一種城市軌道交通列車走行部故障車載分布式診斷系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備故障在線檢測(cè)診斷技術(shù)，尤其涉及一種基于城市軌道交通列車走行部故障車載分布式診斷系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]國(guó)內(nèi)城市軌道交通行業(yè)超常規(guī)地高速發(fā)展，幾個(gè)大數(shù)據(jù)充分表明了這種態(tài)勢(shì):截至2014年末，中國(guó)內(nèi)地已有22個(gè)城市建成并投入運(yùn)營(yíng)軌道交通線路101條，運(yùn)營(yíng)里程突破3000公里;2014年國(guó)內(nèi)新增加長(zhǎng)沙、寧波、無(wú)錫三座城市軌道交通投入運(yùn)營(yíng)，新增9條城軌交通運(yùn)營(yíng)線路，新增運(yùn)營(yíng)里程409公里；2014年，中國(guó)內(nèi)地36個(gè)城市約3300公里的軌道交通在建項(xiàng)目，共完成投資2857億元，也就是說(shuō)，2014年中國(guó)投入地鐵建設(shè)資金日均超過(guò)7.8億;截至2014年底，國(guó)家批準(zhǔn)國(guó)內(nèi)已有38個(gè)城市經(jīng)建設(shè)軌道交通，規(guī)劃總里程接近7000公里；北京、上海、廣州幾大城市地鐵運(yùn)營(yíng)里程均早已超過(guò)200公里，特別是上海軌道交通規(guī)模已成為世界之最。
[0003]運(yùn)營(yíng)里程的不斷增加，數(shù)量眾多的軌道交通車輛的陸續(xù)投入，全國(guó)二十多個(gè)大、中等規(guī)模城市，軌道交通車輛正在城市人口密集區(qū)運(yùn)行，這些車輛每天都是十多個(gè)小時(shí)、2分鐘甚至更短的運(yùn)營(yíng)間隔時(shí)間，滿負(fù)荷、甚至超負(fù)荷地在軌道上奔跑著。
[0004]面臨國(guó)內(nèi)城市軌道交通行業(yè)運(yùn)營(yíng)已經(jīng)擁有的規(guī)模，和還在持續(xù)的超常規(guī)地高速發(fā)展的局面，一個(gè)問(wèn)題十分嚴(yán)峻地?cái)[在面前:如何確保城市軌道交通列車運(yùn)營(yíng)的安全。各地地鐵線路不斷延長(zhǎng)，車輛數(shù)量的不斷增加，及設(shè)備超負(fù)荷運(yùn)營(yíng)下的加速老化，使得近年來(lái)，車輛故障發(fā)生率呈上升的趨勢(shì)，而且其故障嚴(yán)重程度也有不斷上升的苗頭。地鐵運(yùn)營(yíng)和相關(guān)部門(mén)對(duì)地鐵車輛運(yùn)營(yíng)安全問(wèn)題的重視幾乎處于接近極限程度，每天都繃緊神經(jīng)地工作，對(duì)每個(gè)可能的風(fēng)險(xiǎn)環(huán)節(jié)都力求要制定出能夠萬(wàn)無(wú)一失、以確保安全的預(yù)案。
[0005]在預(yù)防各種車輛故障中，預(yù)防走行部安全故障為其重中之重。軌道車輛的全部載荷都加載在走行部上，車輛走行部一旦發(fā)生故障，輕則臨停清客，重則造成嚴(yán)重人身、設(shè)備、道路事故。
[0006]軌道車輛走行部故障問(wèn)題，除了給日常運(yùn)營(yíng)帶來(lái)壓力，也存在工作量大、維護(hù)中諸多矛盾交織的問(wèn)題:常規(guī)制度的列車回庫(kù)檢查，具有滯后性;走行部關(guān)鍵部件如軸承\(zhòng)齒輪\車輪踏面質(zhì)量狀態(tài)，特別是軸承，通過(guò)貼測(cè)溫試紙的方法進(jìn)行跟蹤，不能完全反映運(yùn)行時(shí)的實(shí)際狀況;不同的運(yùn)行條件下軸承的實(shí)際狀態(tài)不同，維修需求也不同；走行部軸箱軸承\(zhòng)齒輪箱軸承的維修周期以及車輪的換輪周期不匹配，導(dǎo)致需要對(duì)列車重復(fù)扣停維修，且某些部件在未到維修周期時(shí)就需要拆裝，如旋轉(zhuǎn)電機(jī)車輛更換齒輪箱軸承時(shí)，就需要拆裝車輪以及軸箱軸承，這些問(wèn)題，不僅造成過(guò)度維修的損失，也極大的增加了維修成本，效果也不理想。
