高速動車組電機及齒輪箱監(jiān)測系統(tǒng)的研究和應(yīng)用

劉少龍

摘 要：在對高速動車組電機及齒輪箱監(jiān)測系統(tǒng)的特點和構(gòu)成介紹的基礎(chǔ)上，通過對系統(tǒng)的安裝和檢測布點的分析，提出了監(jiān)測系統(tǒng)的可行性實施方案。

關(guān)鍵詞：動車組 監(jiān)測系統(tǒng) 應(yīng)用

中圖分類號：U279.3 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）02（c）-0040-01

牽引電機軸承和齒輪箱軸承是影響動車組高速運行的關(guān)鍵因素。為了進一步掌握動車組正式運營后這些設(shè)備的運行狀態(tài)，如溫度、加速度、震動等信息，跟蹤研究其發(fā)展趨勢，需要選擇典型運用動車組的典型車輛增加監(jiān)測系統(tǒng)，進行長期的觀察運行和對記錄數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。所加裝系統(tǒng)獨立于動車組系統(tǒng)以外，定期讀取監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析這些部件的運行狀態(tài)。

1 監(jiān)測系統(tǒng)的特點

（1）可監(jiān)測動車每個轉(zhuǎn)向架的牽引電機非傳動端軸承處溫度、垂向、橫向振動加速度、電機表面溫度、振動，齒輪箱溫度、振動；（2）監(jiān)測系統(tǒng)采用分散的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可根據(jù)測點分布分區(qū)域加裝監(jiān)測模塊，各監(jiān)測模塊之間以及和主機之間通過無線網(wǎng)絡(luò)相連，只需給各模塊提供電源即可，加裝非常方便；（3）完全獨立于動車組控制系統(tǒng)，即使監(jiān)測系統(tǒng)出現(xiàn)故障，也不會擴散或影響動車組的運行；（4）數(shù)據(jù)下載和監(jiān)測方便，甚至可通過互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測所有加裝監(jiān)測設(shè)備的動車組的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)刷新間隔為1s。

2 總體方案說明

運行監(jiān)測方案的具體實施方案如下。（1）在動車組車內(nèi)安裝一個無線局域網(wǎng)主機。（2）動車組車頂安裝1個GPS天線，構(gòu)成GPRS無線移動網(wǎng)。（3）選擇兩輛動車加裝系統(tǒng)，該動車每個轉(zhuǎn)向架附近各安裝一套獨立的無線監(jiān)測發(fā)射裝置。該裝置實時監(jiān)測記錄牽引電機和齒輪箱的溫度、振動、應(yīng)力數(shù)據(jù)。（4）無線局域網(wǎng)主機、4個無線監(jiān)測發(fā)射裝置構(gòu)成一個WLAN無線局域網(wǎng)，所有檢測數(shù)據(jù)在無線局域網(wǎng)主機匯總，可通過以下方式進行數(shù)據(jù)監(jiān)視或下載。數(shù)據(jù)下載后，通過地面分析系統(tǒng)可根據(jù)歷史數(shù)據(jù)進行趨勢判斷，起到對設(shè)備狀態(tài)的預(yù)警功能。（5）運行檢測系統(tǒng)構(gòu)成如圖1。

3 監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成

（1）分布于齒輪箱和電機上的傳感器將數(shù)據(jù)傳送到車下無線監(jiān)測發(fā)射裝置，發(fā)射裝置通過局域網(wǎng)發(fā)送到車上乘務(wù)員室局域網(wǎng)主機，再通過GPS或GPRS天線發(fā)送出去。

