專利名稱：列車車輪軸承溫度檢測的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明大體涉及軌道運輸領域，更具體地說，本發(fā)明涉及對列車底盤(undercarriage)部件狀態(tài)的測定。
背景技術(shù)：
鐵路系統(tǒng)的安全與可靠運轉(zhuǎn)取決于在軌道上行進的車輛的滾動機構(gòu)的完整性。例如，監(jiān)控列車車輪軸承的狀態(tài)是重要的，用以測定是否在軸承上的磨損程度指示了軸承需要進行檢查和修理或者進行替換。用舊的或損壞的軸承增加了軸的滾動摩擦，從而增加牽引列車所需的動力。另外，用舊的或損壞的軸承可以對列車車軸造成過多的磨損，并且在軸承故障的情況下，甚至可以使得軸鎖定，防止了車輪的旋轉(zhuǎn)，導致由熱量聚集引起的潛在火災和由沿著軌道刮擦的鎖定的車輪的摩擦造成的潛在的火花。
軸承溫度可以使用安裝在軌道車輛上的溫度傳感器(諸如靠近軸承設置的熱電偶)直接進行監(jiān)控。然而，這種技術(shù)的運轉(zhuǎn)和維持已被證實是不可靠的和/或較高代價的。間接監(jiān)控列車車輪軸承狀態(tài)的一個方式是間接通過環(huán)繞列車的軌道車上的車輪軸承的軸承箱而檢測車輪軸承的溫度。例如，紅外輻射(IR)傳感器已沿著軌道進行安裝，用以當軌道車經(jīng)過IR傳感器時檢測外車輪軸承發(fā)射的并且反映車輪軸承溫度的IR能量。然而，這種系統(tǒng)可能受限于允許從傳感器到軸承箱的沒受到阻礙的檢測路徑的某些軌道車的車輪構(gòu)造，這可能不是對所有軌道車車輪構(gòu)造都能實現(xiàn)的。此外，用在一些軌道車和列車頭上的內(nèi)車輪軸承已被證實是難以監(jiān)控的，這是由于被懸掛部件阻塞的檢測路徑和內(nèi)車輪軸承配置中的差異。另外，靠近被監(jiān)控的內(nèi)軸承的IR源的存在(諸如變速箱或懸掛彈簧)和使其它IR源進入檢測路徑的軸橫向移動的作用(諸如在車輪搖擺期間)可以導致對軸承錯誤的IR讀取?？赡芨蓴_列車車輪軸承溫度測量的其它IR源可包括熱潤滑劑泄漏、陽光反射、在列車不同側(cè)的不同受熱、來自滑動車輪的火花以及諸如剎底盤的剎車硬件。因此，用于檢測列車車輪軸承溫度的改進的系統(tǒng)和方法是所希望的。
附圖簡介

圖1是示范性的列車車輪軸承溫度檢測系統(tǒng)的截面圖，系統(tǒng)的一部分嵌在金屬軌道枕木或軌枕內(nèi)。
圖2顯示了關(guān)于由圖1的檢測系統(tǒng)從列車車輪軸承接收的IR輻射分布曲線的溫度對IR采樣點隨時間變化(over time)的示范性的曲線圖。
圖3顯示了關(guān)于由圖1的檢測系統(tǒng)從列車車輪軸承接收的IR輻射分布曲線的溫度對IR采樣點隨時間變化的另一示范性的曲線圖，并且顯示了能量峰值。
圖4顯示了關(guān)于由圖1的檢測系統(tǒng)從列車車輪軸承接收的IR輻射分布曲線的溫度對IR采樣點隨時間變化的另一示范性的曲線圖，并且顯示了從除列車車輪軸承之外的部件接收的IR能量貢獻。
圖5顯示了圖1的軌枕沿著線5-5的截面圖，并且顯示了用于將系統(tǒng)安裝在軌枕內(nèi)的懸掛裝置。
圖6顯示了圖5的懸掛裝置沿著線6-6的局部截面圖。
圖7至圖10顯示了列車車輪的示范性的狀態(tài)和可以從列車車輪軸承測量系統(tǒng)的實施例獲得的相應IR信號廓線。
圖11是示范性的列車車輪軸承溫度檢測系統(tǒng)的示意性表示。
圖12顯示了用于掃描在列車頭的牽引馬達和載架支架之間的內(nèi)軸承的示范性的IR掃描路徑。
圖13A是顯示在對應于被檢測軸承的檢測窗口內(nèi)的示范性的IR掃描路徑的覆蓋范圍的示意圖。
圖13B顯示了對應于圖13A的示范性IR掃描路徑的覆蓋范圍的測得的溫度分布曲線的示范性曲線圖。
圖14顯示了用于掃描外軸承的內(nèi)座圈部分的示范性IR掃描路徑。
圖15顯示了附加在由圖1的檢測系統(tǒng)從列車車輪軸承接收的示范性IR輻射分布曲線上的軌道車輪部件。
圖16A顯示了反映車輪呈現(xiàn)報警閾值以下的溫度的測得的溫度分布曲線的示范性曲線圖。
圖16B顯示了反映車輪呈現(xiàn)報警閾值以上的溫度的測得的溫度分布曲線的示范性的曲線圖。
