一种列车故障在线监测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种列车故障在线监测系统，该系统通过在列车主电路系统的牵引逆变器上安装电流传感器和电压传感器，对列车主电路进行在线监测，同时在列车驱动系统的异步牵引电机上安装振动传感器、温度复合传感器，在齿轮箱上安装振动传感器和速度传感器对列车机械驱动系统进行在线监测，并通过数据处理转换对应在同一时间坐标上，通过对列车主电路系统和列车机械驱动系统的主要参数进行在线耦合判断列车故障类型，可以精确定位故障原因，为列车的维修和保养提供依据。车的维修和保养提供依据。车的维修和保养提供依据。

【技术实现步骤摘要】
一种列车故障在线监测方法及系统


[0001]本专利技术涉及列车安全监测
，特别涉及一种用于区分列车机械故障或电气故障的在线监测方法及系统。

技术介绍

[0002]轨道交通包括铁路、地铁、有轨电车等都是我国的重要基础设施，是交通运输体系的骨干，在交通运输过程中发挥着重要作用任务。而随着越来越多的轨道交通的开通，轨道交通的安全性能也越来越受到人们的重视和关注，为了保证轨道交通的安全，能够对列车行驶时的故障进行在线检测以预防故障发生就变的尤为重要。
[0003]列车故障主要分为电气故障和机械故障两部分，引起故障的因素往往是多方面的，比如对于有些外在表现为机械性能方面的故障有时可能是因为电气故障引起的，而现在所能做到的往往也只是“头痛医头脚痛医脚”，当轨道交通的机械性能方面出现故障时，只是针对出现故障的机械部件进行维修，然而这种方式并不能起到“治本”的效果。目前所有的轨道列车监测装置尚无法有效区分是因为电气原因还是机械原因导致故障的发生，这就给列车的正确维修和保养造成了很大的困难，很难真正做到对症下药，这样就给列车运行带来安全隐患，因此亟需设计一种可以有效区分列车电气故障和机械故障的在线监测系统及监测方法。

