一种铁路机车走行部故障在线监测诊断系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种铁路机车走行部故障在线监测诊断系统，监测机车走行部的关键部件的对象覆盖有：车轮踏面、齿端轴箱轴承、非齿端轴箱轴承、电机齿端轴承、电机非齿端轴承、空心轴轴承、抱轴轴承、大齿轮及相关轴承、小齿轮及相关轴承。通过故障诊断技术的合理运用实施对机车走行部故障的车载在线监测诊断，并结合基于并行硬件支持的不同车轴的相同位置（或同一车轴的各位置）联合诊断信息辅助，达到准确定位机车走行部的故障部位，实现对机车走行部的早期故障预警，避免机车击破事故的产生，实现技术产品保障机车运营安全的目的。
【专利说明】一种铁路机车走行部故障在线监测诊断系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种故障在线监测诊断系统，特别是一种基于铁路机车的走行部故障在线监测诊断系统。
【背景技术】
[0002]铁路机车走行部的安全隐患，是世界各国铁路行业非常关注的问题，因为它严重制约着铁路事业的发展，而重大的故障隐患甚至会危及到人民的生命财产安全。我国铁路实施的以客运高速、货运重载、长交路、高密度、客货混跑为特征的战略，严重地考验着铁路机车，其安全问题也更为突出，各运用部门都迫切需求故障诊断和安全监测的新技术及产品投入应用，以实现对机车走行部的故障隐患进行预报警，及时指导维修，保障铁路机车的运营安全。
[0003]早期，我国铁路行业针对机车走行部的安全隐患，研究并运用了温度监测和报警系统，但实践证明，它属于一种事后报警系统，不具备预警和预防维修的导向能力，一旦报警，机车已面临机车破损事故，其安全监测和安全保障的能力有限。
[0004]为了提高机车走行部的安全监测和安全保障的能力，本发明人在2009年申请了实用新型专利“一种轨道交通车辆行走部及钢轨故障车载在线监测诊断系统”(申请号:200920073984)，包括车载监测诊断系统、地面数据分析管理系统、维修人员信息接收端和监测设备研制厂家远程技术支持系统，车载监测诊断系统和通过无线网络或人工数据存储设备向地面数据诊断分析管理系统存入数据；地面数据诊断分析管理系统中的数据可以通过广域网传送给监测设备研制厂家远程技术支持系统；车载监测诊断系统和可以主动向给地面维修人员接收端发送信息，地面维修人员接收端也可以通过通信设备主动查询信息。由于该实用新型采用故障自动诊断专家系统，能够自动实时地采集分析数据，并能够准确识别故障类型、故障程度和精确定位故障部件，减少运用损失，实现重大故障报警。目前，依据该实用新型专利开发生产的产品，仍然在轨道交通车辆行走部的安全保护现场发挥着重要作用。
[0005]高速铁路的发展，对机车走行部的安全监测和安全保障的能力提出了更高的要求，也促使本发明人针对原来的产品，有目的地进行完善和改进，主要是:
[0006]1、增加对产生故障的测点连续跟踪、记录及兼顾其他测点监测的应急事件处理能力；
[0007]2、增加对测点故障的基于并行数据的同位(或同轴)联合诊断的能力；
[0008]增加地面数据诊断分析管理系统的数据共享，及与机务段业务模型相结合的应用能力。
【发明内容】
[0009]本实用新型所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，进一步对机车走行部故障早期预警、故障准确定位及地面对机车运用工况连续跟踪，监测机车走行部关键部件的对象覆盖有:车轮踏面、齿端轴箱轴承、非齿端轴箱轴承、电机齿端轴承、电机非齿端轴承、空心轴轴承、抱轴轴承、大齿轮及相关轴承、小齿轮及相关轴承；在原实用新型“一种轨道交通车辆走行部及钢轨故障车载在线监测诊断系统”(申请号:200920073984)的基础上，提出一种铁路机车走行部故障在线监测诊断系统；通过故障诊断技术的合理运用实施对机车走行部故障的车载在线监测诊断，并结合基于并行数据的采集功能所获取的并行数据进行同位(或同轴)联合诊断信息辅助，准确定位机车走行部的故障部位，对机车走行部的早期故障预警，避免机车破损事故的产生，保证机车行车安全。