發(fā)明詳細說明列車底盤部件溫度檢測系統(tǒng)可以用來獲得反映當車輛滾動經(jīng)過系統(tǒng)的檢測裝置時被檢測的軌道車車輪或車輪軸承溫度的數(shù)據(jù)(諸如IR發(fā)射數(shù)據(jù))。系統(tǒng)可以包括定向成可接收來自軌道車底盤部件的不受阻的IR發(fā)射的檢測裝置。在一個方面，傳感器可以包括分別檢測部件(諸如車軸的內(nèi)軸承和外軸承)的目標區(qū)的相鄰部位的傳感元件陣列。然后處理從檢測裝置接收的數(shù)據(jù)，用以提取反映相應的被檢測部件的完好(health)狀態(tài)的信息。數(shù)據(jù)可以進行處理以識別對應于已知部件類型的特征波形分布曲線，并且減少從被檢測部件附近的IR源接收的假IR發(fā)射。還提供了用于將系統(tǒng)安裝在軌道枕木或軌枕內(nèi)的懸掛裝置，以便減少系統(tǒng)可能經(jīng)受的沖擊和振動的影響。波形分析方法可以用在數(shù)據(jù)上以便識別部件的類型，并且然后基于被掃描部件的類型而識別可以反映異常完好狀態(tài)的被掃描部件的狀態(tài)。
圖1顯示了用于檢測車輪軸承溫度的示范性列車底盤部件溫度檢測系統(tǒng)10。圖11是這種系統(tǒng)10的示意性表示?？梢詫⒁粋€或多個傳感器(諸如外軸承傳感器12和內(nèi)軸承傳感器14)設在沿著導軌16的位置，以便當列車車軸22經(jīng)過傳感器12、14時從軸22的車輪軸承(諸如內(nèi)軸承20和外軸承18)獲得數(shù)據(jù)。傳感器12、14可以定位在導軌16的鐵軌底座內(nèi)(諸如在適于包含傳感器12、14的橫向枕木或軌枕24內(nèi))，并且用以接收來自軸承18、20的IR發(fā)射。在本發(fā)明的一個方面，各傳感器12、14均可以包括反射器26，該反射器26用以改變IR發(fā)射的方向使之進入傳感器12、14的接收機28內(nèi)，從而允許接收機28水平地定向在軌枕24內(nèi)。傳感器12、14可以沿著平行于列車車軸22的軸線34定位，用以接收從軸承18、20底部32發(fā)射的沿著垂直于軸22的路徑30的IR發(fā)射。發(fā)射可以被反射器26改變方向，例如，以相對于路徑3成直角地進入接收機28。
如圖11中所示，車輪IR傳感器13可以放置在沿著導軌16的位置內(nèi)，以便當車軸經(jīng)過傳感器13時從車輪23(諸如車輪23的內(nèi)表面25)獲得IR發(fā)射數(shù)據(jù)。在圖14中所示的本發(fā)明的另一方面，列車車軸22的一部分(諸如靠近內(nèi)軸承20的軸部分111)可以作為傳感器113的目標，以便從軸部分111獲得IR發(fā)射數(shù)據(jù)。
回到圖1，各傳感器12、14均可以進一步包括多個紅外傳感元件29(諸如IR輻射敏感二極管檢測器或具有可單獨分辨的像素的IR敏感平面陣列)，紅外傳感元件29例如垂直地設置在接收機28內(nèi)以便接收由各自的軸承18、20發(fā)射的各自的IR發(fā)射部分33。因此，各紅外傳感元件29均接收來自目標區(qū)(諸如軸承18、20的底部32或末端38)的各自的一部分IR能量，該IR能量是與由傳感器的其它IR傳感元件29接收的IR發(fā)射部分相隔開的。在本發(fā)明的一個方面，傳感器12、14可以包括五個元件29(諸如汞/鎘/碲(HgCdTe)元件)，元件29以陣列式定位在傳感器12、14內(nèi)。四個元件可以用于進行掃描，而第五個元件47可以用于校準其它元件29。校準元件47可以定位成可觀察維持在所希望溫度(諸如-40攝氏度)的標準珀爾帖效應半導體冷卻器49，以便為測得的熱量特征(signature)提供直流耦合測試標準。這種設計可以允許+/-0.1攝氏度的絕對溫度測量精度。傳感器12、14可以通過硒化鋅透鏡發(fā)送，并且通過安裝在儀表化軌枕上的外部光閘觀察軌道車，觀察路徑中具有前表面反射器26。反射器26可以包括防止生銹或與其它材料結(jié)合的金質(zhì)前表面。反射器26可以旋轉(zhuǎn)(諸如以10,000轉(zhuǎn)/分鐘)以甩掉可能留在反射器26上的污染物。
盡管路徑30的垂直定向可以允許傳感器12、14接收未被其它部件(諸如靠近軸承12、14定位的懸掛部件)阻塞的IR輻射，但是在一些情況下可能不會實現(xiàn)從軸承18、20到反射器26的沒受到阻礙的路徑。例如，列車頭外軸承18的底部32可以因掩蔽物(未示出)而變暗，從而使其難以維持用于接收IR發(fā)射的往外軸承18底部32的清晰路徑。在本發(fā)明的一個方面，外軸承傳感器12可以以角度36從軸線34傾斜，使得外軸承成像路徑31可以以相應的角度36離開垂直方向相對于軸22傾斜。例如，軸承成像路徑31可以相對于外車輪軸承18的表面38成銳角地定位。從而，從外軸承18的未被遮蔽的那部分(諸如外軸承18的表面38)發(fā)射的IR發(fā)射可以由傳感器12檢測到，傳感器12定位在列車以下的鐵軌底座內(nèi)而不會受到靠近軸承18定位的部件的干擾。
