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地鐵車輛安全檢測系統及結構設計

文檔作者：王信隆文檔來源：哈爾濱威克科技股份有限公司		點擊數：	更新時間： 2020年12月03日
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地鐵車輛安全檢測系統及結構設計
王信隆
(哈爾濱威克科技股份有限公司,哈爾濱150090)
摘要:地鐵車輛安全檢測系統是對地鐵車輛軸承溫度、車輪擦傷進行在線檢測的監控系統列車運行時軸承溫度會發
熱,正常情況下其溫度有一定的范圍。但軸承出現異常時,如滾珠磨壞碎裂、軸承掉皮等,軸承溫度就會急劇升高,處理
不及時會發生車輪不轉、甚至斷軸等事故。該系統用紅外線在線實時檢測軸承溫度,上傳給相關人員,并分級報警。系統
另一功能是對車輪的擦傷、離等損傷用振動傳感器進行檢測為檢修人員提供依據。系統配有車號自動識別功能,為
用振動
檢測結果匹配到具體的車輛、左右側、第幾軸等為車輛的安全運行提供保障。
關鍵詞:地鐵車輛;車輪擦傷;紅外線軸溫;結構設計
中圖分類號:U231
文獻標識碼:A文章編號:1002-2333(2010)03-0094-04
1系統概述
2系統的主要功能
地鐵車輛安全檢測系統是針對地鐵的實際運行情況
自動分級判別車輛發生的熱軸故障;自動分級判別
開發的一套安全檢測系統,是對地鐵車輛軸承溫度、車輪車輛發生的平輪故障;自動語音、強音報警;自動預報系
擦傷進行實時在線檢測的監控系統。本系統為上海市科統故障,記錄探測站100個自檢故障記錄;自動預報通道
委的項目,與上海地鐵運營公司車輛分公司聯合開發,首及設備通信故障;實時存儲100000列列車的探測信息;
先安裝在上海地鐵三號線。當列車運行時,如果軸承出現可以后臺打印各種數據,打印數據的同時不影響系統正
異常,如滾珠磨壞碎裂、軸承掉皮等,軸承溫度就會急劇常接車;系統工作于多任務方式,分析探測信息時不影響
升高,處理不及時會發生車輪不轉甚至斷軸等事故當列系統正常接車;系統工作于多窗口方式,可同時打開多個
車出現緊急剎車、異物磨損等情況時,會導致車輪磨平、窗口,分析不同列車信息;友好界面,便于操作的人機對
剝離等,加劇車輛振動,不但影響舒適度,也會對車輛和話接口;以設置系統時間;可以選擇是否自動實時打印通
線路造成損害。本系統就是對這樣的情況進行檢測。檢測過列車信息;可以選擇是否自動實時打印自檢故障報告;
結果可根據車號識別分系統和開關門磁鋼,具體定位在可以選是否自動實時打印熱軸探測報告;可以選擇是
哪列車、哪輛車、第幾軸、左右側等。對于超出指標的數據否自動實時打印平輪探測報告;可以選擇是否自動實時
進行報警并傳給行車調度,及時處理,避免事故發生并給打印統計報表;可以選擇按絕對溫度或相對溫升輸出軸
檢修人員提供維修數據。系統主要由中央管理機,地面檢箱溫度;可以選擇打印探測報告的部分或全部信息可以
測設備所組成,包括車號識別、紅外線軸溫檢測平輪檢對紅外軸溫檢測探測站進行探頭角度分析;自動生成每
測、車輪傳感器等部分組成。中央管理機與檢測設備通過班、每日統計報表。
專線 Modem或 PNSTM網方式相連接收檢測數據。中央中央主機具有人機對話功能用戶界面簡潔、實用、美
管理機通過專用通訊線路將檢測數據和設備狀態實時傳觀。用戶界面可實時顯示探測站的工作狀態和設備的狀