[0010]为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是:一种铁路机车走行部故障在线监测诊断系统，包括车载监测诊断系统、多个司机室显示终端，及地面数据分析管理系统，所述车载监测诊断系统与所述地面数据分析管理系统双向连接，所述车载监测诊断系统与所述司机室显示终端双向连接。
[0011]所述车载监测诊断系统包括车载监测诊断主机、数据前置处理器、转速传感器和多个复合传感器，所述车载监测诊断主机与所述数据前置传感器、转速传感器连接，所述数据前置传感器与所述复合传感器连接。
[0012]其特征在于，所述数据前置处理器包括通信接口单元、第一电源模块、通信单元、CPU控制单元、模拟信号处理单元、输入接口单元、数字信号处理单元、参考温度传感器，所述通信接口单元通过多路并行数据总线与所述车载监测诊断主机连接，所述通信接口单元与所述第一电源模块、通信单元、模拟信号处理单元连接；所述通信单元与所述CPU控制单元连接，所述CPU控制单元与所述模拟信号处理单元、数字信号处理单元连接，所述数字信号处理单元与所述输入接口单元连接，所述输入接口单元与所述参考温度传感器、复合传感器连接；所述第一电源模块为所述模拟信号处理单元、通信单元、CPU控制单元、数字信号处理单元、输入接口单元提供电源。
[0013]其特征在于，所述车载监测诊断主机包括第二电源模块、多路并行冲击信号处理单元、多路并行A/D采样单元、CPU控制处理单元、数据存储单元、接口电路，所述多路并行冲击信号处理单元与所述多路并行A/D采样单元、接口电路连接，所述多路并行A/D采样单元与所述CPU控制处理单元连接，所述CPU控制处理单元与所述接口电路双向连接；所述CPU控制处理单元接有网络接口、数据存储单元、数据转储接口、显示接口和外设接口 ；所述第二电源模块为所述多路并行冲击信号处理单元、多路并行A/D采样单元、CPU控制处理单元、接口电路、网络接口、数据存储单元、数据转储接口、显示接口、外设接口提供电源；所述接口电路与所述司机室显示终端、转速传感器、数据前置处理器的通信接口单元连接，所述通信接口单元与所述多路并行冲击信号处理单元连接。
[0014]与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果为:本实用新型可减轻维修人员大量繁琐、复杂的数据分析、类比统计等工作，减少人为失误，大大提高机车的运用效率和性能；车载监测诊断系统所提供的预报警信息能够对机车的运用状态提供及时、充分的趋势及统计分析，从而对早期故障实施跟踪，减少维修频度，提高维修效率；对重大的机车走行部故障实时在线报警，保护了人员及机车运行安全。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型一实施例结构示意图；
[0016]图2为本实用新型一实施例车载监测诊断系统组成结构示意图；
[0017]图3为本实用新型一实施例数据前置处理器组成结构示意图；
[0018]图4为本实用新型一实施例车载监测诊断主机组成结构示意图。
【具体实施方式】
[0019]如图1所示，本实用新型一实施例包括车载监测诊断系统、地面数据分析管理系统、司机室显示终端I和司机室显示终端2。上述车载监测诊断系统的各类行车数据下载到地面后导入到地面数据诊断分析管理系统，地面数据诊断分析管理系统还将需要更新的软件和数据在下一次对车载监测诊断系统监测所获取的详细的机车运行的各类数据下载时传送给车载监测诊断系统。
[0020]车载监测诊断系统(如附图2)包括车下部分的传感器组、数据前置处理器和车上部分的车载监测诊断主机；传感器组安装于机车走行部上，用于接收机车走行部关键部件的振动冲击信号、温度信号和转速信号，再通过传感器组的连接线将振动冲击信号、温度信号传送给数据前置处理器；数据前置处理器通过多路并行数据总线及通信接口单元和车载监测诊断主机连接；转速信号则通过传感器组连接至车载监测诊断主机；由此构成车载监测诊断主机对接收到的机车走行部传感器组的数据进行在线的并行数据采集，响应实时应急事件，实时联合诊断的车载监测诊断系统。
