CN216012314U - 地铁走行部监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种地铁走行部监测装置，包含有安装于壳体内的电源板卡、报警板卡、转速板卡、脱轨板卡、主控板卡、冲击板卡、通讯板卡、MVB板卡、失稳板卡，冲击板卡和脱轨板卡分别经由前置器后与多个复合传感器的连接器相电连接，所述复合传感器包含有安装于壳体内的传感器，壳体的出线端连接有防水接头，传感器的出线电缆穿过防水接头后连接至连接器。本实用新型公开了一种地铁走行部监测装置，其能够实现实时监测。

Description

地铁走行部监测装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于对地铁走行部进行监测的装置。

背景技术

随着我国城市规模和经济建设的飞速发展，城市化进程在逐步加快，国内很多的城市都已经建成或在修建地铁，以更好地适应经济活动和人民生活产生的日益增长的运量需求，地铁车辆通过地铁行走部行驶于轨道上，地铁走行部是和行车安全息息相关的关键部件，走行部故障一旦发生，往往会造成严重的事故，因此地铁走行部的安全尤为重要，为此需要地铁走行部在线监测装置进行实时监测以确保安全。

如今常规的地铁走行部监测/检测技术手段有：探伤、外观检查、温度报警、应变片动应力监测等，从预防车辆事故的发生、保证车辆安全方面起到了一定的作用。但是，这些检测手段存在着检测频度、检查成本、实施难易、检测场所限制、合理预警等方面的不足。同时，车辆是处于一个不断运动的过程中，且车辆在运行过程中不断地受到冲击和磨耗，车辆走行部的各项参数处于不断的变化过程中，因此，仅仅依靠周期性的检修制度，难以完全杜绝走行部故障的发生。而且地铁的运行速度不是匀速的，且每一站之间的运行时间不长，这给地铁走行部监测的准确性带来了一定的难度。

综上所述，业内亟需一种能够解决上述问题的实时监测装置。

实用新型内容

针对上述现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种地铁走行部监测装置，其能够实现实时监测。

为实现上述目的，本实用新型公开了一种地铁走行部监测装置，包含有安装于壳体内的电源板卡、报警板卡、转速板卡、脱轨板卡、主控板卡、冲击板卡、通讯板卡、MVB板卡、失稳板卡，冲击板卡和脱轨板卡分别经由多个前置器与多个复合传感器的连接器相电连接，所述复合传感器包含有安装于壳体内的传感器，壳体的出线端连接有防水接头，传感器的出线电缆穿过防水接头后连接至连接器。外壳采用铝合金，标准3U机箱，强度可靠及屏蔽性能良好。采用新型ICP传感器技术，结构合理，线路优化。测量精度高，抗干扰能力强，信噪比高，远距离传输不影响测量精度。采用转速跟踪滤波技术和等角度采样技术，确保无论转速如何变化，采样的信号仍是周期信号，不存在频谱拖尾现象，可获得清晰的阶次谱图，克服了等时间采样方式由于转速变化时报警不准确地问题，实现对走行部部件（轴箱、齿轮箱、电机、轮对）、钢轨状态、转向架脱轨状态及转向架失稳状态多方位实时监测。

所述的电源板卡为主机各板卡提供供电电源， X1是供电电源输入接口，X2是脱轨报警功能失效输出接口。

所述的报警板卡将脱轨报警信息输出到制动系统及ATC，X3是EB制动环路及ATC接口，X4是脱轨报警输入接口，X5是脱轨报警输出接口。

所述的转速板卡将电压型或电流型的转速信号进行预处理，X6是零速信号接口，X7是转速采集接口。

所述的脱轨板卡对轮-轨相对运动状态进行实时监测，实现对轮对脱轨状态的及时识别与报警，X8是脱轨车辆总线一接口，X9是脱轨车辆总线二接口。

所述的主控板卡将脱轨板卡、冲击板卡、失稳板卡上传的数据进行存储，并通过MVB或以太网将诊断结论传输至车辆TCMS系统和地面分析系统。DEBUG是调试接口，X10是列车总线输出接口，X11是列车总线输入接口。