送給管理中心和維修中心。中央管理機針對車輛的輪緣態、通訊情況。同時具有數據整理、存檔、統計等功能。中
踏面的損傷情況,軸溫的變化情況進行數據分析形成文央主機根據探測站的自檢功能,可以實時監測到探測站
件同時系統能夠對自身的故障進行診斷系統結構如圖的振動傳感器、紅外傳感器、車號識別系統等的狀態。
1所示。
3系統的技術原理
3.1車輛軸承溫度探測原理
列車在運行中,軸承會產生摩擦熱,并傳給軸箱。一
旦軸承出現故障,在非正常運轉狀態下,會導致軸箱溫度
迅速上升,產生熱軸。系統采用紅外線溫度檢測方式,對
特定部位進行無接觸的自動在線檢測,并進行統計分析,
分為正常軸溫和非正常軸溫,非正常軸溫分為微熱、強熱
和激熱三種,進行警告、減速、停車等不同的等級處理,避
免事故的發生。
3.2平輪檢測原理
圖1
列車運行中會因異常制動等原因造成車輪踏面的損
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傷或剝離,統稱為“平輪”。平輪會引起輪軌間周期性的沖和安裝方式都需單獨設計
擊、震動,給輪軌帶來進一步的損害。本系統根據振動學4.1紅外線軸溫探箱部分的設計
原理,采用加速度傳感器來檢測平輪對鋼軌沖擊所產生
紅外線軸溫探箱結構圖如圖4
的振動信息,并對信息進行處理分析,進而識別、分級,對
平輪進行預報,為檢修提供依據。具體闡述如下:
列車在低速運行時,車輪滾到平輪起點A時,將繞A
點旋轉直至整個平輪表面撞擊軌面,之后又迅速繞B點
旋轉,進一步對鋼軌施加作用,直到恢復正常滾動狀態。
而高速運行時,車輪滾到A點后將脫離鋼軌表面,在空中
一邊旋轉,一邊做慣性運動,同時向下跌落,最終在B點
接觸軌面,對鋼軌造成沖擊。
由此可見,隨著
速度的變化,平輪沖
擊特征在某臨界速
位置位置b位置度下會發生突變當
(a)低速列車平輪運動示意圖
列車以角速度w=k
圖4紅外線探頭箱
(為運行速度,R為
探箱用玻璃鋼澆注而成,重量輕,抗腐蝕。探箱分下
半徑)由位置a到箱體、中蓋和上隔熱罩組成隔熱罩與中蓋間有隔熱材料
位置位置位置b,如圖2所示,所經和一定的空間,是防止太陽照射使箱內溫度過高而損害
(b)高速列車平輪運動示意圖
圖2
歷時間t等于輪心部件并保證測溫的準確性;隔熱罩兩側突出,探測口下面
向下跌落距離所需是空的,這種結構設計是防止冬季大雪把探測口蓋住,下
時間t2時,將出現臨界狀態,此時
雪時就會使雪從探測口落到道床上而不會把探測口堵
死;探測口斜下方是保護門結構,如圖5,平時不過車時保
式中μ為車輪向下跌落的加速度,根據牛頓第二定律
可得u=l(m+m2)/M2g
其中M1、M2分別為車輛一系簧上、簧下質量。由實際
和計算結果表明,車輪跌落的鋼軌振動加速度與與跌落
時的沖擊速度有比率關系,因此用振動傳感器就可以實
現平輪的測量。
圖5探頭箱保護門
33車號自動識別原理
護門關閉,保護紅外探頭,防止異物灰塵等進入,來車
系統采用微波發射調制技術,先把車輛車號等信息時由轉角電機把保護門打開,進行溫度探測另外由于
寫在一個無源的標簽上,并把標簽安裝在車輛底部。地面過車振動,為了不讓探頭抖動使探測位置發生變化,紅
天線發射微波并接收標簽返回信息,解調發射回的微波外線探頭安放在探箱中的4個三維等剛度減振器上
信號,解讀車號信息,傳送給中央機。
(如圖6),這對探測的穩定
4系統各部分的結構設計
性是至關重要的。探頭以
系統整體布局如圖3所示,要求安裝在平直線路上45°角安裝,這是為了探測