[0021]传感器组(如附图2)包括温度、振动冲击双物理量的复合传感器组和转速传感器。
[0022]其中复合传感器组根据本发明人已经授权的200710036156.5《一种磁性安装的振动冲击传感器》发明专利和申请号为200810200735.3《一种检测振动冲击的广义共振复合传感器》发明专利的原理所制造；它监测机车走行部各关键旋转部件的振动冲击信号和温度信号；复合传感器组安装在机车走行部的关键部件的监测点上(见附图2，列举一种机车车型的监测点布局)。监测机车走行部关键部件的对象覆盖有:车轮踏面、齿端轴箱轴承、非齿端轴箱轴承、电机齿端轴承、电机非齿端轴承、空心轴轴承、抱轴轴承、大齿轮及相关轴承、小齿轮及相关轴承。
[0023]其中转速传感器安装于车轮的轴端上，车轮转速监测点作用于转速传感器，可从转速传感器的独立通道或与机车上的其它设备并接该转速传感器的相关通道取得车轮转速信号，供车载监测诊断主机使用(如附图2)。
[0024]所述的数据前置处理器(见附图3)包括内置或外置的参考温度传感器、输入接口单元、模拟信号处理单元、数字信号处理单元、通信单元、CPU控制单元、多路并行数据总线及通信接口单元和第一电源模块。
[0025]其中内置或外置的参考温度传感器的温度信号与复合传感器组测量所得的(温度、振动冲击)信号通过输入接口单元后分两路分别进入到模拟信号处理单元和数字信号处理单元。
[0026]其中CPU控制单元管理模拟信号处理单元和数字信号处理单元；通过通信单元、多路并行数据总线及通信接口单元与车载监测诊断系统以通信方式连接；多路并行数据总线及通信接口单元将采集的模拟信号经多路并行数据总线及通信接口单元通过总线电缆传送给车载监测诊断主机，实现对温度信息的连续采集、跟踪，对多路模拟信号的路由切换。
[0027]其中第一电源模块通过多路并行数据总线及通信接口单元与车载监测诊断主机连接，并通过输入接口单元与复合传感器组连接，为其提供工作电源。
[0028]车载监测诊断主机(见附图4)包括CPU控制处理单元(含存储模块)、接口电路、多路并行信号处理单元、多路并行A/D采集单元、网络接口、数据存储单元、数据转储接口、显示接口、外设接口和第二电源模块。所述的车载监测诊断主机实现对多路模拟信号的数据采集，对温度信息的连续跟踪，对应急事件的响应，对故障冲击信息的诊断，对基于并行数据的同位(或同轴)信息的联合诊断，对外输出报警信息及数据和车载软件分区存放、操作。
[0029]其中接口电路除与数据前置处理器、转速传感器、司机室显示终端I及司机室显示终端2分别连接外，还与带存储模块的CPU控制处理单元连接传递信号并发送指令。
[0030]其中CPU控制处理单元(含存储模块)同时与多路并行A/D采集单元、网络接口、数据存储单元、数据转储接口、显示接口、外设接口连接。
[0031]其中第二电源模块除给车载监测诊断主机的各单元供电外，还通过接口电路向数据前置处理器、转速传感器和司机室显示终端I及司机室显示终端2提供电源。
[0032]本实用新型由于具备了传感器组、数据前置处理器、车载监测诊断主机，司机室显示终端I及司机室显示终端2，通过增加数据存储单元，实现采集的过程数据和车载软件分区存放、分区操作；通过增加多路并行信号处理单元、多路并行A/D采集单元等并行处理单元，实现实时多任务并行冲击数据采集、数据分析，实现不间断进行测点的温度信息跟踪；通过二维矩阵构建的并行故障诊断专家系统软件，实现基于并行数据的同位(或同轴)故障冲击信息的联合诊断，从而准确定位故障部件，准确识别故障类型和故障程度；通过构建的并行软件系统平台，实现实时跟踪各监测点的运用状态，一旦某个测点出现报警(温度或故障冲击)，可连续不断的跟踪报警状态的发展，并同时可兼顾其他测点的监测，从而实现应急事件的响应能力。