從各自的部分33接收并且轉(zhuǎn)變?yōu)楸硎舅邮盏腎R能量的強度的各自的信號的IR發(fā)射可以提供給處理器40，以進一步處理所接收的信號，以便例如測定軸承異常發(fā)熱的跡象。在本發(fā)明的實施例中，處理器40可以遠離軌枕24地設置，并且可以通過各自的電纜15、45連接于傳感器12、14。處理器40可進一步接收由一個或多個諸如感應傳感器的車輪傳感器48提供的車輪經(jīng)過信息，感應傳感器例如是沿著軌道17縱向隔開的。例如，處理器40可以與存儲器42通信以從存儲器42接收分析上和/或?qū)嶒炆贤茖У妮椛鋱D樣信息，以便根據(jù)本發(fā)明的方面來執(zhí)行圖樣識別分析。被處理信息(諸如識別被檢測車輪軸承的軸承狀態(tài)的信息)可以通過發(fā)射機44發(fā)送至中心監(jiān)控器46，用于報告和/或通知需要維修的退化的軸承狀態(tài)。
處理器40還與列車數(shù)據(jù)庫43通信，該數(shù)據(jù)庫43具有對于在該列車范圍內(nèi)的相對車軸計數(shù)和在該列車范圍內(nèi)的相對車輛位置的、用于各個經(jīng)過的車輛的參考信息。例如，參考信息可以通過發(fā)射機44從遠端的源下載，發(fā)射機44構(gòu)造成用于接收和發(fā)送信息的收發(fā)器。在另一方面，來自外部系統(tǒng)(諸如AEI標簽讀出器系統(tǒng))的明確登記的車號數(shù)據(jù)可以輸入至數(shù)據(jù)庫43以標記具有唯一車輛登記號的車輛數(shù)據(jù)。
在本發(fā)明的一個方面，系統(tǒng)10可構(gòu)造成用于獲取每個軸承的每個元件29的120個樣本，以從約1.86英里/時(mph)到310英里/時的速度對軸承進行檢測。采樣率可以相對于列車速度進行換算，使得與列車速度無關(guān)，可以收集每個軸承的每個元件29測量的120個樣本以及待測的每個車輪的每個元件29測量240個樣本?？梢杂孟到y(tǒng)10測量高達356華氏度的軸承溫度和高達1,112華氏度的車輪溫度。
在某些情況下，用于檢測由列車車輪軸承發(fā)射的IR能量而檢測具有高于正常運轉(zhuǎn)溫度的溫度的車輪軸承的現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)生了不可靠的指標，從而導致錯誤的熱軸承跡象或應已經(jīng)進行檢查的漏失的熱軸承，該跡象引起列車的不必要的中斷，以檢查軸承。申請人已發(fā)現(xiàn)，以本發(fā)明闡述的技術(shù)處理IR能量測量數(shù)據(jù)可以提供更可靠和精確的熱軸承測定。當試圖執(zhí)行列車車輪軸承的遠端IR能量測量時所經(jīng)受的一些問題包括假的IR干擾、鄰近軸承的IR源(諸如彈簧或變速箱)、列車車輪軸承和相關(guān)懸掛裝置和車輪部件的不同構(gòu)造，以及列車車軸和相關(guān)部件進入IR傳感器檢測路徑的移動(像在車輪搖擺狀態(tài)期間可以經(jīng)受的這類的移動)。尤其是，列車車軸22的內(nèi)軸承20可以定位成鄰近變速箱39(以虛線指示的)，變速箱39還可能是可以干擾軸承20發(fā)射的IR發(fā)射的IR能量源。從而，變速箱39的一部分或發(fā)射IR能量的諸如懸掛彈簧(未示出)的其它部件可能給傳感器14提供IR發(fā)射的一個或多個部分33，諸如當軸在搖擺期間橫向移動時，這產(chǎn)生了錯誤地包括來自內(nèi)軸承20和一個或多個其它IR源(諸如變速箱39)的IR能量成份的IR能量電平。在圖12所示的另一構(gòu)造中，內(nèi)軸承可能是可通過在列車頭的牽引馬達106和載架支架108之間的較窄隙縫觀察的，使其由于牽引馬達106和載架支架108的干擾而難以獲得內(nèi)軸承的精確溫度讀取。
此外，在列車車軸、車輪和懸掛部件的構(gòu)造之中的幾何差異可以導致錯誤的讀取。例如，如果測量系統(tǒng)10構(gòu)造成檢測列車車軸、車輪和懸掛部件的相應幾何構(gòu)造的某些檢測目標區(qū)，但遇到了不同構(gòu)造(諸如，例如針對不同直徑的車輪而構(gòu)造的進入檢查范圍的較大變速箱，或比系統(tǒng)具有在鐵軌底座上的不同高度的外軸承)，那么測量系統(tǒng)10可能測得錯誤的IR讀數(shù)。下面將指出，本發(fā)明的各方面可以用于區(qū)別可以進入表示部件故障的較熱狀態(tài)的一個或多個不同部件。例如，測定軸承或變速箱是否為具有熱狀態(tài)的部件可能是所希望的。因此，本發(fā)明的技術(shù)不限于檢測軸承狀態(tài)，因為這種技術(shù)還可應用于檢測在其它機械部件(諸如變速箱、剎底盤和/或剎車襯墊等)中的故障狀態(tài)。
