车轮的直径信息。

因此，为了能够实时获取车轮的信息，国内外相关学者对如何能在运行时对车轮直径进行动态测量进行了大量的研究，对于车轮直径的动态测量，目前多采用基于光学测量技术，使用激光位移传感器进行数据的采集并分析计算。相关公告号如CN103693073A、CN105835901A、CN105946898A、CN104482870A等。其中公告号为CN103693073A的发明专利公布的“一种非接触式车轮直径动态测量装置及其测量方法”，采用安装在钢轨一侧的激光位移传感器与涡流传感器进行车轮信息的采集。该装置需要激光位移传感器准确照射在车轮踏面滚动圆上，所以，要严格保证传感器安装在正确的位置上，对现场安装提出了较高要求。公告号为CN107415985A的发明专利公布的“列车车轮直径检测方法”，采用若干成像模块(包括工业相机、多线激光以及车轮定位传感器)来对车轮进行信息采集。虽然降低了安装要求，不需要对车轮精确定位，也提高了精度。但是所需传感器数目较多，经济性较差。

而且激光与图像测量的方式虽可以实现较低精度的动态检测轮径差，但车辆的速度不能高于30km/h，难以在车辆高速运行的过程中实时检测轮径差。以上这些测量技术存在精度低、误报率高、测量环境要求高等问题。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种轴箱振动的轮径差检测系统。

第一方面，本实用新型提供一种基于轴箱振动的轮径差检测系统，包括：通信连接的加速度传感器、信号采集器，以及轮径差判别器；其中：

所述加速度传感器布置在轨道车辆的轴箱上，用于采集轴箱的纵向振动信号和横向振动信号，并将所述纵向振动信号和横向振动信号发送给所述信号采集器；

所述信号采集器用于根据所述纵向振动信号和横向振动信号，提取出轴箱的振动特征，并将所述轴箱的振动特征发送给所述轮径差判别器；

所述轮径差判别器用于根据所述轴箱的振动特征，判别同一转向架上的轮对的轮径差类别。

可选地，所述纵向振动信号包括左侧轴箱的纵向振动加速度、右侧轴箱的纵向振动加速度；所述横向振动信号包括任一侧轴箱的横向振动加速度。

可选地，所述轴箱的振动特征包括：同一转向架上四个轴箱的纵向振动冲击特征和横向振动冲击特征；所述纵向振动冲击特征包括冲击幅值和冲击频次；所述横向振动冲击特征包括冲击幅值、冲击方向、冲击频次。

可选地，同一转向架上的轮对的轮径差类别包括：同向轮径差、反向轮径差、单轮对轮径差；其中：

同向轮径差是指同一转向架前后轮对轮径差方向相同；

反向轮径差是指同一转向架前后轮对轮径差方向相反；

单轮对轮径差是指仅有前轮对出现轮径差，或者仅有后轮对出现轮径差。

可选地，所述轮径差判别器用于将同一转向架上四个轴箱的纵向振动冲击特征和横向振动冲击特征，与标准工况下对应轴箱的纵向振动冲击特征和横向振动冲击特征进行比对，得到轮对的轮径差的程度和方向；并基于轮对的轮径差的程度和方向，确定同一转向架上的轮对的轮径差类别。

第二方面，本实用新型提供一种基于轴箱振动的轮径差检测方法，应用在第一方面中任一项所述的基于轴箱振动的轮径差检测系统中，所述方法包括：

采集轴箱的纵向振动信号和横向振动信号；

根据所述纵向振动信号和横向振动信号，提取出轴箱的振动特征；

根据所述轴箱的振动特征，判别同一转向架上的轮对的轮径差类别。

同向轮径差是指同一转向架前后轮对轮径差方向相同；

反向轮径差是指同一转向架前后轮对轮径差方向相反；

可选地，根据所述轴箱的振动特征，判别同一转向架上的轮对的轮径差类别，包括：

将同一转向架上四个轴箱的纵向振动冲击特征和横向振动冲击特征，与标准工况下对应轴箱的纵向振动冲击特征和横向振动冲击特征进行比对，得到轮对的轮径差的程度和方向；

基于轮对的轮径差的程度和方向，确定同一转向架上的轮对的轮径差类别。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

