一种列车轮对监测装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种列车轮对监测装置，属新能源与轨道车辆监测技术领域。轮轴装在车架上，车架及壳体端盖上设定磁铁；设有俘能腔组和电控腔的转盘装在轮轴上，电控腔内装有电路板，俘能腔组中的两个俘能腔对称配置在转盘两侧并经导向孔连通；俘能腔端部装有复合振子和隔膜，复合振子的基板的两侧分别粘接有压电片和摩擦片；导向孔中装有激励器，激励器顶靠在隔膜上；激励器与其轴向两侧的定磁铁间的作用力相反，圆周上相邻的两组定磁铁的磁极配置方向相反；基板与压电片构成压电俘能单元，基板及摩擦层与隔膜构成摩擦俘能单元，轮轴转动时各俘能单元将机械能转换成电能并供给传感器，传感器实时地获得轮轴参数并经无线发射系统发射出去。射出去。射出去。

【技术实现步骤摘要】
一种列车轮对监测装置


[0001]本专利技术属于轨道交通监测及新能源
，具体涉及一种列车轮对监测装置，用于高铁、地铁等轨道列车轮对的健康监测。

技术介绍

[0002]轮对是轨道车辆的关键部件，其健康状况以往是通过定期维护、检修加以保障的。随着城市轨道列车及高速铁路车辆运行速度的不断提高以及人们安全意识的提升，车辆运行期间轮对的实时在线监测技术研究受到了国内外学者的广泛关注，轴及轮轴的温度、转速、动态刚度、磨损及振动等诸多方面均需实时监测。对于列车轮对监测系统而言，理想的方法是将各类传感监测系统安装在轮对上或靠近轮对安装，从而实现其运行状态的直接在线监测；但这种监测方案因无法为传感监测系统提供可靠、充足的电力供应而难以推广应用，因为：轮系处于运动状态、且轮系与车厢间存在高频颠簸振动，采用电缆供电时安装不便且可靠性低；如采用电池供电，因电池使用寿命有限而需经常更换，当电池电量不足而未及时更换时将无法实现有效的监测、甚至造成严重的安全隐患。
[0003]限于电力供应问题的制约，以往普遍采用非实时的、间接的测量方法进行轮对健康监测，即将传感监测系统置于路基之上，不随车体移动或不随轮轴转动。为解决列车轴系实时监测系统的供电问题，国内外学者提出了可与监测系统集成的微小型压电发电机，但因现有发电机中压电振子自身固有频率低、附加质量或磁铁直接作用在压电振子上、共振与非共振时振幅差异过大等原因，目前所研发的发电机可靠性较低、有效带宽窄、不适于发电机随轮对旋转的工作环境。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出一种列车轮对监测装置，用于轨道列车轮对的健康监测，本专利技术采用的实施方案是：轮轴经轴承安装在车架上，车架壳体的端部经螺钉安装有端盖，车架立壁和端盖上都设有以轮轴的轴心为中心的一组定磁铁，定磁铁沿圆周方向均布且其与轮轴的轴心的距离相等，定磁铁为圆柱形磁铁或弧形磁铁。
[0005]转盘安装在轮轴上，转盘的轴孔套在轮轴上并经平键与轮轴连接，压板经螺钉安装在轮轴的端部并将转盘压接在轴承的内圈上,转盘和轴承的内圈之间设有轴套；转盘或轮轴上设有传感器，传感器为振动传感器、转速传感器、加速度传感器或温度传感器。
[0006]转盘上设有至少一个由两个俘能腔构成的俘能腔组和至少一个电控腔，电控腔内安装有电路板，俘能腔组中的两个俘能腔对称配置在转盘的两侧并经导向孔和阻尼孔连通。
[0007]俘能腔的底部安装有复合振子和隔膜，隔膜为圆形，复合振子为单个环形振子或多个扇形振子；复合振子的基板的两侧分别粘接有压电片和摩擦片，压环依次将复合振子的基板、绝缘垫和隔膜压接在俘能腔端部，摩擦片位于隔膜的一侧，摩擦片与绝缘垫的厚度相等；隔膜不受外力作用的自然状态下，摩擦片与隔膜贴合在一起；基板和隔膜的材料为金
属，具体地为铜、铍青铜或铝；摩擦片的材料为非金属，具体为聚四氟乙烯、聚乙烯或聚酰亚胺；复合振子和与其相邻的隔膜构成换能器。
[0008]导向孔中安装有激励器，激励器为铁磁性材料的滚柱或滚珠，激励器和定磁铁距轮轴的中心的距离相等；激励器为滚珠时，激励器上设有两个对称的切平面，即对称地切掉两个球缺；激励器顶靠在隔膜上，滚柱型激励器的两端或滚珠型激励器的切平面顶靠在隔膜上；激励器与其轴向两侧的定磁铁间的作用力相反，即激励器与其一侧的定磁铁相吸、与其另一侧的定磁铁相斥；圆周上相邻的两组定磁铁的磁极配置方向相反，即一组定磁铁使激励器向左运动、另一组定磁铁使激励器向右运动；隔膜、激励器及俘能腔构成阻尼腔；激励器和与其左右相邻的两个换能器构成振动单元。