所述的冲击板卡对走行部部件（轴箱、齿轮箱、电机、轮对）进行实时监测，X12是车辆总线一接口，X13是车辆总线二接口。

所述的通讯板卡通过以太网与车辆系统进行通信交互，X14是车辆控制接口，X15是车辆维护接口。

所述的MVB板卡通过MVB与车辆系统进行通信交互，X16是MVB1接口，X17是MVB2接口。

所述的失稳板卡对转向架失稳状态进行实时监测，X18是失稳车辆总线一接口，X19是失稳车辆总线二接口。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型通过复合传感器采集车辆走行部关键部件的振动、冲击和温度数据，对地铁的走行部部件（轴箱、齿轮箱、电机、轮对）、钢轨状态、转向架脱轨状态及转向架失稳状态进行多方位实时监测。采用新型ICP传感器技术，结构合理，线路优化。测量精度高，抗干扰能力强，信噪比高，远距离传输不影响测量精度。采用转速跟踪滤波技术和等角度采样技术，克服了等时间采样方式在转速变化时，信号不再是周期信号、信号混叠及诊断不准确地问题。等角度采样方式确保无论转速如何变化，采样的信号仍是周期信号，不存在频谱拖尾现象，可获得清晰的阶次谱图，避免了由于转速变化时而造成的漏报和误报，极大地提高了报警的准确性。采取早期预警和分级报警策略，并通过MVB或以太网将诊断结论传输至车辆TCMS系统和地面分析系统，快速准确地检测走行部的运行状态，减少过剩维修和欠维修，极大地减少人力和物力成本，科学有效地指导走行部的运用和维修。

附图说明

图1是本实用新型的主机接口图。

图2是本实用新型的系统组成框图。

图3和图4是本实用新型的复合传感器的结构示意图。

图5为本实用新型前置器的电路图。

图6-1、图6-2、图6-3和图6-4分别为本实用新型前置器的俯视图、正视图、左视图和右视图。

其中：

电源板卡1、报警板卡2、转速板卡3、脱轨板卡4、脱轨板卡5、主控板卡6、冲击板卡7、通讯板卡8、 MVB板卡9、失稳板卡10、外壳11；

传感器101、壳体102、防水接头103、连接器104、防水橡胶套105、护套106、热缩管107、波纹管108。

具体实施方式

结合附图，图1为本实用新型的主机接口图，图2为本实用新型的系统组成框图。一种地铁走行部监测装置，包括电源板卡1、报警板卡2、转速板卡3、脱轨板卡4、脱轨板卡5、主控板卡6、冲击板卡7、通讯板卡8、 MVB板卡9、失稳板卡10和外壳11；本装置通过复合传感器经由前置器采集车辆走行部关键部件的振动、冲击和温度数据，对地铁的走行部部件（轴箱、齿轮箱、电机、轮对）、钢轨状态、转向架脱轨状态及转向架失稳状态进行多方位实时监测。

参见图3和图4，本实用新型涉及的一种复合传感器，包含有安装于同一壳体102内的多个不同类型的传感器101，壳体102的出线端连接有防水接头103，传感器101的出线电缆穿过防水接头103后连接至连接器104，且传感器101的出线电缆上套装有护套106，上述连接器104和护套106的连接部套装有一防水橡胶套105，从而进一步起到防水防尘效果，所述护套106上套装有一热缩管107用于对其内部的出线电缆起到锁紧作用，所述护套106局部插接有一段波纹管108，从而起到防护作用。本实用新型复合传感器能同时实现温度、振动、冲击多个物理量的检测、处理和传输的一体式受感部件，可通过单个安装孔安装在轴箱体、牵引电机和齿轮箱上。采用新型ICP传感器技术，结构合理，线路优化。测量精度高，抗干扰能力强，信噪比高，远距离传输不影响测量精度。振动冲击性能满足GB/T 21563中3类的试验要求，防护等级达到IP68。

参见图5，所述前置器包含有微控制器，多个PT100传感器接口分别经由温度变送器后连接至微控制器，通过PT100传感器接口与复合传感器的PT100传感器相连接（获取目标温度信号），用于监测目标温度状态；所述微控制器的IO口经由RS485通信模块连接至总线接口一和总线接口二，所述微控制器上还连接有环温传感器（获取环境温度信号），PT100传感器以及环温传感器获取的温度信号通过微控制器后经由RS485通信模块后通过总线接口一或总线接口二输出。