本实用新型提供的轴箱振动的轮径差检测系统，整体结构简单，可以方便地测量出轮径差，且整个测量系统受环境影响小，测量准确度高，适用于在线测试。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型中加速度传感器的安装结构示意图；

图2为总体轮径差逻辑框图；

图3为同转向架轮径差判定逻辑框图；

图4为基于纵向振动对同轴轮径差判定的逻辑框图；

图5为基于横向振动对同轴轮径差判定的逻辑框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

本实用新型提供的轴箱振动的轮径差检测系统，包括通信连接的加速度传感器、信号采集器，以及轮径差判别器；其中：加速度传感器布置在轨道车辆的轴箱上，用于采集轴箱的纵向振动信号和横向振动信号，并将纵向振动信号和横向振动信号发送给信号采集器；信号采集器用于根据纵向振动信号和横向振动信号，提取出轴箱的振动特征，并将轴箱的振动特征发送给轮径差判别器；轮径差判别器用于根据轴箱的振动特征，判别同一转向架上的轮对的轮径差类别。

需要说明的是，本实用新型中需要对不同程度轮径差下的轴箱振动进行试验，获取轮径差在规定限值下轴箱的振动信号，用于在对轮径差程度进行判定的参照标准。

图1为本实用新型中加速度传感器的安装结构示意图，如图1所示，在转向架的轴箱上安装加速度传感器，其中包括在四个轴箱上安装有加速度传感器。这些加速度传感器分别测量四个轴箱的纵向和横向振动加速度，其中四个轴箱测量纵向加速度传感器测得的纵向振动加速度分别记为L1、L2、L3、L4，横向加速度传感器测得的横向振动加速度分别记为H1、H2。

具体地，在轨道车辆轴箱上布置加速度传感器采集信号。加速度传感器主要用以采集轴箱的横向振动加速度信号与纵向振动加速度信号。其中，纵向振动加速度需要测量左右轴箱的纵向振动加速度，横向振动加速度仅需要测量单侧轴箱的横向振动加速度。加速度传感器采集到的信号传输至信号采集器进行处理分析，通过对信号的幅值与冲击频次的分析，获取轴箱的振动特征。轴箱的振动特征主要为同一转向架上四个轴箱的纵向振动冲击和横向振动冲击。其中纵向冲击参考特征包括有冲击幅值的大小与频次，而横向冲击参考特征包括有冲击幅值的大小、方向与频次。

进一步地，可以以标准轮径工况下左右轴箱纵/横向冲击为车辆使用标准车轮在目标线路上行驶，左右轴箱的纵/横向振动波形，以此振动波形作为振动特征的比对基准。分别对左右轴箱的纵向振动冲击比对、标准轮径工况下左右轴箱纵向冲击与实际所测得冲击比对、标准轮径工况下轴箱横向冲击与实际所测得冲击比对。同一转向架上的轮对的轮径差类别包括：同向轮径差、反向轮径差、单轮对轮径差；其中：

同向轮径差是指同一转向架前后轮对轮径差方向相同；

反向轮径差是指同一转向架前后轮对轮径差方向相反；

本实施例，通过设置加速度传感器采集轴箱的纵向振动信号和横向振动信号，并由信号采集器根据所述纵向振动信号和横向振动信号，提取出轴箱的振动特征。进一步地，通过轮径差判别器监测同轴左右轴箱的纵向振动，比对左右轴箱的冲击特征，由此可以初步诊断出同轴轮径差的程度及方向；然后监测单一轴箱的横向振动冲击，根据冲击的幅值、频次与指向判断轮径差的程度与方向，再将前后轴的轮径差进行比较，判定同转向架轮径差的类型(前轮对轮径差、后轮对轮径差、无轮对轮径差、同相轮径差、反相轮径差)。