能夠識別多種列車車輪軸承、車軸、車輪和懸掛部件構(gòu)造的升高的軸承溫度，以及識別這些列車部件狀態(tài)的改進的檢測系統(tǒng)包括對接收的IR能量執(zhí)行一個或多個革新的處理，以便測定軸承的溫度，由此可以推斷軸承的完好狀態(tài)。圖2顯示了從列車車輪軸承接收的IR發(fā)射的溫度對溫度采樣點隨時間變化的示范性的曲線圖。圖2顯示了當列車車輪23經(jīng)過檢測器48(如圖1所示的)時例如由感應車輪檢測器48產(chǎn)生的車輪檢測脈沖54、56。IR發(fā)射數(shù)據(jù)可以由處理器40連續(xù)收集，處理器40例如相對于當車輪23最初進行檢測時的時間而監(jiān)控從IR傳感器12、14接收的數(shù)據(jù)，如由第一脈沖56的上升沿62指示的。數(shù)據(jù)收集可以與車輪檢測脈沖的下降沿(諸如第二脈沖54的下降沿60)相關(guān)地一次性完成。因此，IR發(fā)射收集的定時可以與車輪23的到達相互關(guān)聯(lián)，以便確保收集對應于經(jīng)過的車輪23的車輪軸承的IR發(fā)射。通過使用兩個車輪傳感器并且測量在車輪檢測脈沖之間的時間，列車速度可以被測定并且用來相對于車輪檢測脈沖動態(tài)調(diào)整收集時間，以確保當車輪經(jīng)過傳感器12、14時收集車輪軸承發(fā)射。
在本發(fā)明的一個方面，采樣技術(shù)可以用來隔離被接收的IR溫度分布曲線50的窗口部分(windowed portion)58，IR溫度分布曲線50由圖1的傳感器12、14的相應傳感元件29提供給處理器40。開窗口技術(shù)可以用來消除已經(jīng)被收集的窗口部分58外的假的IR信號。窗口51的寬度52可以預先確定或動態(tài)調(diào)整以得到分布曲線50的所希望的窗口部分58的收集，以便消除在窗口部分58外的波形的不希望的部分63、64。這種不希望有的部分可以包括表示在車輪軸承附近的發(fā)射IR能量的其它部件(諸如彈簧、排氣管或剎車部件)的IR發(fā)射分布曲線。例如，超出報警閾值66(諸如溫度報警閾值)的部分63可以忽略，這是因為部分63是在所希望的窗口部分58外的并且可能表示從不同于軸承的列車的另一零件發(fā)射的IR能量。在本發(fā)明的一個方面，窗口51的位置可以調(diào)整以補償在軌道車和/或軌道車部件之中的變化，以便確保至少一個元件29觀察到作為目標的部件的溫度峰值部分。
圖15顯示了附加在由檢測系統(tǒng)10從列車車輪23接收的示范性IR輻射分布曲線50上的貢獻了可識別的熱量分布曲線的軌道車輪部件。如圖所示，應用于輪緣112的剎車片116產(chǎn)生可辨認的剎車片溫度峰值118和輪緣溫度峰值120，而車輪23的冷卻器輪板114顯示了分布曲線50中的冷卻器溫度谷值122。當對分布曲線50進行分析以測定熱車輪狀態(tài)時，可以忽略剎車片溫度峰值118和輪緣溫度峰值120，因為輪板114溫度122是所關(guān)心的溫度。例如，圖16A顯示了測得的溫度分布曲線50的示范性的曲線圖，其表示剎住的車輪呈現(xiàn)剎車片溫度峰值118和輪緣溫度峰值120但是具有在報警閾值66以下的車輪溫度122。圖16B顯示了測得的溫度分布曲線50示范性的曲線圖，其表示剎住的車輪呈現(xiàn)剎車片溫度峰值118和輪緣溫度峰值120并且還呈現(xiàn)熱的車輪狀態(tài)，因為輪板的溫度122在預定的閾值66以上。
窗口51相對于IR分布曲線50的位置可以對應于車輪23的檢測進行選擇(如車輪檢測脈沖54、56指示的)，使得窗口51相對地以窗口部分58為中心。在另一實施例中，可以選擇窗口部分58，以便隔離待分析的且所關(guān)心的被接收IR能量的某部分。在本發(fā)明的一個方面，窗口51可以在尺寸上設置成對應于預期遇到的最大直徑軸承輪廓，而窗口51的中心位置53可以選擇成處在表示被檢測軸承的中心線的分布曲線50的中部。圖13A是顯示了在對應于檢測軸承的檢測窗口51內(nèi)的示范性的IR掃描束的各自的覆蓋區(qū)35的圖示，其中4分之2的掃描束落在窗口51內(nèi)。通過利用4個掃描束的覆蓋并且基于檢測的熱量特征而動態(tài)選擇具有最好覆蓋的掃描束，軸承溫度分布曲線可以由與貨車定位變化無關(guān)的掃描束中的至少一個進行收集。例如，當掃描圖12的內(nèi)軸承20時，掃描束中的至少一些橫向于內(nèi)軸承20，而掃描束中未橫向于軸承20的其它掃描束可以忽略。圖13B顯示了對應于在圖13A中掃描的覆蓋區(qū)35的測得的溫度分布曲線的示范性曲線圖。
在圖3中所顯示的本發(fā)明的另一方面，相對于整體檢測溫度分布曲線50的銳鋒形分布曲線68(例如在窗口內(nèi))可以因為是潛在錯誤的讀數(shù)而消除。這種峰形分布曲線68可反映寄生輻射或反射并且可能需要濾除以允許軸承溫度的精確測定。例如，較為銳鋒形的分布曲線68可以通過為預定時間間隔內(nèi)許多樣本的數(shù)值變化設定閾值以及消除表示峰形分布曲線68的任何數(shù)據(jù)來進行識別，該峰形分布曲線68相比于整體檢測的溫度分布曲線50是不希望有的銳形。