（2）監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備組成。①無線監(jiān)測發(fā)射裝置。車下無線監(jiān)測發(fā)射裝置采用防水型鋁合金機箱，各種接口也是防水型接插件。安裝于車下每臺轉(zhuǎn)向架周圍。每列車四個，每個動車各兩個。②GPS天線。GPS天線安裝于其中一輛動車的車外頂部。③車上無線局域網(wǎng)主機。車上無線局域網(wǎng)主機采用液晶屏，顯示分辨率為800×600，五線電阻式觸摸屏，STX嵌入式CPU，產(chǎn)品美觀堅固，抗震性好，電磁屏蔽性好。車上無線局域網(wǎng)主機安裝于其中一輛動車的乘務(wù)員室內(nèi)。④GPRS裝置和電源集成箱。GPRS天線裝置和電源集成箱采用鋁合金機箱，各種接口也是接插件結(jié)構(gòu)。

4 檢測布點

牽引電機檢測。

（1）檢測布點（每個轉(zhuǎn)向架）。

溫度檢測：共4點，每臺電機各2點，檢測非傳動端軸承處溫度、電機表面溫度。

振動檢測：共4點，每臺電機各4點，分別檢測非傳動端軸承處的垂向和橫向振動，及傳動端軸承的垂向和橫向振動。

（2）檢測點布置圖。

非傳動端軸承溫度及振動檢測點布置見圖2。利用安裝螺栓，將溫度及振動的合成元件裝入螺栓中。

5 數(shù)據(jù)的采集與讀取

數(shù)據(jù)的讀取與分析通過“車輛無線傳感器網(wǎng)絡(luò)--列車無線局域網(wǎng)--地面遠程監(jiān)控”的多層次結(jié)構(gòu)來完成。

車下無線監(jiān)測發(fā)射裝置，負(fù)責(zé)加速度信號及溫度信號的采集與本地保存，加速度信號的采樣頻率為256Hz，溫度信號的采樣頻率為1Hz。加速度數(shù)據(jù)每秒進行一次處理，包括信號預(yù)處理、數(shù)字低通濾波、計算加速度信號的最大值、均值、均方根值、主要振動頻率等，同時，將數(shù)據(jù)處理結(jié)果上傳至車上無線局域網(wǎng)主機。

車上無線局域網(wǎng)主機負(fù)責(zé)匯集各無線監(jiān)測發(fā)射裝置的數(shù)據(jù)，并顯示各無線監(jiān)測發(fā)射裝置上傳的數(shù)據(jù)及特定參數(shù)的變化趨勢曲線，顯示方案為分屏顯示各轉(zhuǎn)向架的監(jiān)測數(shù)據(jù)，一個轉(zhuǎn)向架上各測點的溫度及加速度統(tǒng)計量以數(shù)字形式顯示在同一屏上，點擊顯示數(shù)據(jù)可彈出相應(yīng)的變化趨勢曲線圖。同時，將匯集的數(shù)據(jù)以1包/s的速率通過GPRS向地面車下主機發(fā)送，以便地面人員實時掌握列車的運行安全狀況。

車下監(jiān)視設(shè)備（安裝監(jiān)測軟件的電腦）負(fù)責(zé)接收車上無線局域網(wǎng)主機通過GPRS傳回的各測點的監(jiān)測結(jié)果，并將監(jiān)測結(jié)果保存于相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中，同時可進行與車上主機相同的顯示。車下監(jiān)視系統(tǒng)可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)進行趨勢判斷，對設(shè)備狀態(tài)進行預(yù)警監(jiān)控。當(dāng)列車回庫時，車下監(jiān)視設(shè)備可通過無線局域網(wǎng)讀取保存于各無線監(jiān)測發(fā)射裝置本地的加速度采樣原始數(shù)據(jù)，以進行事后的分析處理。

6 結(jié)語

以上監(jiān)測方案在現(xiàn)有動車組上的應(yīng)用，既可以利用無線局域網(wǎng)，在車內(nèi)的便攜式電腦上進行監(jiān)視或下載，又可以在動車組入庫后通過無線局域網(wǎng)直接下載數(shù)據(jù)，且在動車組運行過程中也可通過無線移動網(wǎng)絡(luò)在任何地點進行監(jiān)視。對于掌握動車組電機和齒輪箱的運行狀態(tài)，跟蹤研究其發(fā)展趨勢，提供了一個便捷的平臺。

參考文獻

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