本实施例将可作为现有的轮径差测量方式的补充方法，还可作为轮径差检测的一个预警方案。本实施例整体结构简单，受环境的影响较小，可对运行车辆的轮径差进行在线监测。

本实用新型还提供一种基于轴箱振动的轮径差检测方法，应用在上述的基于轴箱振动的轮径差检测系统中，方法包括：

步骤1：采集轴箱的纵向振动信号和横向振动信号。

本实施例中，纵向振动信号包括左侧轴箱的纵向振动加速度、右侧轴箱的纵向振动加速度；横向振动信号包括任一侧轴箱的横向振动加速度。

步骤2：根据纵向振动信号和横向振动信号，提取出轴箱的振动特征。

本实施例中，轴箱的振动特征包括：同一转向架上四个轴箱的纵向振动冲击特征和横向振动冲击特征；纵向振动冲击特征包括冲击幅值和冲击频次；横向振动冲击特征包括冲击幅值、冲击方向、冲击频次。

步骤3：根据轴箱的振动特征，判别同一转向架上的轮对的轮径差类别。

在一种可选的实施方式中，可以将同一转向架上四个轴箱的纵向振动冲击特征和横向振动冲击特征，与标准工况下对应轴箱的纵向振动冲击特征和横向振动冲击特征进行比对，得到轮对的轮径差的程度和方向；基于轮对的轮径差的程度和方向，确定同一转向架上的轮对的轮径差类别。

具体地，振动特征集中为轴箱上的振动冲击特征，包括有同一转向架上四个轴箱的纵向振动冲击和横向振动冲击。其中纵向冲击参考特征包括有冲击幅值的大小与频次，而横向冲击参考特征包括有冲击幅值的大小、方向与频次。同一轮对的左右振动特征包括三种比对结构：左右轴箱的纵向振动冲击比对、标准轮径工况下左右轴箱纵向冲击与实际所测得冲击比对、标准轮径工况下轴箱横向冲击与实际所测得冲击比对。

进一步地，轮径差类别可通过对前后轮对的轮径差进行比较后得出，若同一转向架前后轮对轮径差方向相同即为同相轮径差，反之则为反向轮径差，若仅有前(后)轮对出现轮径差即为前(后)单轮对轮径差。标准轮径工况下左右轴箱纵向冲击为车辆使用标准车轮在目标线路上行驶，左右轴箱的纵向振动波形，以此振动波形作为纵向振动的参考标准。标准轮径工况下轴箱横向冲击为车辆使用标准车轮在目标线路上行驶，单侧轴箱的横向振动波形，以此振动波形作为横向振动的参考标准。前后轮对的轮径差的判定依据为前轮对与后轮对的轮径差的程度与方向。

此外，轴箱的纵向振动加速度需要测量左右轴箱的纵向振动加速度，用于对比判别轮径差的程度与方向。轴箱的横向振动加速度仅需要测量单侧轴箱的横向振动加速度即可。

本实施例中，同一转向架上的轮对的轮径差类别包括：同向轮径差、反向轮径差、单轮对轮径差；其中：同向轮径差是指同一转向架前后轮对轮径差方向相同；反向轮径差是指同一转向架前后轮对轮径差方向相反；单轮对轮径差是指仅有前轮对出现轮径差，或者仅有后轮对出现轮径差。

图2为总体轮径差逻辑框图，如图2所示，对同转向架的轮径差的判别流程由对前后轮对的同轴轮径差开始，首先采集轴箱上的振动信号，主要为横向振动加速度信号和纵向振动加速度信号。通过对左右轴箱的纵向振动冲击信号进行比对与分析，将其结果记为纵向振动判断结果；对单侧轴箱的横向振动冲击信号进行分析，将其结果记为横向振动判断结果，结合纵向振动判断结果和横向振动判断结果得出同轴轮径差的程度与方向。将前后轴的轮径差进行比对，对同转向架的轮径差种类进行甄别，可诊断出五类同转向架的轮径差。