在本發(fā)明的又一方面，靠近被檢測的良好軸承的熱源(諸如排氣管、發(fā)電機和懸掛部件)可能干擾軸承的溫度測量，也許導致當實際上軸承溫度在所希望的范圍內(nèi)時，檢測為軸承的在范圍之外的溫度數(shù)值。改進的列車車輪軸承檢測系統(tǒng)包括IR輻射分布曲線識別過程，用以識別用于溫度測量的所關(guān)心的部件。IR輻射分布曲線識別過程使接收的IR能量與已知的軸承構(gòu)造相互關(guān)聯(lián)，并且例如濾出假的或其它不是由被檢測軸承構(gòu)造產(chǎn)生的IR能量。例如，在圖1中，存儲器42可以構(gòu)造成用于存儲多個已知的輻射分布曲線或表示預期由系統(tǒng)10檢測的各自的軸承或軸輪廓的輻射分布曲線的參數(shù)。處理器40可以構(gòu)造成用于比較從傳感器12、14接收的IR數(shù)據(jù)并且訪問存儲器42，以便使接收的IR數(shù)據(jù)與已知的分布曲線或反映已知分布曲線的參數(shù)相互關(guān)聯(lián)，以便測定接收的IR分布曲線是否與已知分布曲線匹配。例如，處理器40可以使用曲線匹配技術(shù)，以便在已知分布曲線的曲線部分與接收的曲線的部分之間進行比較，以便測定接收的曲線是否匹配已知分布曲線。在另一方面，可以在對接收的信號執(zhí)行數(shù)字信號處理技術(shù)(諸如快速付里葉變換)，以比較變換的參數(shù)與已知的參數(shù)。
圖4顯示了″W″型軸承熱量特征的示范性IR分布曲線?？梢詫⒋鎯υ诖鎯ζ?2內(nèi)的已知軸承輪廓與接收的分布曲線50相比，以檢驗接收的分布曲線50是用于進行軸承溫度測量的認可的分布曲線。一旦識別了有效的分布曲線類型，即可以檢驗分布曲線50以測定其是否超過了報警閾值66。在窗口51外且潛在表示除軸承外的其它IR源的接收的分布曲線的部分63、64在進行比較前可以忽略。如果接收的分布曲線不與已知分布曲線匹配，那么測量可以忽略或進行標記以進一步研究。
在本發(fā)明的另一方面，從用于相同軸承的多個傳感元件29中的每一個所接收的發(fā)射數(shù)據(jù)可以相互比較，以評估由各自的傳感元件29提供的IR分布曲線中的每一個的有效性。例如，如果從傳感器的傳感元件29接收的一個或多個IR分布曲線包括除來自檢測的軸承的IR能量外的IR能量成份(諸如由相鄰的被檢測軸承的變速箱發(fā)射的IR能量)，那么包括非軸承部件的IR分布曲線可以使用圖樣識別技術(shù)濾出。
在本發(fā)明的又一方面，可以測量分布曲線50的斜率70、72以測定IR輻射測量是否包括來自另一個源的IR部件。例如，已知靠近車輪軸承定位的剎底盤是用于使已知IR分布曲線50在測定窗口51的邊緣74、76處的斜率70、72不同于所期待的已知分布曲線。如果一個或多個斜率70、72可以認為不同于所期待的某些曲線，那么可以將接收的曲線進行標準化，以消除其它IR部件的影響并且與已知分布曲線匹配，以便進行軸承溫度測定。
圖7至圖10顯示了列車車輪的示范性狀態(tài)以及可以從列車車輪軸承測量系統(tǒng)的一個實施例獲得的相應IR信號廓線。例如，車輪軸承的一部分和/或熱管與潤滑劑泄漏封鎖狀態(tài)可以導致如圖7的IR輸出信號圖中所示的IR分布曲線，其中各曲線均代表了來自相應傳感元件的輸出。陽光反射和/或過熱的外部盤剎車可以導致如圖8的IR輸出信號圖中所示IR分布曲線。來自滑行車輪的飛散火花可以導致如圖9的IR輸出信號圖中所示的IR分布曲線。對于內(nèi)軸承而言，變速箱和止動零件可以干擾產(chǎn)生了如圖10的IR輸出信號圖中所示的IR分布曲線的內(nèi)軸承測量。使用前面介紹的技術(shù)(諸如開窗口、峰值檢測、斜率檢測和圖樣識別)可以從IR信號廓線中提取實際軸承溫度。
在圖14中顯示的本發(fā)明的另一方面，可以檢測軸承的特定部分以便分析軸承的熱量特征。例如，如圖14中所示，特定軸承座圈(諸如外軸承18的內(nèi)座圈110)可以作為目標，使得對應于這種部件的IR發(fā)射的部分33由用于分析的傳感器接收。用于測得的部分的熱量分布曲線信息可以用來查明用于檢查或修理的軸承的那一部分。在本發(fā)明的又一方面，使用例如接收的分布曲線50的圖樣識別技術(shù)，可以分析通過IR檢測收集的信息以便實現(xiàn)沖擊和負載檢測。
在本發(fā)明的另一方面，使用系統(tǒng)10獲得的信息可以結(jié)合來自其它的源的信息，以檢驗和提高軌道底盤部件完好狀態(tài)分析。例如，由其它傳感器(諸如軌道偏移傳感器41)收集的信息可以與由系統(tǒng)10收集的相應IR發(fā)射信息相關(guān)聯(lián)，該IR發(fā)射信息表示熱軸承狀態(tài)，可以用來檢驗對所述狀態(tài)的檢測。所述關(guān)聯(lián)可以在處理器41內(nèi)或在遠端位置處執(zhí)行，諸如在監(jiān)控器46內(nèi)。
