一种高速动车组行车故障监测与诊断系统论文和设计-郭展宏

全文摘要

本实用新型公开了一种高速动车组行车故障监测与诊断系统，属于铁路车辆故障检测领域，其特征包括声音传感器、振动计、频率比对分析仪、数据存储服务器、中央计算机、语音播放。所述声音传感器接收异音异响信息，振动计检测异常振动，声音传感器和振动计将收集到的信号传输给频率比对分析仪，频率比对分析仪进行比对分析，将分析结果传递给服务器进行储存，中央计算机通过核实计算机专家系统，在传感器布局图上进行故障定位，并进行故障分析和语音播放。该系统能够对动车组行车时的异音异响和异常振动，进行声源定位以及故障分析，帮助作业人员对列车进行快速的排查，提高作业人员故障检测的准确率，避免出现漏检的情况，保证列车稳定运行。

主设计要求

1.一种高速动车组行车故障监测与诊断系统，其特征在于：包括声音传感器（1）、振动计（2）、频率比对分析仪（3）、数据存储服务器（4）、中央计算机（5）、语音播放（6）；所述的声音传感器（1）接收异音异响信息；所述的振动计（2）检测异常振动；所述的频率比对分析仪（3）对振动计（2）和声音传感器（1）收集到的被测频率信号进行处理，并与正常参考频率进行比对分析；所述的数据存储服务器（4）将分析结果进行储存；所述的中央计算机（5）将接收到的分析结果，在传感器布局图的基础上进行故障定位和语音播放（6）。

设计方案

2.如权利要求1所述的一种高速动车组行车故障监测与诊断系统，所述的声音传感器（1）固定在动车组的车体（7）及转向架（8），声音传感器（1）内置电容式驻极体话筒和A\/D转换模块。

3.如权利要求1所述的一种高速动车组行车故障监测与诊断系统，所述的振动计（2）安装在转向架（8）的关键部件上进行振动检测。

4.如权利要求1所述的一种高速动车组行车故障监测与诊断系统，所述的频率比对分析仪（3）包括移项器（3-1），双平衡混频器（3-2），公共振荡器（3-3），低通滤波器（3-4），放大器（3-5），频率比对器（3-6）；其中所述移项器（3-1）负责将不规则的被测频率信号的相位进行移动；所述的双平衡混频器（3-2）记录移项器（3-1）的信号与公共振荡器（3-3）采集的信号相乘产生中频信号；所述的公共振荡器（3-3）负责采集本振频率；所述的低通滤波器（3-4）针对信号中的谐波进行电子滤波；所述的放大器（3-5）能够将处理后的频率信号放大，便于准确测量比对。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及到动车组故障检测设备领域，具体为一种高速动车组行车故障监测与诊断系统。

背景技术

中国高铁自2007年4月开通以来，逐渐开行了越来越多的CRH系列动车组及标准动车组。随着高速铁路运营里程的增加以及动车组运行速度的不断提高，当动车组在轨道上高速运行时，由于运行线路情况不佳、外界环境异物相碰、相撞或者摩擦、动车组自身零部件脱落等造成的不规格无规律的响声，该类响声对动车组装备在很短的时间内就可能造成较大的机械损失，严重危害铁路行车安全。

动车组在行车过程中，动车组车轮踏面外形会出现不同程度的磨耗，如扁疤、车轮多边形化等失圆现象，车轮磨耗导致轮轨关系的不匹配，造成车体振动异常，噪声增大。空中飞鸟、列车带起的道砟和碎石、隧道掉落物、道基内的遗落物等撞击或相碰产生的异音异响。动车组转向架及车体零件、部件、总成由于自身晃动和振动而使自身裙板、轴箱端盖、螺栓螺帽等脱落产生的异音异响。

十多年来全路运行动车组多次发生途中异音异响和异常振动故障，导致多次停车检查。目前因无专用的高速动车组行车异音异响和异常振动检测工装，仅凭动车组随车机械师的个人经验判断故障源发生位置及故障产生原因，很多情况下在嘈杂的列车运行环境中基本无法确定，存在较大安全隐患，并严重影响高铁动车组运行秩序。同时这样的方式对机械师的个人经验依赖较强，而且很容易出现误判的情况，影响动车组运行的平稳性，降低动车组运行的舒适性。

发明内容

本实用新型针对现有高速动车组在行车途中没有专用的监测装置，而仅凭动车组随车机械师的个人经验判断故障源发生位置及故障产生原因，很多情况下在嘈杂的列车运行环境中基本无法确定，监测结果受主观因素影响较大，不能保证故障监测的准确性等问题；提供了一种能够对高速动车组行车过程中的异音异响和异常振动进行监测与诊断的系统，从而判断故障的空间位置，分析故障原因，提高作业人员故障检测的准确率，避免出现漏检的情况，保证高速列车稳定的运行。

为了达到以上效果，本实用新型采用以下方案：一种高速动车组行车故障监测与诊断系统包括声音传感器、振动计、频率比对分析仪、数据存储服务器、中央计算机、语音播放。所述声音传感器接收异音异响信息，振动计检测异常振动，声音传感器和振动计将收集到的信号有线传输给频率比对分析仪，频率比对分析仪将被测频率与正常参考频率进行比对分析，并将分析结果传递给数据存储服务器进行储存，中央计算机在接收到分析结果后通过核实计算机专家系统中的故障频率，在传感器布局图的基础上进行故障定位分析和语音播放。