图4为基于纵向振动对同轴轮径差判定的逻辑框图，如图4所示，通过左右轴箱的纵向振动对同轴轮径差进行判别的方法：提取左右轴箱的振动信号，对左右信号进行分析比对，如果发现振动冲击的频次大于参照标准，则可认定轮径差大于规定标准；若左右轴箱冲击幅值与冲击频次相差较大，较大的一侧为大轮径的方向，由此可判定轮径差的方向；再次将左右轴箱纵向冲击幅值和频次与参照标准比对，可对同轴轮径差进行尺寸估计。

图5为基于横向振动对同轴轮径差判定的逻辑框图，如图5所示，通过单侧轴箱的横向振动对同轴轮径差进行判别的方法：提取单侧轴箱的振动信号，对振动信号进行分析，如果发现振动冲击的频次大于参照标准，则可认定轮径差大于规定标准；若单侧轴箱冲击幅值与冲击频次较大，冲击方向即为轮径较小的方向，由此可判定轮径差的方向；再次将轴箱横向冲击幅值和频次与参照标准比对，可对同轴轮径差进行尺寸估计。

图3为同转向架轮径差判定逻辑框图，如图3所示，在获取前后轮对轮径差的程度与方向后，将前后轮对的轮径差进行比较，若仅前轮对轮径差较大，则该转向架的轮径差可定为前轮对轮径差，根据前轮对出现的同轴轮径差进行镟修安排；若仅后轮对轮径差较大，则该转向架的轮径差可定为后轮对轮径差，根据后轮对出现的同轴轮径差进行镟修安排；若前后轮对均出现轮径差，则需将前后轮对的轮径差进行比对，若轮径差方向相同，则为同相轮径差，若轮径差反向相反，则为反相轮径差。

需要说明的是，本实用新型提供的轴箱振动的轮径差检测方法中的步骤，可以利用轴箱振动的轮径差检测系统中对应的模块、装置、单元等予以实现，本领域技术人员可以参照系统的技术方案实现方法的步骤流程，即，系统中的实施例可理解为实现方法的优选例，在此不予赘述。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本实用新型提供的系统及其各个装置以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本实用新型提供的系统及其各个装置以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本实用新型提供的系统及其各项装置可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims

1.一种轴箱振动的轮径差检测系统，其特征在于，包括：通信连接的加速度传感器、信号采集器，以及轮径差判别器；其中：

2.根据权利要求1所述的轴箱振动的轮径差检测系统，其特征在于，所述纵向振动信号包括左侧轴箱的纵向振动加速度、右侧轴箱的纵向振动加速度；所述横向振动信号包括任一侧轴箱的横向振动加速度。

3.根据权利要求1所述的轴箱振动的轮径差检测系统，其特征在于，所述轴箱的振动特征包括：同一转向架上四个轴箱的纵向振动冲击特征和横向振动冲击特征；所述纵向振动冲击特征包括冲击幅值和冲击频次；所述横向振动冲击特征包括冲击幅值、冲击方向、冲击频次。

4.根据权利要求1所述的轴箱振动的轮径差检测系统，其特征在于，同一转向架上的轮对的轮径差类别包括：同向轮径差、反向轮径差、单轮对轮径差；其中：

同向轮径差是指同一转向架前后轮对轮径差方向相同；

反向轮径差是指同一转向架前后轮对轮径差方向相反；

5.根据权利要求1-4中任一项所述的轴箱振动的轮径差检测系统，其特征在于，所述轮径差判别器用于将同一转向架上四个轴箱的纵向振动冲击特征和横向振动冲击特征，与参照工况下对应轴箱的纵向振动冲击特征和横向振动冲击特征进行比对，得到轮对的轮径差的程度和方向；并基于轮对的轮径差的程度和方向，确定同一转向架上的轮对的轮径差类别。