CN212903311U - Zd27动车组转向架振动加速度监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了ZD27动车组转向架振动加速度监测装置，其包括用于采集车辆运行状态的平稳加速度传感器和失稳加速度传感器；用于采集轴箱径向振动加速度、轴箱轴承温度信号的振动温度复合传感器；与所述振动温度复合传感器连接的前置处理单元；与所述前置处理单元、平稳加速度传感器和失稳加速度传感器连接的信号调理模块；与所述信号调理模块连接并对振动、温度信号进行A/D转换的信号采集模块；与所述信号采集模块相连并对信号进行处理分析的综合诊断模块；与所述综合诊断模块相连接的通信接口及存储器模块。本发明所提供的ZD27动车组转向架振动加速度监测装置，其设计新颖，结构简单，能够有效监测高铁动车组转向架的运行状态，评估动车组的运行状态，预防故障的发生。

Description

ZD27动车组转向架振动加速度监测装置

技术领域

本发明涉及一种动车组车载装置监测系统，具体涉及ZD27动车组转向架振动加速度监测装置。

背景技术

高铁动车组是指构造速度很快的动车组列车，其运营速度一般要达到 250km/h以上，属于高速列车中级别更高的类型。高铁动车组可以满足长距离、大运量、高密度、旅行时间短等运输需求。高铁动车组包含有若干车厢，车厢的两端均设有转向架。

现有的高铁动车组上配备有车载监测装置，车载监测装置包括轴箱轴承监测装置和车辆运行状态监测装置；因车载轴箱轴承监测装置和车辆运行状态监测装置是各自独立的，通常动车组仅在对轴箱轴承和车辆运行状态的监测装置中选择一种进行安装，这样容易造成对车辆的技术状态监测不全面，若两种都安装则制造成本较高，安装空间受限导致后期维护复杂。所以研发能够同时监测轴箱轴承和车辆运行状态的振动加速度监测装置对高速动车组的安全运行具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种功能全面、结构合理，能够对高铁动车组转向架进行振动和温度监测，对车辆运行状态进行振动监测的系统。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

ZD27动车组转向架振动加速度监测装置包括：信号获取部分和分析诊断部分。其中，所述信号获取部分包括：设置在高铁动车组车厢两端的平稳加速度传感器、设置在高铁动车组车厢转向架上的失稳加速度传感器，以及设置在高铁动车组前后转向架轴箱上的振动温度复合传感器。所述分析诊断部分包括：与所述振动温度复合传感器信号传输连接的前置处理单元，还包括与所述平稳加速度传感器、所述振动温度复合传感器和所述前置处理单元分别通过信号传输连接的信号调理模块，与所述信号调理模块通过信号传输连接并对振动、温度信号进行A/D转换的信号采集模块，与所述信号采集模块通过信号传输连接并对信号进行处理分析的综合诊断模块，分别与所述综合诊断模块通过信号传输连接的通信接口和存储器模块。所述综合诊断模块通过所述通信接口与高铁动车组通讯网络连接。

作为优选，所述综合诊断模块是进行时域/频域分析、特征参数提取、多传感器数据融合和模式匹配的综合诊断模块。

作为优选，所述振动温度复合传感器是具有自检功能的单振动双温度复合传感器。

作为优选，所述平稳加速度传感器是具有自检功能的三方向振动加速度传感器。

作为优选，所述失稳加速度传感器是具有自检功能的单振动加速度传感器。

作为优选，所述通信接口为以太网接口或MVB接口中的任意一种。

本发明所提供的ZD27动车组转向架振动加速度监测装置，其设计新颖，结构简单，能够有效监测高铁动车组转向架的运行状态，评估动车组的运行状态，预防故障的发生。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的ZD27动车组转向架振动加速度监测装置的结构示意图。

