一种城轨车辆受电弓空气弹簧报警系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种城轨车辆受电弓空气弹簧报警系统及其控制方法，系统包括：底架、空气弹簧、受电弓组件、传感器组件、控制单元和报警装置；空气弹簧安装在底架上，受电弓组件的底部分别与底架和空气弹簧连接，随着空气弹簧进行充排气，受电弓组件完成相应的升弓和降弓动作；传感器组件设置在空气弹簧上，用于监测空气弹簧的内部气体压力数据和空气弹簧在充排气过程中的位置变化，并将数据传输至控制单元，报警装置与控制单元连接，用于接收控制单元发送的控制指令，并进行报警。本发明专利技术具有结构紧凑、控制精度高、智能化程度高等优点，能够对空气弹簧的工作状态进行实时监测，提高了故障排除率，降低了因空气弹簧性能劣化带来的城轨车辆运营风险。轨车辆运营风险。轨车辆运营风险。

【技术实现步骤摘要】
一种城轨车辆受电弓空气弹簧报警系统及其控制方法


[0001]本专利技术属于城轨车辆
，具体涉及一种城轨车辆受电弓空气弹簧报警系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]当前城市轨道交通车辆多采用气囊式受电弓进行电能的获取，其中受电弓的升降功能主要由空气弹簧的充排气来实现，空气弹簧性能的优良对于受电弓的升弓受电过程以及排气降弓过程有直接关联作用。
[0003]受电弓空气弹簧多为多曲囊形式，主体结构为橡胶和帘布。因受电弓空气弹簧常处于车顶受电弓底架上，产品使用过程中受环境影响较大，受电弓空气弹簧会出现老化、疲劳等劣化趋势。当产品出现劣化后，受电弓升弓过程中，受电弓空气弹簧的工作行程会发生变化；在原有的充气控制系统中，若要实现弓网间接触压力不变，则需要增加充气压力，使得受电弓空气弹簧充气行程增大，造成空气弹簧处于过充状态。受电弓降弓过程中，若空气弹簧产品出现劣化，在排气过程中，空气弹簧收缩运动无法将受电弓有效降至设计值，直接影响了列车的运营安全。在城轨车辆的实际运营过程中，因受电弓空气弹簧的劣化过程缓慢，难以实时跟踪，现有的处理方式多为发现空气弹簧出现破裂、漏气等重大故障、导致车辆晚点或停运后，才进行人工检修更换处理，造成的损失较大。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构紧凑、控制精度高、智能化程度高的城轨车辆受电弓空气弹簧报警系统及其控制方法。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种城轨车辆受电弓空气弹簧报警系统，底架、空气弹簧、受电弓组件、传感器组件、控制单元和报警装置；所述空气弹簧安装在底架上，受电弓组件的底部分别与底架和空气弹簧连接，随着空气弹簧进行充排气，受电弓组件完成相应的升弓和降弓动作；所述传感器组件与空气弹簧连接，用于监测空气弹簧的内部气体压力、以及空气弹簧在充排气过程中的位移变化和倾转角度变化，并将监测数据传输至控制单元，所述报警装置与控制单元连接，用于接收控制单元发送的控制指令，并进行报警。
[0007]作为本专利技术的进一步改进，所述传感器组件包括倾角传感器，所述空气弹簧的运动端设有连接杆；所述倾角传感器设置在空气弹簧运动端的连接杆中心位置，用于监测空气弹簧在充排气过程中的倾转角度变化。
[0008]作为本专利技术的进一步改进，所述传感器组件还包括位移传感器，所述位移传感器设置在空气弹簧运动端的连接杆上，用于监测空气弹簧在充排气过程中的位移变化。
[0009]作为本专利技术的进一步改进，所述传感器组件还包括压力传感器，空气弹簧的固定端设有进气口，进气口与气路系统连接；所述压力传感器设置于空气弹簧的进气口处，用于监测空气弹簧的内部气体压力。
[0010]作为本专利技术的进一步改进，所述受电弓组件包括：下臂杆、拉杆、上臂杆和弓头，所述下臂杆的底部与空气弹簧的运动端连接，所述拉杆的底部与底架端部连接，所述下臂杆的顶部和拉杆的顶部均与上臂杆的底部连接，上臂杆的顶部与弓头连接；随着空气弹簧进行充排气，下臂杆跟着空气弹簧的运动端进行移动，以实现上臂杆将弓头升起或降下。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，还包括支撑绝缘底座，支撑绝缘底座底部固接在城轨车辆顶部，支撑绝缘底座顶部与底架底部固接。
[0012]作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种基于上述的城轨车辆受电弓空气弹簧报警系统的控制方法，包括以下步骤：
[0013]S1、对空气弹簧进行充气或排气，实现受电弓组件与接触网接触或断开，通过传感器组件实时监测空气弹簧的内部气体压力和空气弹簧在充排气过程中的位置变换，并将监测数据传输至控制单元；
[0014]S2、在控制单元中分别构建空气弹簧正常工作时的压力
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位移关联标准模型和发生故障时的压力
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位移关联故障诊断模型，并确定压力
‑
位移关联故障诊断模型的边界值；
[0015]S3、控制单元基于传感器组件实时采集的空气弹簧的压力信号和位移信号角度信号，构建空气弹簧在实际工作过程中的压力
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位移关联模型，将压力
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位移的数值与压力
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位移关联故障诊断模型的数值进行对比，并根据对比结果，向报警装置发送相应的控制指令。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S1中，传感器组件包括压力传感器、位移传感器和倾角传感器；通过压力传感器对空气弹簧的内压值进行实时监测，并将数据信号传递给控制单元；通过位移传感器对空气弹簧的运动端在充气或排气过程中的位移变换进行实时监测，并将数据信号传递给控制单元；通过倾角传感器对空气弹簧的运动端在充气或排气过程中的角度数据进行实时监测，并将数据信号传递给控制单元。