基于前述說明，所介紹的方法可以使用包括計算機軟件、固件、硬件或它們的任何組合或子集的計算機編程或工程技術(shù)實現(xiàn)，其中技術(shù)的作用在于測定軌道車輛底盤部件的狀態(tài)，該底盤部件響應于被傳感器掃描而呈現(xiàn)對應于部件的類型的掃描波形特征。具有計算機可讀代碼的機構(gòu)/部件的任何這種所得程序可以被包括包括或者設置在一個或多個計算機可讀媒體內(nèi)，從而制作計算機程序產(chǎn)品，就是根據(jù)本發(fā)明的制成品。例如，計算機可讀媒體可以包含用于計算機程序代碼的程序指令，該計算機程序代碼用于當獲得特征時處理表示在列車頭附近獲得的特征的接收的成像數(shù)據(jù)。計算機可讀媒體還可以包括用于處理接收的位置數(shù)據(jù)的計算機程序代碼，該接收的位置數(shù)據(jù)反映列車頭的地理位置。另外，計算機可讀媒體可包括用于訪問軌道地標數(shù)據(jù)庫的計算機程序代碼，該軌道地標數(shù)據(jù)庫包括多個軌道地標聯(lián)合構(gòu)成地標標記的各自的地理位置，以使地標標記與成像數(shù)據(jù)和位置數(shù)據(jù)相互關(guān)聯(lián)用以產(chǎn)生地標相關(guān)的特征數(shù)據(jù)。
例如，計算機可讀媒體可以為固定(硬)驅(qū)動機、軟盤、光盤、磁帶、諸如只讀存儲器(ROM)等的半導體存儲器，或任何發(fā)送/接收媒體諸如因特網(wǎng)或其它通信網(wǎng)絡或鏈路。包含計算機代碼的制成品可以通過直接從一個媒體執(zhí)行代碼，通過從一個媒體到另一媒體復制代碼或通過在網(wǎng)絡上發(fā)送代碼而制造和/或使用。
計算機科學領域的技術(shù)人員將能夠?qū)⒁罁?jù)介紹產(chǎn)生的軟件與適當?shù)耐ㄓ没驅(qū)Ｓ糜嬎銠C硬件(諸如微處理器)相結(jié)合，以便產(chǎn)生體現(xiàn)了本發(fā)明的方法的計算機系統(tǒng)或計算機子系統(tǒng)。用于制造、使用或銷售本發(fā)明的裝置可以是一個或多個處理系統(tǒng)，其包括(但不限于)中心處理器(CPU)、存儲器、存儲裝置、通信鏈路和裝置、服務器、I/O設備，或體現(xiàn)本發(fā)明的包括軟件、固件、硬件或它們的任何組合或子集的一個或多個處理系統(tǒng)的任何子部件。
當安裝在圖1的軌枕24中時，系統(tǒng)10可以在列車越過軌枕24時遭受振動和機械應力。圖5顯示了沿著線5-5的軌枕24的截面圖，并且顯示了部分地剖開的用于安裝在軌枕24內(nèi)的系統(tǒng)10的改進的懸掛裝置88。軌枕24可以包括具有安裝空腔84的空心外殼部分80和例如連接在外殼80上邊緣86周圍的蓋子82。懸掛裝置88懸掛載架90，諸如傳感器12、14(未示出)的系統(tǒng)10部件可以連接于該載架90，并且將載架90和與之連接的任何系統(tǒng)部件與振動和沖擊相隔離。
在本發(fā)明的一個方面，懸掛裝置88包括連接于蓋子82的蓋子連接部分92，連接于載架90的載架連接部分94和可變形元件96，可變形元件96設置在蓋子連接部分92和載架連接部分94之間以允許在部分92和94之間的相對移動?？勺冃卧?6元件可以連接于部分92和94中的任一個或兩個。
在圖6顯示的實施例中，可變形元件96包括管狀元件(諸如彈簧)，其例如在通過蓋子連接部分92施加的力的偏壓下是可以在從圓形截面98到橢圓形截面100(以實線橢圓指示)的截面變形的。懸掛裝置88可以包括限制變形構(gòu)件104，例如，部分地包圍可變形元件96以限制可變形元件96經(jīng)歷的變形量。在實施例中，限制變形構(gòu)件104可以包括″C″形截面的成形構(gòu)件，其具有選擇成可將可變形元件96的變形限制到所希望量的尺寸?？勺冃卧?6可以連接至蓋子連接部分92載架部分94或兩個部分92、94，以便允許部分92、94彼此相對地移動。