图2为本发明的ZD27动车组转向架振动加速度监测装置设置在一节车厢上的连接结构图。

图3为本发明的ZD27动车组转向架振动加速度监测装置主机结构图。

图4为本发明的ZD27动车组转向架振动加速度监测装置在一列车上的使用状态图。

附图标记说明：

1、平稳加速度传感器；2、失稳加速度传感器；3、振动温度复合传感器；4、前置处理单元；5、信号调理模块；6、信号采集模块；7、综合诊断模块；8、通信接口；9、存储器模块。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。

本发明结构包括：信号获取部分和分析诊断部分；

其中，所述信号获取部分包括：设置在高铁动车组车厢两端的平稳加速度传感器1、设置在高铁动车组车厢转向架上的失稳加速度传感器2，以及设置在高铁动车组前后转向器轴箱上的振动温度复合传感器3；

所述分析诊断部分包括：与所述振动温度复合传感器3信号传输连接的前置处理单元4，还包括与所述平稳加速度传感器1、所述振动温度复合传感器3和所述前置处理单元4分别通过信号传输连接的信号调理模块5，与所述信号调理模块5通过信号传输连接并对振动、温度信号进行A/D转换的信号采集模块6，与所述信号采集模块6通过信号传输连接并对信号进行处理分析的综合诊断模块7，分别与所述综合诊断模块7通过信号传输连接的通信接口8和存储器模块9；所述振动温度复合传感器3是具有自检功能的单振动双温度复合传感器。所述平稳加速度传感器1是具有自检功能的三方向振动加速度传感器。所述失稳加速度传感器2是具有自检功能的单振动加速度传感器。所述通信接口8为以太网接口和MVB接口。

所述综合诊断模块7通过所述通信接口8与高铁动车组通讯网络连接。所述综合诊断模块7是进行时域/频域分析、特征参数提取、多传感器数据融合和模式匹配的综合诊断模块。

说明：平稳加速度传感器1和失稳加速度传感器2将采集的信号发送给信号调理模块5；振动温度复合传感器3将采集的信号通过前置处理单元4发送给信号调理模块5；信号调理模块5将预处理后的信号发送给信号采集模块6；信号采集模块6将A/D转换后的信号发送给综合诊断模块7 进行分析处理；通过通讯接口8将综合诊断模块7的诊断结果发送至列车，综合诊断模块7通过通信接口8接收列车时速等信息；综合诊断模块7将检测数据存储至存储器模块9，综合诊断模块7可随时读取存储在存储器模块9的检测数据。

实施例：

如图1所示，ZD27动车组转向架振动加速度监测装置，其包括：用于采集车辆运行状态的平稳加速度传感器1和失稳加速度传感器2；

用于采集轴箱径向振动加速度、轴箱轴承温度信号的振动温度复合传感器3；

与所述振动温度复合传感器连接的前置处理单元4；

与所述平稳加速度传感器1、失稳加速度传感器2和前置处理单元4 连接的信号调理模块5；

与所述信号调理模块5连接并对振动、温度信号进行A/D转换的信号采集模块6；

与所述信号采集模块6相连并对信号进行处理分析的综合诊断模块7；

与所述综合诊断模块7相连接的通信接口8及存储器模块9。

所述平稳加速度传感器1用于采集车体三个方向的振动信号，该平稳加速度传感器1优选采用具有自检功能的三方向振动加速度传感器。在对高铁动车组转向架进行检测时，所述平稳加速度传感器1优选安装在高铁动车组每节车厢前后端下方。

所述失稳加速度传感器2用于采集转向架横向的振动信号，该失稳加速度传感器2优选采用具有自检功能的单振动加速度传感器。在对高铁动车组转向架进行检测时，所述失稳加速度传感器2优选安装在高铁动车组每节车箱的两个转向架上。

所述振动温度复合传感器3用于采集轴箱的径向振动、轴箱轴承温度信号，该振动温度复合传感器3优选采用具有自检功能的单振动双温度复合传感器。在对高铁动车组转向架进行检测时，所述振动温度复合传感器 3优选安装在高铁动车组前后转向器轴箱体上。