[0017]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S2进一步包括：
[0018]步骤S2.1、结合空气弹簧出厂时的内压(P)
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载荷(W)试验标准，以及空气弹簧的有效作用面积Aq，用公式(1)计算出推力函数(F)与内压(P1)的关系；
[0019]F＝(P1‑
P0)Aq
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(1)
[0020]其中，F为推力函数，P1为空气弹簧的内压，P0为标准大气压；
[0021]步骤S2.2、计算出受电弓升弓过程中空气弹簧克服相关阻力所需要的最小动能(Emin)和最大动能值(Emax)；
[0022]Emin≤E≤Emax
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(2)
[0023]E＝f(F,S,t)
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(3)
[0024]其中，E为空气弹簧运动能量，F为推力函数，S为位移值，t为空气弹簧工作作用时间；
[0025]步骤S2.3、结合受电弓升弓时间界限(T)，进而计算出空气弹簧工作过程中内压(P1)变化范围及对应的位移(S)变化关系，构建空气弹簧正常工作时的压力
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位移关联标准模型，如公式(4)所示；
[0026]S＝f(E,P1,t)
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(4)
[0027]步骤S2.4、结合多组装车数据的修正和验证结果，构建空气弹簧发生故障时的压力
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位移关联故障诊断模型，并设计相应故障状态下的内压与位移变化的边界值。
[0028]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S3中还包括：控制单元基于倾角传感器实时
采集的空气弹簧的倾转角度信号，将实时的倾转角度与预设的倾转角度进行对比，并根据对比结果，向报警装置发送相应的控制指令。
[0029]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0030]本专利技术的城轨车辆受电弓空气弹簧报警系统及其控制方法，通过在空气弹簧的运动端设计随空气弹簧运动的位移传感器和倾角传感器，同时在空气弹簧固定端的充气入口处设置一个压力传感器，并将所有传感器信号汇本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种城轨车辆受电弓空气弹簧报警系统，其特征在于，包括：底架(2)、空气弹簧(3)、受电弓组件、传感器组件(8)、控制单元(9)和报警装置(10)；所述空气弹簧(3)安装在底架(2)上，受电弓组件的底部分别与底架(2)和空气弹簧(3)连接，随着空气弹簧(3)进行充排气，受电弓组件完成相应的升弓和降弓动作；所述传感器组件(8)与空气弹簧(3)连接，用于监测空气弹簧(3)的内部气体压力、以及空气弹簧(3)在充排气过程中的位移变化和倾转角度变化，并将监测数据传输至控制单元(9)，所述报警装置(10)与控制单元(9)连接，用于接收控制单元(9)发送的控制指令，并进行报警。2.根据权利要求1所述的城轨车辆受电弓空气弹簧报警系统，其特征在于，所述传感器组件(8)包括倾角传感器(8c)，所述空气弹簧(3)的运动端设有连接杆(11)；所述倾角传感器(8c)设置在空气弹簧(3)运动端的连接杆(11)中心位置，用于监测空气弹簧(3)在充排气过程中的倾转角度变化。3.根据权利要求2所述的城轨车辆受电弓空气弹簧报警系统，其特征在于，所述传感器组件(8)还包括位移传感器(8b)，所述位移传感器(8b)设置在空气弹簧(3)运动端的连接杆(11)上，用于监测空气弹簧(3)在充排气过程中的位移变化。4.根据权利要求3所述的城轨车辆受电弓空气弹簧报警系统，其特征在于，所述传感器组件(8)还包括压力传感器(8a)，空气弹簧(3)的固定端设有进气口，进气口与气路系统连接；所述压力传感器(8a)设置于空气弹簧(3)的进气口处，用于监测空气弹簧(3)的内部气体压力。5.根据权利要求1至4中任意一项所述的城轨车辆受电弓空气弹簧报警系统，其特征在于，所述受电弓组件包括：下臂杆(4)、拉杆(5)、上臂杆(6)和弓头(7)，所述下臂杆(4)的底部与空气弹簧(3)的运动端连接，所述拉杆(5)的底部与底架(2)端部连接，所述下臂杆(4)的顶部和拉杆(5)的顶部均与上臂杆(6)的底部连接，上臂杆(6)的顶部与弓头(7)连接；随着空气弹簧(3)进行充排气，空气弹簧(3)的运动端推动下臂杆(4)转动，以实现上臂杆(6)将弓头(7)升起或降下。6.根据权利要求1至4中任意一项所述的城轨车辆受电弓空气弹簧报警系统，其特征在于，还包括支撑绝缘底座(1)，支撑绝缘底座(1)底部固接在城轨车辆顶部，支撑绝缘底座(1)顶部与底架(2)底部固接。7.一种基于权利要求1至6中任意一项所述的城轨车辆受电弓空气弹簧报警系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、对空气弹簧(3)进行充气或排气，实现受电弓组件与接触网接触或断开，通过传感器组件(8)实时监测空气弹簧(3)的内部气体压力和空气弹簧(3)在充排气过程中的位置变换，并将监测数据传输至控制单元(9)；S2、在控制单元(9)中分别构建空气弹簧(3)正常工作时的压力
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位移关联标准模型和发生故障时的压力
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位移...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈清化，吕冬梅，陈铖，颜毅斌，王玉辉，廖友军，范刚，钱娜，初国，颜泽玲，王懿，邓爱喜，邹震，
申请(专利权)人：湖南铁路科技职业技术学院，
类型：发明
国别省市：