盡管已經(jīng)就當前所認為的優(yōu)選的實施例了介紹本發(fā)明，但是許多變型和改變對于本領域技術(shù)人員而言將是顯而易見的。因此，本發(fā)明不應限于具體的說明性實施例，而應在所附權(quán)利要求的全部精神和范圍內(nèi)進行解釋。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測軌道車輛底盤部件狀態(tài)的系統(tǒng)，包括包括紅外傳感元件陣列的傳感器，所述元件中的每個都對準軌道車輛底盤部件的目標區(qū)的不同部位，用以產(chǎn)生對應于各個不同部位的各自的掃描波形特征數(shù)據(jù)，所述傳感器如此定向，使得所述元件中的至少一個接收來自經(jīng)過所述傳感器的軌道車輛的所述底盤部件的不受阻的紅外發(fā)射；存儲器，所述存儲器用于存儲對應于已知底盤部件的特征波形特征數(shù)據(jù)；以及與所述傳感器和所述存儲器通信的處理器，所述處理器用于處理關(guān)于存儲在存儲器內(nèi)的所述特征波形特征數(shù)據(jù)的所述掃描波形特征數(shù)據(jù)，用以識別所述被掃描的軌道車輛底盤部件的類型并且提取表示所述被識別的軌道車輛底盤部件的完好狀態(tài)的信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，進一步包括車輪傳感器，所述車輪傳感器產(chǎn)生由所述處理器使用以便使車輪位置與所述掃描波形特征數(shù)據(jù)相互關(guān)聯(lián)的車輪經(jīng)過數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，進一步包括軌道偏移傳感器，所述軌道偏移傳感器產(chǎn)生由所述處理器使用以便使檢測的軌道偏移與所述掃描波形特征數(shù)據(jù)相互關(guān)聯(lián)的軌道偏移數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，進一步包括發(fā)射機，所述發(fā)射機用于發(fā)送完好狀態(tài)信息給遠離所述處理器的裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)射機包括接收機，所述接收機用于接收來自所述遠程裝置的信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，進一步包括數(shù)據(jù)庫，所述數(shù)據(jù)庫與所述處理器通信，用于為被所述系統(tǒng)掃描的列車提供列車參考信息。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器配置成相對于所述軌道車輛底盤的所述部件的定向成銳角地對準所述元件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述部件包括軌道車輪軸的外車輪軸承。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述部件包括軌道車輪的輪面。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器進一步包括校準元件，所述校準元件接收來源于溫度標準的紅外輻射，用于校準所述傳感器的其它元件。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述不同部位至少部分地互相重疊。
12.一種用于測定軌道車輛底盤部件的狀態(tài)的方法，所述部件響應于被傳感器掃描而呈現(xiàn)對應于所述部件類型的掃描波形特征，所述方法包括獲取對應于被傳感器掃描的軌道車輛底盤部件的掃描波形特征數(shù)據(jù)；基于所述接收的掃描波形特征數(shù)據(jù)識別所述軌道車輛底盤部件的類型；以及處理所述獲得的掃描波形特征數(shù)據(jù)，以基于識別的部件類型測定所述部件的狀態(tài)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，識別所述軌道車輛底盤部件的類型包括，將所述獲得的掃描波形特征數(shù)據(jù)與多個已知的特征波形特征中的至少一個進行比較。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，處理所述獲得的掃描波形特征數(shù)據(jù)包括，對所述數(shù)據(jù)進行濾波，以消除非所述識別類型的特征的信息。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，處理所述獲得的掃描波形特征數(shù)據(jù)包括，當所述數(shù)據(jù)的一部分超過預置閾值時進行測定。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，處理所述獲得的掃描波形特征數(shù)據(jù)包括，使檢測的軌道車輪位置與相應的波形特征數(shù)據(jù)相互關(guān)聯(lián)，所述相應的波形特征數(shù)據(jù)是為與所述車輪相關(guān)聯(lián)的底盤部件獲得的。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，進一步包括，基于所述檢測的軌道車輪位置與所述相應的掃描波形特征數(shù)據(jù)的相關(guān)性，產(chǎn)生所希望的波形特征數(shù)據(jù)的窗口。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，進一步包括，忽略在所述掃描波形特征數(shù)據(jù)在所述窗口外的各部分。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述被掃描的軌道車輛底盤部件包括車輪、車輪軸承或車軸。