[0033]图1 中:
[0034]a、车载监测诊断系统实时监测走行部关键部件的振动冲击信号、温度信号以及转速信号，由其中的车载故障诊断专家系统软件对所有数据进行在线实时诊断，并实时给出诊断结论；
[0035]b、车载监测诊断系统将故障诊断结论发送给司机室显示终端I和司机室显示终端2，向在这两个司机室之任一中驾驶机车的司机通报故障报警信息；
[0036]C、车载监测诊断系统的各类行车数据导入到部署在机务段内的地面数据诊断分析管理系统，该系统建立机车走行部的运用状态监测和故障诊断的历史趋势数据库，该系统内含的自动故障诊断专家系统软件进行各类历史趋势分析和统计；地面数据诊断分析管理系统还将需要更新的软件和数据在下一次对车载监测诊断系统监测所获取的详细的机车运行的各类数据下载时传送给车载监测诊断系统(如附图1)。
[0037]图3 中:
[0038]一种铁路机车走行部故障在线监测诊断系统的数据前置处理器组成结构示意图如附图3，数据前置处理器包括了 CPU控制单元(可以使用DSPIC30F5018实现)、内置或外置的参考温度传感器、输入接口单元(可以使用TLC59213实现)、模拟信号处理单元(可以使用ADV3226实现)、数字信号处理单元(可以使用AD7656实现)、通信单元(可以使用PS9714、PCA82C50、SJA1000等实现)、多路并行数据总线及通信接口单元(可以使用IRF840、LT1568实现)和第一电源模块，其中:
[0039]a、内置或外置的参考温度传感器测量数据前置处理器(参考温度传感器内置情况下)、机车走行部的参考温度(环境温度)和复合传感器组测量走行部关键部件所得的温度通过输入接口单元进入数字信号处理单元，从复合传感器组测量所得的振动冲击信号一起通过输入接口单元进入模拟信号处理单元；
[0040]b、CPU控制单元控制模拟信号处理单元对多路并行振动冲击信号的路由切换和控制数字信号处理单元对温度信号的采集，并控制通信单元和多路并行数据总线及通信接口单元与车载监测诊断主机通信，经过路由切换的振动冲击信号经过多路并行数据总线及通信接口单元通过总线电缆传送给车载监测诊断主机；
[0041]C、第一电源模块的电源由车载监测诊断主机通过多路并行数据总线及通信接口单元提供，并通过输入接口单元向复合传感器组提供电源。
[0042]图4 中:
[0043]一种铁路机车走行部故障在线监测诊断系统的车载监测诊断主机包括CPU控制处理单元(可以使用AT91RM9200、EP2C50F484C8实现)、接口电路(CAN通信使用:PCA82C250、SJA1000 ;转速使用:PS9714 ;显示终端使用:SPC3、SP485等来实现)、多路冲击信号处理单元(可以使用LT1568、NE5532等实现)、多路并行A/D采样单元(可以使用AD7556实现)、网络接口(可以使用BCM56440、HS9016实现)、数据存储单元(可以使用K9GBG08U0A实现)、数据转储接口(可以使用CH340实现)、显示接口(可以使用S3C2410等实现)、外设接口(可以使用SN74LVCR32245实现)和第二电源模块。负责整车复合传感器组的调度，多路并行采集所有数据前置处理器传送的信号(含轴温、参考温度、振动冲击)，实时进行基于并行数据的同位(或同轴)联合诊断、分析，数据筛选存储，向司机室显示终端I和司机室显示终端2发送显示信息，必要时进行声光报警(含超温报警、温升报警、振动冲击的分类报警、监测诊断系统的工况信息等)，可通过显示接口输出的显示状态判断机车走行部运用工况和车载监测诊断系统的运用工况，外设接口实现和机车其他设备的通信连接(如:机车TAX信息平台、微机屏或机车重联)，机车回机务段后可将下载的各类行车数据导入到地面数据诊断分析管理系统。其中，
[0044]a、含存储模块的CPU控制处理单元是车载监测诊断主机的核心组成，主要负责系统事务的调度、并行采集策略的动态调整、数据采集、应急事件处理、诊断分析(含基于并行数据的联合诊断)及数据存储。
