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地铁车辆安全检测系统及结构设计

文档作者：王信隆文档来源：哈尔滨威克科技股份有限公司		点击数：	更新时间： 2020年12月03日
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制造业信息化
aon仿真/建/cad/cam/cae/capp
地铁车辆安全检测系统及结构设计
王信隆
(哈尔滨威克科技股份有限公司,哈尔滨150090)
摘要:地铁车辆安全检测系统是对地铁车辆轴承温度、车轮擦伤进行在线检测的监控系统列车运行时轴承温度会发
热,正常情况下其温度有一定的范围。但轴承出现异常时,如滚珠磨坏碎裂、轴承掉皮等,轴承温度就会急剧升高,处理
不及时会发生车轮不转、甚至断轴等事故。该系统用红外线在线实时检测轴承温度,上传给相关人员,并分级报警。系统
另一功能是对车轮的擦伤、离等损伤用振动传感器进行检测为检修人员提供依据。系统配有车号自动识别功能,为
用振动
检测结果匹配到具体的车辆、左右侧、第几轴等为车辆的安全运行提供保障。
关键词:地铁车辆;车轮擦伤;红外线轴温;结构设计
中图分类号:U231
文献标识码:A文章编号:1002-2333(2010)03-0094-04
1系统概述
2系统的主要功能
地铁车辆安全检测系统是针对地铁的实际运行情况
自动分级判别车辆发生的热轴故障;自动分级判别
开发的一套安全检测系统,是对地铁车辆轴承温度、车轮车辆发生的平轮故障;自动语音、强音报警;自动预报系
擦伤进行实时在线检测的监控系统。本系统为上海市科统故障,记录探测站100个自检故障记录;自动预报通道
委的项目,与上海地铁运营公司车辆分公司联合开发,首及设备通信故障;实时存储100000列列车的探测信息;
先安装在上海地铁三号线。当列车运行时,如果轴承出现可以后台打印各种数据,打印数据的同时不影响系统正
异常,如滚珠磨坏碎裂、轴承掉皮等,轴承温度就会急剧常接车;系统工作于多任务方式,分析探测信息时不影响
升高,处理不及时会发生车轮不转甚至断轴等事故当列系统正常接车;系统工作于多窗口方式,可同时打开多个
车出现紧急刹车、异物磨损等情况时,会导致车轮磨平、窗口,分析不同列车信息;友好界面,便于操作的人机对
剥离等,加剧车辆振动,不但影响舒适度,也会对车辆和话接口;以设置系统时间;可以选择是否自动实时打印通
线路造成损害。本系统就是对这样的情况进行检测。检测过列车信息;可以选择是否自动实时打印自检故障报告;
结果可根据车号识别分系统和开关门磁钢,具体定位在可以选是否自动实时打印热轴探测报告;可以选择是
哪列车、哪辆车、第几轴、左右侧等。对于超出指标的数据否自动实时打印平轮探测报告;可以选择是否自动实时
进行报警并传给行车调度,及时处理,避免事故发生并给打印统计报表;可以选择按绝对温度或相对温升输出轴
检修人员提供维修数据。系统主要由中央管理机,地面检箱温度;可以选择打印探测报告的部分或全部信息可以
测设备所组成,包括车号识别、红外线轴温检测平轮检对红外轴温检测探测站进行探头角度分析;自动生成每
测、车轮传感器等部分组成。中央管理机与检测设备通过班、每日统计报表。
专线 Modem或 PNSTM网方式相连接收检测数据。中央中央主机具有人机对话功能用户界面简洁、实用、美
管理机通过专用通讯线路将检测数据和设备状态实时传观。用户界面可实时显示探测站的工作状态和设备的状
送给管理中心和维修中心。中央管理机针对车辆的轮缘态、通讯情况。同时具有数据整理、存档、统计等功能。中
踏面的损伤情况,轴温的变化情况进行数据分析形成文央主机根据探测站的自检功能,可以实时监测到探测站
件同时系统能够对自身的故障进行诊断系统结构如图的振动传感器、红外传感器、车号识别系统等的状态。
1所示。
3系统的技术原理
3.1车辆轴承温度探测原理
列车在运行中,轴承会产生摩擦热,并传给轴箱。一
旦轴承出现故障,在非正常运转状态下,会导致轴箱温度
迅速上升,产生热轴。系统采用红外线温度检测方式,对
特定部位进行无接触的自动在线检测,并进行统计分析,
分为正常轴温和非正常轴温,非正常轴温分为微热、强热
和激热三种,进行警告、减速、停车等不同的等级处理,避
免事故的发生。
3.2平轮检测原理
图1
列车运行中会因异常制动等原因造成车轮踏面的损
94机械工程师2010年第3期
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伤或剥离,统称为“平轮”。平轮会引起轮轨间周期性的冲和安装方式都需单独设计