优选的，所述的声音传感器固定在动车组的车体及转向架，声音传感器内置电容式驻极体话筒和A\/D转换模块。

优选的，所述的振动计安装在转向架的关键部件上进行振动检测。

优选的，所述的频率比对分析仪包括移项器，双平衡混频器，公共振荡器，低通滤波器，放大器，频率比对器；其中所述移项器负责将不规则的被测频率信号的相位进行移动；所述的双平衡混频器记录移项器的信号与公共振荡器采集的信号相乘产生中频信号；所述的公共振荡器负责采集本振频率；所述的低通滤波器针对信号中的谐波进行电子滤波；所述的放大器能够将处理后的频率信号放大，便于准确测量比对，将分析结果传递给数据存储服务器进行储存，中央计算机在接收到分析结果后通过核实计算机专家系统中的故障频率进行故障定位分析和语音播放。

本实用新型具有如下有益效果：

1）、一种高速动车组行车故障监测与诊断系统，在动车组行车故障检修中通过线监测系统，将传感器进行分组定号的显示到中央计算机上的传感器布局图中，实现对不同位置的故障进行定位。

2）、一种高速动车组行车故障监测与诊断系统，通过频率比对分析仪能够将声音传感器和振动计监测到的频率信号、声强大小和谐波成分，进行信号处理、功率放大和滤波，对监测到的信号进行综合的诊断。

3）、一种高速动车组行车故障监测与诊断系统，能够对动车组的车体以及转向架的零部件进行故障的定位监测和诊断。

4）、一种高速动车组行车故障监测与诊断系统，将故障信息通过综合分析传送给中央计算机进行显示，能够方便的找到故障位置，分析故障原因，有效提高了随车机械师的工作效率。

5）、一种高速动车组行车故障监测与诊断系统，解决当前高速动车在运行途中故障不能及时发现、运行途中一旦发生故障，机械师无法看到故障情形及确认故障真伪的相关问题，故障预警更加及时、可有效提高高速动车组运行的安全性。

附图说明

图1为本实用新型一种高速动车组行车故障监测与诊断系统的结构示意图。

图1中的标号名称：声音传感器（1），振动计（2），频率比对分析仪（3），数据存储服务器（4），中央计算机（5），语音播放（6），车体（7），转向架（8）。

图2为高速动车组行车故障监测与诊断系统频率比对分析仪的工作原理图。

图2中的标号名称：移项器（3-1），双平衡混频器（3-2），公共振荡器（3-3），低通滤波器（3-4），放大器（3-5），频率比对器（3-6）。

具体实施方式

参阅图1为本实用新型一种高速动车组行车故障监测与诊断系统的实施图例，在该实施例中能够实现动车组行车途中的故障信号采集，并上传至中央计算机进行故障定位分析和播放，包括声音传感器（1），振动计（2），频率比对分析仪（3），数据存储服务器（4），中央计算机（5），语音播放（6）；声音传感器（1）负责接收异音异响信息；振动计（2）检测异常振动；频率比对分析仪（3）对振动计（2）和声音传感器（1）收集到的被测频率信号进行处理，并与正常参考频率进行比对分析；数据存储服务器（4）将得到的分析结果进行储存；中央计算机（5）将接收到的分析结果，在传感器布局图的基础上进行故障定位和语音播放（6）。

声音传感器（1）和振动计（2）采集动车组行车途中的异常故障信号，并将采集到的故障信号信息通过频率比对分析仪（3）进行处理分析，并保存在数据存储服务器（4），作为后期经验参考及系统进一步完善优化。

频率比对分析仪（3）：如图2所示：包括移项器（3-1），双平衡混频器（3-2），公共振荡器（3-3），低通滤波器（3-4），放大器（3-5），频率比对器（3-6）；其中所述移项器（3-1）负责将不规则的被测频率信号的相位进行移动；所述的双平衡混频器（3-2）记录移项器（3-1）的信号与公共振荡器（3-3）采集的信号相乘产生中频信号；所述的公共振荡器（3-3）负责采集本振频率；所述的低通滤波器（3-4）针对信号中的谐波进行电子滤波；所述的放大器（3-5）能够将处理后的频率信号放大，便于准确测量比对。

频率比对分析仪（3）将处理过的声音频率传入到频率比对器（3-6）中，和故障库中原有的故障频率进行比对。故障库中原有的故障频率是通过前期人工实验测试所得的成果，或者是后期检测到的异音异响和异常振动频率并存入库中的。如果从频率比对器（3-6）判断是已存信号，则进行故障结果输出。如果从故障频率比对器（3-6）判断不为已存信号，则进行信号的临时存储，现场的关键技术人员会对故障信号进行确认，然后输出。如果技术人员确认该信号由动车组运行中机体的运作所产生，则进行故障排除，解决问题，确保列车能够安全稳定的运行，并把信号录入故障库中存储。如果技术人员确认该信号不是由动车组运行中机体的运作所产生，则会弄清楚声音的来源，并把该信号丢弃。

中央计算机（5）在接收到分析结果后通过核实计算机专家系统中的故障频率，在传感器布局图的基础上进行故障定位分析和语音整合输出，向随车机械师下达精确的检修任务，这样可以节省维修时间和维修费用，提高了列车的维护效率。

应该明确的是，以上仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡以相同或近似的原理对所述技术方案进行的改进，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

设计图

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