[0045]b、接口电路负责与整个监测诊断系统的通信，并提供第二电源模块输出的电源到系统的外围组成，如数据前置处理器、转速传感器和司机室显示终端I及司机室显示终端2。
[0046]C、第二电源模块的输入电源(机车所提供)连接到机车的相关电源接口，其输出电源为车载监测诊断主机和接口电路提供电源。
[0047]本实用新型保留使用了本发明人为解决铁路机车运行中提出的多种故障诊断技术:《多信号调理电路与复合传感器及其后续检测仪》(CN00105992.0)、《一种机械振动冲击的共振解调检测方法》(200910056925.7)、《一种非转运动机械故障诊断系统和方法》(200710034596.7)等，用于实现走行部轴承、齿轮、车轮踏面的故障诊断，同时根据新型机车的新需求，增加实现自动和实时地并行采集、分析数据，实现基于并行数据的同位(或同轴)联合诊断，从而实现准确识别故障类型、故障程度和精确定位故障部件；实现对报警故障进行应急事件的立即响应，并兼顾监测的其他测点；以此技术构建的机车走行部在线监测诊断系统，可对机车的运用工况进行趋势分析、跟踪，进而减轻维修人员大量繁琐、复杂的数据分析、比对、统计和综合工作，减少人为失误，大大提高状态监测系统的效率和性能；能够及时、充分、全面地提供设备状态信息；能够准确识别故障类型、故障程度，确定故障部件，提高维修效率，减少维修损失；为故障早期预警，提前维修决策和维修准备，减少运用损失，重大故障报警，保护人员及设备安全提供切实可靠的技术保障。
【权利要求】
1.一种铁路机车走行部故障在线监测诊断系统，包括车载监测诊断系统、多个司机室显示终端，及地面数据分析管理系统，所述车载监测诊断系统与所述地面数据分析管理系统双向连接，所述车载监测诊断系统与所述司机室显示终端双向连接；所述车载监测诊断系统包括车载监测诊断主机、数据前置处理器、转速传感器和多个复合传感器，所述车载监测诊断主机与所述数据前置传感器、转速传感器连接，所述数据前置传感器与所述复合传感器连接；其特征在于:所述车载监测诊断主机包括第二电源模块、多路并行冲击信号处理单元、数据存储单元、多路并行A/D采样单元、CPU控制处理单元、接口电路，所述多路并行冲击信号处理单元与所述多路并行A/D采样单元、接口电路连接，所述多路并行A/D采样单元与所述CPU控制处理单元连接，所述CPU控制处理单元与所述接口电路双向连接；所述CPU控制处理单元接有网络接口、数据存储单元、数据转储接口、显示接口和外设接口 ；所述第二电源模块为所述多路并行冲击信号处理单元、多路并行A/D采样单元、CPU控制处理单元、接口电路、网络接口、数据存储单元、数据转储接口、显示接口、外设接口提供电源；所述接口电路与所述司机室显示终端、转速传感器、数据前置处理器的通信接口单元连接，所述通信接口单元与所述多路并行冲击信号处理单元连接。
2.根据权利要求1所述的铁路机车走行部故障在线监测诊断系统，其特征在于，所述数据前置处理器包括通信接口单元、第一电源模块、通信单元、CPU控制单元、模拟信号处理单元、输入接口单元、数字信号处理单元、参考温度传感器，所述通信接口单元通过多路并行数据总线与所述车载监测诊断主机连接，所述通信接口单元与所述第一电源模块、通信单元、模拟信号处理单元连接；所述通信单元与所述CPU控制单元连接,所述CPU控制单元与所述模拟信号处理单元、数字信号处理单元连接，所述数字信号处理单元与所述输入接口单元连接，所述输入接口单元与所述参考温度传感器、复合传感器连接；所述第一电源模块为所述模拟信号处理单元、通信单元、CPU控制单元、数字信号处理单元、输入接口单元提供电源。
【文档编号】B61C17/00GK203920740SQ201320679842
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2013年10月31日 优先权日:2013年10月31日
【发明者】宋辛晖, 曾承志, 施文钦, 蒲金飞 申请人:唐智科技湖南发展有限公司