击、震动,给轮轨带来进一步的损害。本系统根据振动学4.1红外线轴温探箱部分的设计
原理,采用加速度传感器来检测平轮对钢轨冲击所产生
红外线轴温探箱结构图如图4
的振动信息,并对信息进行处理分析,进而识别、分级,对
平轮进行预报,为检修提供依据。具体阐述如下:
列车在低速运行时,车轮滚到平轮起点A时,将绕A
点旋转直至整个平轮表面撞击轨面,之后又迅速绕B点
旋转,进一步对钢轨施加作用,直到恢复正常滚动状态。
而高速运行时,车轮滚到A点后将脱离钢轨表面,在空中
一边旋转,一边做惯性运动,同时向下跌落,最终在B点
接触轨面,对钢轨造成冲击。
由此可见,随着
速度的变化,平轮冲
击特征在某临界速
位置位置b位置度下会发生突变当
(a)低速列车平轮运动示意图
列车以角速度w=k
图4红外线探头箱
(为运行速度,R为
探箱用玻璃钢浇注而成,重量轻,抗腐蚀。探箱分下
半径)由位置a到箱体、中盖和上隔热罩组成隔热罩与中盖间有隔热材料
位置位置位置b,如图2所示,所经和一定的空间,是防止太阳照射使箱内温度过高而损害
(b)高速列车平轮运动示意图
图2
历时间t等于轮心部件并保证测温的准确性;隔热罩两侧突出,探测口下面
向下跌落距离所需是空的,这种结构设计是防止冬季大雪把探测口盖住,下
时间t2时,将出现临界状态,此时
雪时就会使雪从探测口落到道床上而不会把探测口堵
死;探测口斜下方是保护门结构,如图5,平时不过车时保
式中μ为车轮向下跌落的加速度,根据牛顿第二定律
可得u=l(m+m2)/M2g
其中M1、M2分别为车辆一系簧上、簧下质量。由实际
和计算结果表明,车轮跌落的钢轨振动加速度与与跌落
时的冲击速度有比率关系,因此用振动传感器就可以实
现平轮的测量。
图5探头箱保护门
33车号自动识别原理
护门关闭,保护红外探头,防止异物灰尘等进入,来车
系统采用微波发射调制技术,先把车辆车号等信息时由转角电机把保护门打开,进行温度探测另外由于
写在一个无源的标签上,并把标签安装在车辆底部。地面过车振动,为了不让探头抖动使探测位置发生变化,红
天线发射微波并接收标签返回信息,解调发射回的微波外线探头安放在探箱中的4个三维等刚度减振器上
信号,解读车号信息,传送给中央机。
(如图6),这对探测的稳定
4系统各部分的结构设计
性是至关重要的。探头以
系统整体布局如图3所示,要求安装在平直线路上45°角安装,这是为了探测
钢轨的中间位置。由于地铁线路基本上都是水泥道床整轴承运行方向后面的位置
体结构,不同于国家铁路的道渣结构,因此各部分的结构温度,因为后面不迎风温度
要比前面高一些。如图7,图6探头减振器
机柜平轮机房
探箱安装在底座的移动板
上,又加了橡胶垫以进一步
磁钢减振,移动板可在底部固定
板上移动,以调整探测位置
的准确性。底部固定板用膨
⊙⊙
胀螺栓固定在水泥道床上。
上海地铁10号线探箱安装
及探测位置图8所示,安
图3
装方便,检修拆卸灵活。
图7探箱安装底座
机械工程师2010年第3期95
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机信号是列车经过系统完成测试后关闭系统。
5系统的工作过程
平时不过车时,系统处于关闭状态,只是定时进行系
统各功能的自检,如果检查到有不正常的问题,就提示警
图8红外线探箱安装及探测位置
告。当来车时,首先经过开机磁钢给出来车信号,系统就
会打开并处于待测状态,按程序把各项检测结果形成过
车报文储存起来,列车过后关机磁钢就把系统关闭。中央
机每隔几秒就会查询探测站是否有过车报文,探测站没
护管
振动传感
有就给出无报文应答,如果有就把过车报文上传给中央
机,由应用人员进行相关处理。图13是正常接车界面。
不
图9振动传感器安装图
4.2平轮检测部分的设计
要完整地测试一个车轮,根据振动加速度传感器的
测试范围,每根钢轨需要安装5个,才能测试一个车轮的
一周。振动加速度传感器必须牢牢的固定在钢轨上才能
准确的测试到平轮的冲击。为此我们先把传感器用螺纹
拧在非常平的夹轨卡块上,再用特殊胶把缝隙填满固定
住,夹块按照钢轨底边形状开槽,用这样的两个夹块放在
图13系统接车界面
钢轨底边上,用螺栓夹紧固定。然后把保护罩拧在有传感
器的夹块上。传感器电缆用护管保护引到两钢轨中间的
应用人员在中央机上还可以进行查看各种单项数
线槽里,再把全部电缆用一根高压胶管保护引到机房内。据、进行各样的统计分析,如热轴统计、平轮统计;日、周、
线槽也用膨胀螺栓固定在道床上,如图10。
月统计;各车次统计等。如轴温信息窗口,它包括了列车
的基本信息,如存车号、车号、列车辆数、轴数、通过时间、