[0009]基板与压电片构成压电俘能单元，基板及摩擦层与隔膜构成摩擦俘能单元，压电俘能单元和摩擦俘能单元经不同的导线组及整流桥与电路板相连，电路板经导线与轮轴或转盘上的传感器相连。
[0010]工作时，轮轴带动转盘以及置于转盘上的振动单元一起转动，激励器与其两侧的定磁铁间的位置及相互作用力交替地变化，激励器在导向孔内摆动并沿转盘的轴线往复运动，进而迫使隔膜往复弯曲变形，隔膜带动复合振子产生往复弯曲变形并与隔膜间产生交替的接触与分离；复合振子往复弯曲变形并与隔膜间交替接触与分离的过程中，压电俘能单元和摩擦俘能单元将机械能转换成电能，所生成的电能经电路板上的转换电路处理后供给传感器，传感器实时地获得轮轴的温度、转速或振动信息并经无线发射系统发射出去。
[0011]本专利技术中隔膜的材料为铍青铜，为提升振动单元的有效带宽，振动单元的固有频率应不低于激励频率，其它条件确定时可通过隔膜的厚度设计获得所需的振动单元的固有频率，合理的隔膜厚度为：其中：M和ξ分别为振动单元的等效质量和阻尼比，k
p
为复合振子的刚度，n和N分别为转盘的转速及定磁铁的总数，R为隔膜半径，η为与隔膜半径比有关的系数，隔膜半径比是指激励器与隔膜n接触部分的半径r与隔膜的半径R的比值，r/R＝1/4、1/5、1/6、1/7、1/9、1/10时η＝1.4983、1.2018、1.0488、0.9561、0.8574、0.8138；为避免振动单元出现明显的共振、提高可靠性和有效带宽，可通过调节阻尼孔的直径及阻尼腔的高度获得所需阻尼比ξ。
[0012]优势与特色：系统刚度及阻尼可通过隔膜及阻尼腔结构尺寸设计调整，避免系统出现明显共振、转速适应性强、有效频带宽；工作中复合振子受单向激励变形、压电片仅承受压应力，避免因受拉应力过大损毁、可靠性高；激励器的惯性力作用在转盘上、对换能器振动影响较小或无影响，换能器不至因激励器的切向力产生扭转变形、无滑移摩擦磨损，故可靠性高、发电能力强，尤其适于高转速场合。
附图说明
[0013]图1是本专利技术一个较佳实施例中监测装置的结构剖面图；
[0014]图2是图1的I部放大图；
[0015]图3是本专利技术一个较佳实施例中转盘的结构示意图；
[0016]图4是图3的左视图；
[0017]图5是图4的A
‑
A的剖视图。
具体实施方式
[0018]轮轴a经轴承b安装在车架c上，车架壳体c1的端部经螺钉安装有端盖d，车架立壁c2和端盖d上都设有以轮轴a的轴心为中心的一组定磁铁j，定磁铁j沿圆周方向均布且其中心到轮轴a 的轴心的距离相等，定磁铁j为圆柱形磁铁或弧形磁铁。
[0019]转盘f安装在轮轴a上，转盘f的轴孔f1套在轮轴a上并经平键h与轮轴a连接，压板e经螺钉安装在轮轴a的端部并将转盘f压接在轴承b的内圈上,转盘f和轴承b的内圈之间设有轴套g；转盘f或轮轴a上设有传感器s。
[0020]转盘f上设有至少一个由两个俘能腔f2构成的俘能腔组和至少一个电控腔f3，电控腔f3内安装有电路板p，俘能腔组中的两个俘能腔f2对称配置在转盘f的两侧并经导向孔f4和阻尼孔f5 连通。
[0021]俘能腔f2的底部安装有复合振子i和隔膜n，隔膜n为圆形，复合振子i为单个环形振子或多个扇形振子；复合振子i的基板i1的两侧分别粘接有压电片i2和摩擦片i3，压环m依次将复合振子i的基板i1、绝本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种列车轮对监测装置，其特征在于：轮轴装在车架上，车架壳体上的端盖和车架立壁上都设一组定磁铁；转盘装在轮轴上，转盘或轮轴上设有传感器；转盘上设有俘能腔组和装有电路板的电控腔，俘能腔组中的两个俘能腔置于转盘两侧并经导向孔和阻尼孔连通；俘能腔端部装有由复合振子和隔膜构成的换能器，复合振子的基板的两侧分别粘接有压电片和摩擦片,摩擦片位于隔膜的一侧；导向孔中装有激励器，激励器顶靠在隔膜上；激励器与其轴向两侧的定磁铁间的作用力相反，圆周上相邻的两组定磁铁的磁极配置方向相反；隔膜、激励器及俘能腔构成阻尼腔，激励器和换能器构成振动单元；基板与压电片构成压电俘能单元，基板及摩擦层与隔膜构成摩擦俘能单元，轮轴转动时各俘能单元所生成的电能经转换电路处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：王淑云，杜洁雅，余奕勇，张李，曹红兵，程光明，曾平，吴鸣，
申请(专利权)人：浙江师范大学，
类型：发明
国别省市：