复合传感器的ICP传感器连接至ICP传感器接口，多个ICP传感器接口分别经恒流源连接至模拟开关的输入端，模拟开关的输出端连接至总线接口一和总线接口二，且微控制器连接至模拟开关的控制端；某一ICP传感器获取的振动和冲击信号经由模拟开关选择后传输至总线接口一或总线接口二。

本实用新型装置的前置器能够实现所辖测点的复合传感器网络管理、完成信号的预处理和温度采集、与车辆主机进行交互通信的部件，振动冲击性能满足GB/T 21563中2类的试验要求，防护等级达到IP67。

本实用新型装置的电源板卡为主机各板卡提供供电电源， X1是供电电源输入接口，X2是脱轨报警功能失效输出接口。具备宽输入电压范围（43-160VDC），输入欠压保护，输出短路、过流、过压、过温保护。

本实用新型装置的报警板卡将脱轨报警信息输出到制动系统及ATC，X3是EB制动环路及ATC接口，X4是脱轨报警输入接口，X5是脱轨报警输出接口。报警板卡的继电器模块通过VDE安全认证、UL&CUR认证，触点采用冗余设计。

本实用新型装置的转速板卡将电压型或电流型的转速信号进行预处理，X6是零速信号接口，X7是转速采集接口。

本实用新型装置的脱轨板卡对轮-轨相对运动状态进行实时监测，实现对轮对脱轨状态的及时识别与报警，X8是脱轨车辆总线一接口，X9是脱轨车辆总线二接口。通过安装在轴箱位置的复合传感器，连续实时获取轴箱振动、冲击信号进行分析诊断，当车辆发生脱轨时迅速报警，并将报警信息输出到制动系统及ATC，可为车辆维护人员实施精准高效的运维作业提供重要依据和技术支持。装置的脱轨检测功能采用冗余设计，满足SIL2安全等级相关要求。

本实用新型装置的主控板卡将脱轨板卡、冲击板卡、失稳板卡上传的数据进行存储，并通过MVB或以太网将诊断结论传输至车辆TCMS系统和地面分析系统。DEBUG是调试接口，X10是列车总线输出接口，X11是列车总线输入接口。主控板卡采用Cortex-A9处理器，四核，主频800MHz，内存1GB，存储8GB，支持SATA接口，高性能，低功耗，具有丰富的通信接口（以太网、MVB、4G、WiFi等）。

本实用新型装置的冲击板卡对走行部部件（轴箱、齿轮箱、电机、轮对）进行实时监测，X12是车辆总线一接口，X13是车辆总线二接口。通过复合传感器对轴箱、齿轮箱、电机、传动齿轮、车轮踏面的状态进行实时监控，采用转速跟踪滤波技术和等角度采样技术，确保无论转速如何变化，采样的信号仍是周期信号，不存在频谱拖尾现象，可获得清晰的阶次谱图，避免了等时间采样方式由于转速变化时而造成的漏报和误报，能准确的识别轴箱轴承故障、传动齿轮故障、电机轴承故障、车轮踏面故障。装置具备公里标自动定位功能，可开启轨道波磨监测模式，实现轮轨振动、冲击信息的连续实时采集，并通过配套的地面数据分析软件实现轮轨振动、钢轨波磨等详细分析功能，作为掌握轨道状态的参考依据。

本实用新型装置的通讯板卡通过以太网与车辆系统进行通信交互，X14是车辆控制接口，X15是车辆维护接口。

本实用新型装置的MVB板卡通过MVB与车辆系统进行通信交互，X16是MVB1接口，X17是MVB2接口。

本实用新型装置的失稳板卡对转向架失稳状态进行实时监测，X18是失稳车辆总线一接口，X19是失稳车辆总线二接口。每个转向架配备至少1个加速度传感器，实现对横向或垂向失稳信息的连续实时采集和分析，在车辆运行过程中对发生的转向架失稳迅速报警，可为车辆维护人员实施精准高效的运维作业提供重要依据和技术支持。