[0007]為了提高機(jī)車走行部的安全監(jiān)測(cè)和安全保障的能力，在2013年，本發(fā)明人申請(qǐng)了實(shí)用新型《一種鐵路機(jī)車走行部故障在線監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)》(ZL201320679842.5)。該技術(shù)方案技術(shù)原理上采用先進(jìn)的“廣義共振和共振解調(diào)的機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)”，有效地解決了普通鐵路、部分高鐵機(jī)車走行部故障的早期預(yù)警、故障準(zhǔn)確定位及地面對(duì)機(jī)車運(yùn)行工況的連續(xù)跟蹤等需要。但是，這種在普通鐵路領(lǐng)域成功應(yīng)用的系統(tǒng)，不能簡(jiǎn)單地照搬到城市軌道交通系統(tǒng)中來(lái)。城市軌道交通系統(tǒng)具有不同于普通鐵路的運(yùn)行特點(diǎn)。例如，《一種鐵路機(jī)車走行部故障在線監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)》(ZL201320679842.5)只針對(duì)單臺(tái)機(jī)車，不能組網(wǎng)，這就不能適應(yīng)多編組的地鐵車輛;相對(duì)于普通鐵路機(jī)車，軌道交通車輛有其運(yùn)行的特殊性:按照整列固定編組運(yùn)行，一般是6-8輛地鐵車輛編組為一列，而從走行部結(jié)構(gòu)來(lái)看，又分成2種車輛:一種是走行部每條軸帶有驅(qū)動(dòng)電機(jī)的，即動(dòng)車；另一種是每條軸不帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)的，即拖車。軌道交通車輛整列編組、車輛走行部結(jié)構(gòu)、運(yùn)行工況和運(yùn)用維修管理體制等方面，都有別于普通鐵路。
[0008]又例如，與幅員遼闊國(guó)土上奔跑的普通鐵路機(jī)車相比，每個(gè)城市的軌道交通運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，是處于相對(duì)有限數(shù)量的固定的車組，每日又總是重復(fù)地在相對(duì)有限距離的固定的線路上運(yùn)行。軌道交通的重復(fù)機(jī)組在重復(fù)的軌道上的重復(fù)運(yùn)行的這個(gè)特點(diǎn)，就造成城軌線路的鋼軌波磨的問(wèn)題十分突出。鋼軌波磨對(duì)輪軌關(guān)系、列車走行部故障均會(huì)產(chǎn)生極大的影響:鋼軌波磨改變了正常的輪軌作用關(guān)系，惡化了輪軌之間的動(dòng)力學(xué)作用，使車輛車輪和軌道鐵軌之間各部件的工作狀態(tài)劣化，加速轉(zhuǎn)向架等相關(guān)安裝部件的機(jī)械損傷，增加列車運(yùn)行時(shí)出軌的風(fēng)險(xiǎn)，和日常養(yǎng)護(hù)維修成本;波磨也影響乘客乘坐的舒適度，列車通過(guò)波磨鋼軌時(shí)所發(fā)出的嘯叫聲是軌道交通噪聲的主要來(lái)源之一，采取減振措施不起作用。而這些問(wèn)題，普通鐵路機(jī)車卻不突出。
[0009]2015年1月，本發(fā)明人申請(qǐng)了實(shí)用新型《一種便攜式地鐵車輛走行部試驗(yàn)診斷系統(tǒng)》(201520012082.1 )，該技術(shù)運(yùn)用“廣義共振和共振解調(diào)的機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)”原理，符合當(dāng)今設(shè)備安全保護(hù)事前預(yù)警、準(zhǔn)確診斷的發(fā)展要求，又具有便攜式結(jié)構(gòu)、方便使用的特點(diǎn)，可用于對(duì)可疑地鐵車輛走行部部位進(jìn)行臨時(shí)試驗(yàn)診斷、指導(dǎo)地鐵車輛運(yùn)行與維修。
[0010]但是，該技術(shù)方案不是作為地鐵車輛的標(biāo)準(zhǔn)配備設(shè)備設(shè)計(jì)的，而是作為便攜式設(shè)備、非車載式設(shè)備設(shè)計(jì)，使用對(duì)象是針對(duì)不配備車載診斷系統(tǒng)的地鐵既有車輛，在需要時(shí)可以方便、靈活地應(yīng)用。正因?yàn)槿绱耍摷夹g(shù)方案在結(jié)構(gòu)和功能上還有一定的局限、保留和短缺之處。
[0011 ]例如，便攜式檢測(cè)設(shè)備試驗(yàn)完成后需拆卸;不能在線實(shí)時(shí)給出診斷結(jié)論，而是需要將檢測(cè)數(shù)據(jù)下載、并導(dǎo)入地面分析管理軟件后才能給出診斷結(jié)論;不能作為車載式在線設(shè)備使用。
[0012]目前，國(guó)內(nèi)外基于地鐵車輛走行部檢測(cè)也還存在種類繁多的其它系統(tǒng)，但都僅停留在振動(dòng)參數(shù)檢測(cè)或溫度檢測(cè)的水平上，由于沒(méi)有運(yùn)用先進(jìn)的“廣義共振和共振解調(diào)的機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)”，不具備故障診斷預(yù)警能力，尤其對(duì)軸承、齒輪、踏面、軌道波磨等早期故障的診斷無(wú)能為力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種能對(duì)軸承、齒輪、踏面、軌道波磨故障診斷預(yù)警的城市軌道交通列車走行部故障車載分布式診斷系統(tǒng)。