20.一種包含用于測定軌道車輛底盤部件的狀態(tài)的程序指令的計算機可讀媒體，所述部件響應于被傳感器掃描而呈現(xiàn)對應于所述部件類型的掃描波形特征，所述計算機可讀媒體包括計算機程序代碼，其用于獲取對應于被傳感器掃描的軌道車輛底盤部件的掃描波形特征數(shù)據(jù)；計算機程序代碼，其用于基于所述接收的掃描波形特征數(shù)據(jù)而識別所述軌道車輛底盤部件的類型；以及計算機程序代碼，其用于處理所述獲得的掃描波形特征數(shù)據(jù)，以基于識別的部件類型測定所述部件的狀態(tài)。
21.一種用于測定軌道車輛底盤部件的狀態(tài)的方法，包括利用傳感器陣列來掃描軌道車輛底盤部件，每個傳感器均對準所述部件的被掃描目標區(qū)的不同部位，用以產(chǎn)生對應于各個不同部位的各自的掃描波形特征數(shù)據(jù)；處理所述數(shù)據(jù)以識別所述被掃描的軌道車輛底盤部件的類型；以及對與識別的所述部件的類型相對應的所述數(shù)據(jù)進行濾波，以消除非所述識別類型的特征的信息。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，濾波布置包括截斷對應于所述目標區(qū)的非所需部位的信息。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述不同部位至少部分地互相重疊。
24.一種用于容納軌道車輪底盤檢測設備的空心軌枕的懸掛裝置，所述軌枕具有限定了設備懸掛空腔的外殼；封閉所述設備懸掛空腔的蓋子；和設置在所述空腔內(nèi)的設備載架，所述懸掛裝置包括蓋子連接部分，其用于連接在所述蓋子上；設備載架連接部分，其與所述蓋子連接部分隔開，用于連接在所述設備載架上；以及可變形元件，其設置在所述蓋子連接部分和所述設備載架連接部分之間，用于允許在所述蓋子和所述設備載架之間的相對移動，使得所述設備載架與傳遞至所述軌枕的振動和沖擊相隔離。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的懸掛裝置，其特征在于，所述可變形元件包括縱向設置在所述蓋子連接部分和所述設備載架連接部分之間的可徑向變形的管狀元件。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的懸掛裝置，其特征在于，所述可徑向變形的管狀元件包括彈簧。
27.根據(jù)權(quán)利要求24所述的懸掛裝置，其特征在于，進一步包括限制所述可變形元件的變形的限制構(gòu)件。
28.根據(jù)權(quán)利要求24所述的懸掛裝置，其特征在于，所述限制構(gòu)件包括具有″C″形截面的管狀構(gòu)件，所述管狀構(gòu)件縱向設置在所述可變形元件的部分周圍。
全文摘要
一種用于檢測軌道車輛底盤部件(例如18)狀態(tài)的系統(tǒng)(10)包括傳感器(例如12)，該傳感器包括紅外傳感元件(29)陣列。其中每個元件可以對準軌道車輛底盤部件的目標區(qū)(例如32)的不同部位用以產(chǎn)生對應于各個不同部位的各自的掃描波形特征數(shù)據(jù)。該傳感器可以如此定向，使得該元件中的至少一個接收來自經(jīng)過該傳感器的軌道車輛的該底盤部件的不受阻的紅外發(fā)射(例如33)。該系統(tǒng)還包括用于存儲對應于已知底盤部件的特征波形特征數(shù)據(jù)的存儲器(42)。另外，該系統(tǒng)包括用于處理關(guān)于存儲在存儲器內(nèi)的特征波形特征數(shù)據(jù)的掃描波形特征數(shù)據(jù)的處理器(40)，用以識別被掃描的軌道車輛底盤部件的類型并且提取表示被識別的軌道車輛底盤部件的完好狀態(tài)的信息。
文檔編號B61K9/06GK101072985SQ200580041727
公開日2007年11月14日 申請日期2005年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月6日
發(fā)明者M·梅特施克, T·沙納漢, D·K·斯蒂芬斯, P·赫澤, T·施特勒克, M·哈特曼 申請人:通用電氣公司