本实用新型装置的地铁走行部监测装置专门针对地铁走行部的安全运行而研制的，该装置在低速和变速下也可以实时监测走行部的关键部件，同步采集4路传感器信号，采用新型ICP传感器技术，结构合理，线路优化。测量精度高，抗干扰能力强，信噪比高，远距离传输不影响测量精度。采用转速跟踪滤波技术和等角度采样技术，克服了等时间采样方式在转速变化时，信号不再是周期信号、信号混叠及诊断不准确地问题。等角度采样方式确保无论转速如何变化，采样的信号仍是周期信号，不存在频谱拖尾现象，可获得清晰的阶次谱图，避免了由于转速变化时而造成的漏报和误报，通过智能专家诊断系统，精确地判断出轴承、齿轮、踏面等机械旋转部件的故障，并对故障进行早期预警、分级报警策略和精确定位。除了对走行部关键部件进行实时监测外，装置还扩展了以下功能。开启轨道状态监测模式，实现轮轨振动、冲击信息的连续实时采集，并通过配套的地面数据分析软件实现轮轨振动、波磨等详细分析功能，作为掌握轨道状态的参考依据。对轮-轨相对运动状态进行实时监控，实现对轮对脱轨状态的及时识别与报警。对转向架横向和垂向的失稳信息连续实时采集和分析，确保车辆运行的平稳性。因此，装置通过对地铁车辆的走行部关键部件、钢轨状态、转向架脱轨状态及失稳状态进行多方位实时监测，快速准确地检测地铁车辆的运行状态，科学有效地指导维修，确保地铁车辆安全可靠地运行。

Claims (10)

1.一种地铁走行部监测装置，包含有安装于壳体（11）内的电源板卡（1）、报警板卡（2）、转速板卡（3）、脱轨板卡（4、5）、主控板卡（6）、冲击板卡（7）、通讯板卡（8）、MVB板卡（9）、失稳板卡（10），其特征在于：冲击板卡（7）和脱轨板卡（4、5）分别经由多个前置器后与多个复合传感器的连接器（104）相电连接，所述复合传感器包含有安装于壳体（102）内的传感器（101），壳体（102）的出线端连接有防水接头（103），传感器（101）的出线电缆穿过防水接头（103）后连接至连接器（104）。

2.根据权利要求1所述的一种地铁走行部监测装置，其特征在于：所述电源板卡（1）上设置有供电电源输入接口（X1）和脱轨报警功能失效输出接口（X2）。

3.根据权利要求1所述的一种地铁走行部监测装置，其特征在于：所述的报警板卡（2）上设置有EB制动环路及ATC接口（X3）、脱轨报警输入接口（X4）和脱轨报警输出接口（X5）。

4.根据权利要求1所述的一种地铁走行部监测装置，其特征在于：所述转速板卡（3）将电压型或电流型的转速信号进行预处理，转速板卡（3）上设置有零速信号接口（X6）和转速采集接口（X7）。

5.根据权利要求1所述的一种地铁走行部监测装置，其特征在于所述的脱轨板卡（4、5）上设置有脱轨车辆总线一接口（X8）和脱轨车辆总线二接口（X9）。

6.根据权利要求1所述的一种地铁走行部监测装置，其特征在于所述主控板卡（6）与脱轨板卡（4、5）、冲击板卡（7）、失稳板卡（10）通讯相连，所述主控板卡（6）上设置有DEBUG是调试接口、列车总线输出接口（X10）和列车总线输入接口（X11）。

7.根据权利要求1所述的一种地铁走行部监测装置，其特征在于所述冲击板卡（7）上设置有车辆总线一接口（X12）和车辆总线二接口（X13）。

8.根据权利要求1所述的一种地铁走行部监测装置，其特征在于所述通讯板卡（8）通过以太网与车辆系统通讯相连，所述通讯板卡（8）上设置有车辆控制接口（X14）和车辆维护接口（X15）。

9.根据权利要求1所述的一种地铁走行部监测装置，其特征在于所述MVB板卡（9）通过MVB与车辆系统通讯相连，所述MVB板卡（9）上设置有MVB1接口（X16）和MVB2接口（X17）。

10.根据权利要求1所述的一种地铁走行部监测装置，其特征在于所述失稳板卡（10）上设置有失稳车辆总线一接口（X18）和失稳车辆总线二接口（X19）。

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