技术实现思路

[0004]为克服上述现有技术中的不足，本专利技术的目的在于开发一种能够精确区分列车故障类型是机械原因还是电气原因的在线监测方法及系统。
[0005]一种列车故障在线监测方法，其包括如下步骤：步骤1：在列车牵引逆变器电压输入端和输出端分别安装电压输入检测传感器和电压输出检测传感器，采集牵引逆变器输入电压信号和牵引逆变器输出电压信号，在列车牵引逆变器母线上安装电流传感器采集牵引供电系统的电流信号；步骤2：在列车牵引电机轴承座上安装电机轴承振动传感器和温度传感器，分别采集电机轴承振动信号和温度信号；步骤3：在列车轮对齿轮箱上设置速度传感器和齿轮箱振动检测传感器，通过速度传感器采集动力输出齿轮转速信号，通过齿轮箱振动检测传感器采集齿轮箱振动信号；步骤4：将输入电压信号、输出电压信号、电流信号、电机轴承振动信号、温度信号、动力输出齿轮转速信号、齿轮箱振动信号通过傅里叶
变换转换为时域信号并对应在同一时间轴上；步骤5：将步骤4中转换的时域信号的正弦分量进行耦合，当出现异常正弦分量时，根据异常正弦分量所对应的采集信号类型判断列车故障类型。
[0006]优选的，步骤4中各信号进行傅里叶变换的方法为：用代表、、、、、、其中的一组信号，则其傅里叶变化采用下式给出：令是一个固定的正实数，N是一个固定的正整数，当时，利用FFT算法可计算，在一个固定的时间间隔T，T足够小，使得每一个T的间隔内，x(t)变化很小，则式中积分可近似为：变化很小，则式中积分可近似为：
ꢀꢀ
(1)在N足够大的情况下，对于所有的整数，幅值很小，则式(1)变为：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)当 时，式(2)变为：
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)其中X[K]代表传感器信号x[n]=x(nT)的N点DFT，最后令，则上式变为：
ꢀꢀ
K =0、1、2、3
……
N
‑1ꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)首先用FFT算出X[k], 然后求出k=0、1、2
……
N
‑
1时的。
[0007]本专利还公开了一种列车故障在线监测系统，其包括：输入电压传感器，所述输入电压传感器设置在列车牵引逆变器电压输入端，所述输入电压传感器用于采集牵引逆变器的输入电压信号；输出电压传感器，所述输出电压传感器设置在列车牵引逆变器电压输出端，所述输出电压传感器用于采集牵引逆变器的输出电压信号；电流传感器，所述电流传感器设置在列车牵引逆变器供电母线上，所述电流传感器用于采集牵引供电系统的电流信号；电机轴承振动监测传感器，所述电机轴承振动监测传感器用于采集电机
轴承振动信号；温度传感器，所述温度传感器用于采集电机轴承的温度信号；速度传感器，所述速度传感器设置在列车的轮对齿轮箱内，用于采集动力输出齿轮转速信号；齿轮箱振动监测传感器，所述齿轮箱振动监测传感器安装在轮对齿轮箱内，所述齿轮箱振动监测传感器用于监测齿轮箱振动信号；数据转换模块，所述数据转换模块用于将输入电压信号、输出电压信号、电流信号、电机轴承振动信号、温度信号、动力输出齿轮转速信号、齿轮箱振动信号通过傅里叶变换转换为时域信号并对应在同一时间轴上；故障分析判断模块，所述故障分析判断模块用于将数据转换模块输出的时域信号的正弦分量进行耦合，当出现异常的正弦分量时，根据异常正弦分量所对应的采集信号判断列车故障类型。
[0008]优选的，所述速度传感器为非接触式霍尔速度传感器，所述速度传感器安装在所述轮对齿轮箱的动力输出齿轮一侧。
[0009]优选的，所述电机轴承振动监测传感器与所述温度传感器为复合传感器，所述复合传感器安装在牵引电机轴承座上靠近轴承外圈的位置。
[0010]上述技术方案具有如下有益效果：该列车故障在线监测方法及系统通过在列车主电路系统的牵引逆变器上安装电流传感器和电压传感器，对列车主电路进行在线监测，同时在列车牵引系统的牵引电机轴承座上安装振动传感器和温度传感器、在轮对齿轮箱上安装振动传感器和速度传感器对列车机械驱动系统进行在线监测，并通过数据转换将上述信号对应在同一时间坐标上，通过对列车主电路系统和列车机械驱动系统的主要参数进行在线监测和耦合，通过异常信号可以精确定位故障原因，快速判断出是电气故障还是机械故障，为列车的维修和保养提供依据。
附图说明
[0011]图1为本专利技术实施例的系统结构框图。
[0012]图2为本专利技术实施例的流程图。
具体实施方式
[0013]以下由特定的具体实施例说明本专利技术的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点及功效。
[0014]现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本专利技术将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本专利技术的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本专利技术的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免喧宾夺主而使得本专利技术的各方面变得模糊。
[0015]如图1所示， 本专利公开了一种列车故障在线监测系统，其主要包括作为监测单元的输入电压传感器11、输出电压传感器12、电流传感器13、电机轴承振动监测传感器14、温度传感器15、齿轮箱振动监测传感器16、速度传感器17，以及数据转换模块2及故障分析判断模块3。
[0016]将输入电压传感器11设置在列车牵引逆变器电压输入端，输入电压传感器用于采集本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种列车故障在线监测方法，其特征在于，其包括如下步骤：步骤1：在列车牵引逆变器电压输入端和输出端分别安装电压输入检测传感器和电压输出检测传感器，采集牵引逆变器输入电压信号和牵引逆变器输出电压信号，在列车牵引逆变器母线上安装电流传感器采集牵引供电系统的电流信号；步骤2：在列车牵引电机轴承座上安装电机轴承振动传感器和温度传感器，分别采集电机轴承振动信号和温度信号；步骤3：在列车轮对齿轮箱上设置速度传感器和齿轮箱振动检测传感器，通过速度传感器采集动力输出齿轮转速信号，通过齿轮箱振动检测传感器采集齿轮箱振动信号；步骤4：将输入电压信号、输出电压信号、电流信号、电机轴承振动信号、温度信号、动力输出齿轮转速信号、齿轮箱振动信号通过傅里叶变换转换为时域信号并对应在同一时间轴上；步骤5：将步骤4中转换的时域信号的正弦分量进行耦合，当出现异常正弦分量时，根据异常正弦分量所对应的采集信号类型判断列车故障类型。2.根据权利要求1所述的一种列车故障在线监测方法，其特征在于，步骤4中各信号进行傅里叶变换的方法为：用代表、、、、、、其中的一组信号，则其傅里叶变化采用下式给出：令是一个固定的正实数，N是一个固定的正整数，当时，利用FFT算法可计算，在一个固定的时间间隔T，T足够小，使得每一个T的间隔内，x(t)变化很小，则式中积分可近似为：很小，则式中积分可近似为：
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(1)在N足够大的情况下，对于所有的整数，幅值很小，则式(1)变为：
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(2)当 时，式(2)变为：
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)其中X[K]代表传感器信号x[n]=x(nT)的N点DFT，最后令，则上式变为：
ꢀꢀ
K =0、1、2、3
……
N
‑1ꢀꢀꢀꢀ...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴杰，陆伟，杜凯峰，
申请(专利权)人：科瑞工业自动化系统苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：