鋼軌的中間位置。由于地鐵線路基本上都是水泥道床整軸承運行方向后面的位置
體結構,不同于國家鐵路的道渣結構,因此各部分的結構溫度,因為后面不迎風溫度
要比前面高一些。如圖7,圖6探頭減振器
機柜平輪機房
探箱安裝在底座的移動板
上,又加了橡膠墊以進一步
磁鋼減振,移動板可在底部固定
板上移動,以調整探測位置
的準確性。底部固定板用膨
⊙⊙
脹螺栓固定在水泥道床上。
上海地鐵10號線探箱安裝
及探測位置圖8所示,安
圖3
裝方便,檢修拆卸靈活。
圖7探箱安裝底座
機械工程師2010年第3期95
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機信號是列車經過系統完成測試后關閉系統。
5系統的工作過程
平時不過車時,系統處于關閉狀態,只是定時進行系
統各功能的自檢,如果檢查到有不正常的問題,就提示警
圖8紅外線探箱安裝及探測位置
告。當來車時,首先經過開機磁鋼給出來車信號,系統就
會打開并處于待測狀態,按程序把各項檢測結果形成過
車報文儲存起來,列車過后關機磁鋼就把系統關閉。中央
機每隔幾秒就會查詢探測站是否有過車報文,探測站沒
護管
振動傳感
有就給出無報文應答,如果有就把過車報文上傳給中央
機,由應用人員進行相關處理。圖13是正常接車界面。
不
圖9振動傳感器安裝圖
4.2平輪檢測部分的設計
要完整地測試一個車輪,根據振動加速度傳感器的
測試范圍,每根鋼軌需要安裝5個,才能測試一個車輪的
一周。振動加速度傳感器必須牢牢的固定在鋼軌上才能
準確的測試到平輪的沖擊。為此我們先把傳感器用螺紋
擰在非常平的夾軌卡塊上,再用特殊膠把縫隙填滿固定
住,夾塊按照鋼軌底邊形狀開槽,用這樣的兩個夾塊放在
圖13系統接車界面
鋼軌底邊上,用螺栓夾緊固定。然后把保護罩擰在有傳感
器的夾塊上。傳感器電纜用護管保護引到兩鋼軌中間的
應用人員在中央機上還可以進行查看各種單項數
線槽里,再把全部電纜用一根高壓膠管保護引到機房內。據、進行各樣的統計分析,如熱軸統計、平輪統計;日、周、
線槽也用膨脹螺栓固定在道床上,如圖10。
月統計;各車次統計等。如軸溫信息窗口,它包括了列車
的基本信息,如存車號、車號、列車輛數、軸數、通過時間、
平輪振動傳感器
速度、開關門次數、開機次數、是否有自檢、熱軸數、環溫、
箱溫等信息(如圖14)
圖10振動傳感器線槽安裝圖
4.3車號識別天線的安裝設計
如圖11,系統采用鐵路HTK-196車號自動識別系
統,但改為水泥整體道床的安裝方式,用螺栓固定。
圖14軸溫界面窗口
圖11車號識別系統天線
當有熱軸出現時,“熱軸”屬性頁中顯示熱軸信息,并
4.4車輪傳感器的安裝設計
顯示相應軸的熱軸跟蹤信息。具體信息說明如下:
如圖12,與振動傳感器安裝方法相同,車輪傳感器也
(1)基本信息:包括一些基本的信息,如探測站名、輛
是裝夾在鋼軌上,也稱為磁數、熱軸數、環溫、熱軸序號等。
車輪傳感器
鋼,采用電磁原理,是無源的,
(2)熱軸信息:顯示熱軸的基本信息,有輛序、軸序、
護管
當車輪經過其上時就產生一熱軸級別、溫升、模型等,最多4條,用紅色顯示。將鼠標
個脈沖信號。分為開機、開關放在信息上,信息字體顏色會發生變化,變得醒目便
門、關機磁鋼,開機信號是使于觀看。
系統打開準備接車測試,開關
(3)熱軸跟蹤信息:如圖15,顯示熱軸的跟蹤信息。雙
圖12
門信號是測速和控制采集,關擊熱軸列表中的對應的行,就可以調出熱軸波形,熱軸波