平轮振动传感器
速度、开关门次数、开机次数、是否有自检、热轴数、环温、
箱温等信息(如图14)
图10振动传感器线槽安装图
4.3车号识别天线的安装设计
如图11,系统采用铁路HTK-196车号自动识别系
统,但改为水泥整体道床的安装方式,用螺栓固定。
图14轴温界面窗口
图11车号识别系统天线
当有热轴出现时,“热轴”属性页中显示热轴信息,并
4.4车轮传感器的安装设计
显示相应轴的热轴跟踪信息。具体信息说明如下:
如图12,与振动传感器安装方法相同,车轮传感器也
(1)基本信息:包括一些基本的信息,如探测站名、辆
是装夹在钢轨上,也称为磁数、热轴数、环温、热轴序号等。
车轮传感器
钢,采用电磁原理,是无源的,
(2)热轴信息:显示热轴的基本信息,有辆序、轴序、
护管
当车轮经过其上时就产生一热轴级别、温升、模型等,最多4条,用红色显示。将鼠标
个脉冲信号。分为开机、开关放在信息上,信息字体颜色会发生变化,变得醒目便
门、关机磁钢,开机信号是使于观看。
系统打开准备接车测试,开关
(3)热轴跟踪信息:如图15,显示热轴的跟踪信息。双
图12
门信号是测速和控制采集,关击热轴列表中的对应的行,就可以调出热轴波形,热轴波
96机械工程师2010年第3期
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制造业信息化
仿/建模/cad/cam/cae/CAPP DMANUFA
基于Pro/E的直齿变位齿轮的三维建模
王金锋,张轶群杨懿
(1.沈阳迅捷机械有限公司,沈阳1101412沈阳飞机工业集团,沈阳10034;
3.沈阳辽无一电子科技有限公司,沈阳110004)
摘要:介绍了Pro/E参数化设计系统,详细论述了利用该技术实现零件参数化建模的过程,并利用该技术实现了直齿
变位齿轮的三维建模。
关键词:Pro/E;参数化建模;变位齿轮
中图分类号:TP391.7
文献标识码:A
文章编号:1002-2333(2010)03-0097-02
现代生产的发展,不论是在承载能力、工作可靠稳定要是以表达式的形式存储设计参数,来实现参数驱动。它
方面,还是在结构尺寸和重量方面,对齿轮传动的要求愈主要有两种操作类型,一种是尺寸约束参数化,对形状特
来愈高。而标准齿轮在加工过程中齿数小于最小齿数时征进行尺寸约束;一种是定位约束参数化,即对特征进行
会出现根切的现象,在一定条件下限制了齿轮机构的尺定位约束。将参数化设计与特征建模结合起来,使得特征
寸和重量的减小,而且标准齿轮在安装的过程中对中心作为参数的载体,通过特征的操作构造零件的几何形状,
距要求严格。由于这些缺点,标准齿轮传动很难适应发展使得不同特征的形状尺寸和位置尺寸在一定范围内,操
的需要,因此有必要对其修正。齿轮修正的方法很多,其作者可以根据需求调整参数值,得到所需零件。在ro/
中最为常用的方法是变位修正法,因此在虚拟设计装配系统中,对于每一个模型,系统都记录着该模型的主要设
的过程中也提出了实现变位齿轮的虚拟设计。
计步骤和参数。系统允许用户对这些记录作为一个程序
1Pro/E参数化建模技术
进行编辑,并且通过执行重新编辑的纪录,系统就可以自
参数化设计思想是Pro/E的核心设计思想,该思想主动完成模型变换后的再生。
图15热轴界面窗口
图17系统整体图
形的显示和正常的调取波形一样。
试需要5天,中央机安装需要1天。没有开通运营的在建
热轴分为不同的等级,每个热轴的情况还可以调出线路3天就可以安装完成,所以整个系统的安装也很快。
其波形来具体分析,波形窗口如图16。
本系统最初是为上海地铁3号线开发的,并于2005年通
过上海科委鉴定,自从在3号线安装应用以来,运行稳定
可靠,效果很好。到目前为止,已经陆续在北京地铁1、5
号线;上海地铁3、4、5、6、8号线上安装应用。另外已在上
海在建的7、10、11号线上完成安装,待线路2010年开通
运营后,一并投入使用。图17是在上海地铁10号线上安
装的本系统。
随着我国的不断发展,各大城市现在大多都在计划建
设地铁工程,又有一大批城市的地铁建设获国家批准,因
此这套地铁车辆安全检测系统还有着极大的应用前景。
图16轴温波形窗口
(编辑明涛)
6系统的安装使用情况
作者简介:王信隆(1964-),男,工程师,主要从事铁路(地铁)车辆安
由于有些地铁线路已经开通运营,安装只能在夜间
全检测系统方面的研究工作。
停运时才能进行,一般每天只有3h。这样系统的安装调收稿日期:2010-01-07

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