前置处理单元4用于对多路振动温度复合传感器3采集的信号，进行分时传输至信号调理模块5。

信号调理模块5也称隔离变送器模块，其可将接收设备(本实施例中的平稳加速度传感器1、失稳加速度传感器2、前置处理单元4发送的±V、±mA和±mV各种信号，经过此模块变送成所需要的各种信号并隔离传送，能有效地抑制各种设备之间信号干扰，解决各种设备之间“地”电位差的问题。

信号采集模块6用于接收信号调理模块5传递过来的信号，并将振动、温度信号进行A/D转换(模数转换，顾名思义，就是把模拟信号转换成数字信号)。

综合诊断模块7用于接收来自信号采集模块6传送过来的数字信号，并对信号进行处理分析。该综合诊断模块7优选是进行时域/频域分析、特征参数提取、多传感器数据融合和模式匹配的综合诊断模块。

所述通信接口8用于将综合诊断模块7处理后的数据传送至车辆，并将接收的车辆时速等相关信息发送给综合诊断模块7；所述存储器模块9 用于将综合诊断模块7处理后的数据进行存储，综合诊断模块7可随时读取存储的数据。该通信接口8优选为以太网接口，另外，该通信接口8还可以包括MVB接口。多功能车辆总线(Multifunction Vehicle Bus，简称： MVB)是一种主要用于(但也并非专用于)对有互操作性和互换性要求的互连设备之间的串行数据通信总线。

如图2所示，在使用时，上述ZD27动车组转向架振动加速度监测装置的分析诊断部分包括的各零部件(信号调理模块5、信号采集模块6、综合诊断模块7、通信接口8及存储器模块9)集成在一个监测主机盒内。振动温度复合传感器3安装在高铁动车组前后转向器轴箱体上，并通过前置处理单元4与信号调理模块5相连接。平稳加速度传感器1和失稳加速度传感器2直接与信号调理模块5相连接。

通过平稳加速度传感器1、失稳加速度传感器2和振动温度复合传感器3获得动车组的振动温度信号，经过滤波去掉干扰信号，把模拟电压转化为数字信号送到综合诊断模块7中进行处理(上述过程属于信号调理模块 5、信号采集模块6、综合诊断模块7的基本功能，属于常规技术，因此详细内容就不详加赘述)，综合诊断模块7处理后的数据再通过通信接口8。传送至现有车辆系统(现有技术，在此不作赘述)，根据一系列指标就可以判断各种故障。振动温度复合传感器3内部集成了pt100温度传感器，通过2 线接口引出，同步转速由速度传感器拾取，通过网络同步。

如图3所示，监测装置主机由电源模块、信号调理和采集模块、综合诊断模块、存储器模块、通信接口等组成。

如图4所示，每列高铁动车组由8节车厢组成，在每节车厢上独立安装1套ZD27动车组转向架振动加速度监测装置，承担对每节车转向架轴箱轴承和列车运行状态的监测工作，并将监测结果通过以太网或MVB发送给列车。其中，WTB GW为动车组监控全车技术状态的系统主机，可以通过转发器REP实现与车载转向架振动加速度监测装置的信息交互(连接方式为多功能车辆总线MVB连接)，也可通过以太网网关ECU-B实现与车载转向架振动加速度监测装置的信息交互(连接方式为以太网连接)。

当车辆运行状态异常时，平稳性指标、纵向冲动指标、构架横向振动加速度峰值会明显增高，通过设定合理报警阈值门限，可准确判断车轮运行状态。

当轴箱振动异常或有故障产生，振值(包括RMS有效值、峰值、纹波系数、振动能量等)会有明显增高，通过设定合理报警阈值门限，可准确甄别故障轴承。设备同时具有温度监测能力，会对温度超限进行报警。