[0014]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是，一種城市軌道交通列車走行部故障車載分布式診斷系統(tǒng)，包括列車主機(jī)、轉(zhuǎn)速傳感器、列車總線、車輛分機(jī)、前置處理器、車輛總線、復(fù)合傳感器，
[0015]所述列車主機(jī)與車輛分機(jī)通過(guò)列車總線通信，獲取車輛分機(jī)診斷子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行集中顯示、報(bào)警及輸出、下載;并通過(guò)列車總線向車輛分機(jī)提供轉(zhuǎn)速信號(hào)；向車輛分機(jī)發(fā)送控制指令；
[0016]所述車輛分機(jī)與前置處理器通過(guò)車輛總線通信，所述前置處理器與復(fù)合傳感器通信，所述復(fù)合傳感器安裝于列車各車廂的軸承座上，所述轉(zhuǎn)速傳感器與列車主機(jī)通信，所述轉(zhuǎn)速傳感器安裝于旋轉(zhuǎn)部件上檢測(cè)旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)速，車載分布式診斷系統(tǒng)的每臺(tái)車輛分機(jī)獨(dú)立管理1節(jié)車廂、自行實(shí)施診斷和報(bào)警、實(shí)施數(shù)據(jù)獨(dú)立存儲(chǔ)；
[0017]所述列車主機(jī)的結(jié)構(gòu)包括列車主機(jī)數(shù)字信號(hào)處理板、電源轉(zhuǎn)換板、顯示板及接口板，所述列車主機(jī)從所在的車輛上獲取DC110V電源，經(jīng)過(guò)電源轉(zhuǎn)換板轉(zhuǎn)換后提供給列車主機(jī)數(shù)字信號(hào)處理板，并輸出到面板的顯示板及接口板;列車主機(jī)處理轉(zhuǎn)速傳感器輸入的轉(zhuǎn)速信號(hào)，經(jīng)過(guò)隔離、整形及濾波處理后通過(guò)接口板，經(jīng)列車總線輸出到車輛分機(jī);列車主機(jī)通過(guò)列車總線接口獲取車輛分機(jī)的數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)，經(jīng)過(guò)診斷處理后輸出到面板的顯示板，并通過(guò)接口板輸出到顯示板;所述接口板包括轉(zhuǎn)速接口、列車總線接口、擴(kuò)展接口、網(wǎng)絡(luò)接口、報(bào)警下載接口和電源接口；
[0018]所述列車主機(jī)數(shù)字信號(hào)處理板包括ARM板、可編程門(mén)陣列、轉(zhuǎn)速處理電路、電源穩(wěn)壓電路、配置電可擦存儲(chǔ)芯片、網(wǎng)絡(luò)接口、時(shí)鐘、大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、數(shù)字10、通信接口，所述可編程門(mén)陣列、配置電可擦存儲(chǔ)芯片、網(wǎng)絡(luò)接口、時(shí)鐘、大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器均與ARM板通信，所述電源穩(wěn)壓電路分別與ARM板和可編程門(mén)陣列通信，所述轉(zhuǎn)速處理電路、通信接口、數(shù)字10均與可編程門(mén)陣列通信；
[00?9]所述車輛分機(jī)的結(jié)構(gòu)包括車輛分機(jī)數(shù)字信號(hào)處理板、電源轉(zhuǎn)換板、顯不板、模擬板及面板接口板，車輛總線接口，列車總線接口，網(wǎng)絡(luò)接口，車輛分機(jī)從所在的車輛上獲取DC110V電源，經(jīng)過(guò)電源板轉(zhuǎn)換后提供給車輛分機(jī)數(shù)字信號(hào)處理板、模擬板，并輸出到面板接口板;車輛分機(jī)通過(guò)車輛總線接口控制前置處理器，對(duì)前置處理器輸出的模擬信號(hào)進(jìn)行濾波處理及模數(shù)轉(zhuǎn)換后進(jìn)行診斷分析，并通過(guò)面板接口板在面板上顯示報(bào)警信息；車輛分機(jī)通過(guò)列車總線接口獲取列車主機(jī)發(fā)送的轉(zhuǎn)速信號(hào)，同時(shí)，通過(guò)該接口接受列車主機(jī)的控制指令并反饋相應(yīng)的信息;車輛分機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口進(jìn)行調(diào)試及下載數(shù)據(jù)；