96機械工程師2010年第3期
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制造業信息化
仿/建模/cad/cam/cae/CAPP DMANUFA
基于Pro/E的直齒變位齒輪的三維建模
王金鋒,張軼群楊懿
(1.沈陽迅捷機械有限公司,沈陽1101412沈陽飛機工業集團,沈陽10034;
3.沈陽遼無一電子科技有限公司,沈陽110004)
摘要:介紹了Pro/E參數化設計系統,詳細論述了利用該技術實現零件參數化建模的過程,并利用該技術實現了直齒
變位齒輪的三維建模。
關鍵詞:Pro/E;參數化建模;變位齒輪
中圖分類號:TP391.7
文獻標識碼:A
文章編號:1002-2333(2010)03-0097-02
現代生產的發展,不論是在承載能力、工作可靠穩定要是以表達式的形式存儲設計參數,來實現參數驅動。它
方面,還是在結構尺寸和重量方面,對齒輪傳動的要求愈主要有兩種操作類型,一種是尺寸約束參數化,對形狀特
來愈高。而標準齒輪在加工過程中齒數小于最小齒數時征進行尺寸約束;一種是定位約束參數化,即對特征進行
會出現根切的現象,在一定條件下限制了齒輪機構的尺定位約束。將參數化設計與特征建模結合起來,使得特征
寸和重量的減小,而且標準齒輪在安裝的過程中對中心作為參數的載體,通過特征的操作構造零件的幾何形狀,
距要求嚴格。由于這些缺點,標準齒輪傳動很難適應發展使得不同特征的形狀尺寸和位置尺寸在一定范圍內,操
的需要,因此有必要對其修正。齒輪修正的方法很多,其作者可以根據需求調整參數值,得到所需零件。在ro/
中最為常用的方法是變位修正法,因此在虛擬設計裝配系統中,對于每一個模型,系統都記錄著該模型的主要設
的過程中也提出了實現變位齒輪的虛擬設計。
計步驟和參數。系統允許用戶對這些記錄作為一個程序
1Pro/E參數化建模技術
進行編輯,并且通過執行重新編輯的紀錄,系統就可以自
參數化設計思想是Pro/E的核心設計思想,該思想主動完成模型變換后的再生。
圖15熱軸界面窗口
圖17系統整體圖
形的顯示和正常的調取波形一樣。
試需要5天,中央機安裝需要1天。沒有開通運營的在建
熱軸分為不同的等級,每個熱軸的情況還可以調出線路3天就可以安裝完成,所以整個系統的安裝也很快。
其波形來具體分析,波形窗口如圖16。
本系統最初是為上海地鐵3號線開發的,并于2005年通
過上海科委鑒定,自從在3號線安裝應用以來,運行穩定
可靠,效果很好。到目前為止,已經陸續在北京地鐵1、5
號線;上海地鐵3、4、5、6、8號線上安裝應用。另外已在上
海在建的7、10、11號線上完成安裝,待線路2010年開通
運營后,一并投入使用。圖17是在上海地鐵10號線上安
裝的本系統。
隨著我國的不斷發展,各大城市現在大多都在計劃建
設地鐵工程,又有一大批城市的地鐵建設獲國家批準,因
此這套地鐵車輛安全檢測系統還有著極大的應用前景。
圖16軸溫波形窗口
(編輯明濤)
6系統的安裝使用情況
作者簡介:王信隆(1964-),男,工程師,主要從事鐵路(地鐵)車輛安
由于有些地鐵線路已經開通運營,安裝只能在夜間
全檢測系統方面的研究工作。
停運時才能進行,一般每天只有3h。這樣系統的安裝調收稿日期:2010-01-07

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