车辆系统也具有谱分析功能，包括频谱分析、包络谱分析、倒谱分析、小波分析。

频谱分析

通过轴承信号频谱析，可了解轴承振动分布频率带，了解轴承大致健康状态，当轴承未磨损时，振动主要集中在高频，随着轴承不断磨损，轴承振动频率峰丘中心会向低频处左移，这样可了解轴承大致振动状况。

包络谱分析

包络谱分析方法采用Hilbert变换实现信号解包络，对该包络信号进行 FFT变换，即可得到清晰的轴承故障信息。包络谱分析可显著发现轴承外圈、内圈、滚动体部位划伤、磨损、点蚀等故障特征。

倒谱分析

带谱线简化为单根倒频谱线，在普通频谱中难以识别的周期性，在倒谱中变得很明显，有利于滚动轴承的故障诊断。

小波分析

小波分析最主要特点是其时频分析能力，具有用多重分辨率来刻划信号局部特征的能力。小波分析在对低频部分分析时，采用低的频率分辨率和高的时间分辨率，在对高频信号分析时，采取高的频率分辨率和低的时间分辨率，这样便实现了对信号的精细分析。

相比于包络解调，小波分析有更好的信号滤噪效果，且无需选频带，对于轴承早期微弱故障信号的诊断更灵敏，更精确，更适合于轴承在线自动故障诊断。

本实施例所提供的ZD27动车组转向架振动加速度监测装置，其设计新颖，结构简单，能够有效监测高铁动车组转向架的运行状态，评估动车组的运行状态，预防故障的发生。

另外，本实施例中所涉及的平稳加速度传感器1、失稳加速度传感器2、振动温度复合传感器3、前置处理单元4、信号调理模块5、信号采集模块 6、综合诊断模块7、通信接口8及存储器模块9均可选用市场各个厂家已有的成熟产品。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (6)

1.ZD27动车组转向架振动加速度监测装置，其特征在于，包括：信号获取部分和分析诊断部分；

其中，所述信号获取部分包括：设置在高铁动车组车厢两端的平稳加速度传感器(1)、设置在高铁动车组车厢转向架上的失稳加速度传感器(2)，以及设置在高铁动车组前后转向器轴箱上的振动温度复合传感器(3)；

所述分析诊断部分包括：与所述振动温度复合传感器(3)信号传输连接的前置处理单元(4)，还包括与所述平稳加速度传感器(1)、所述振动温度复合传感器(3)和所述前置处理单元(4)分别通过信号传输连接的信号调理模块(5)，与所述信号调理模块(5)通过信号传输连接并对振动、温度信号进行A/D转换的信号采集模块(6)，与所述信号采集模块(6)通过信号传输连接并对信号进行处理分析的综合诊断模块(7)，分别与所述综合诊断模块(7)通过信号传输连接的通信接口(8)和存储器模块(9)；

所述综合诊断模块(7)通过所述通信接口(8)与高铁动车组通讯网络连接。

2.根据权利要求1所述的ZD27动车组转向架振动加速度监测装置，其特征在于，所述综合诊断模块是进行时域/频域分析、特征参数提取、多传感器数据融合和模式匹配的综合诊断模块。

3.根据权利要求1所述的ZD27动车组转向架振动加速度监测装置，其特征在于，所述振动温度复合传感器(3)是具有自检功能的单振动双温度复合传感器。

4.根据权利要求1所述的ZD27动车组转向架振动加速度监测装置，其特征在于，所述平稳加速度传感器(1)是具有自检功能的三方向振动加速度传感器。

5.根据权利要求1所述的ZD27动车组转向架振动加速度监测装置，其特征在于，所述失稳加速度传感器(2)是具有自检功能的单振动加速度传感器。

6.根据权利要求1所述的ZD27动车组转向架振动加速度监测装置，其特征在于，所述通信接口(8)为以太网接口或MVB接口中的任意一种。

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