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地鐵車輛安全檢測系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)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(shù)：
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制造業(yè)信息化
aon仿真/建/cad/cam/cae/capp
地鐵車輛安全檢測系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)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(tǒng)是對地鐵車輛軸承溫度、車輪擦傷進行在線檢測的監(jiān)控系統(tǒng)列車運行時軸承溫度會發(fā)
熱,正常情況下其溫度有一定的范圍。但軸承出現(xiàn)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(fā)生車輪不轉(zhuǎn)、甚至斷軸等事故。該系統(tǒng)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(tǒng)
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(jù)。系統(tǒng)配有車號自動識別功能,為
用振動
檢測結(jié)果匹配到具體的車輛、左右側(cè)、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(jié)構(gòu)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(tǒng)概述
2系統(tǒng)的主要功能
地鐵車輛安全檢測系統(tǒng)是針對地鐵的實際運行情況
自動分級判別車輛發(fā)生的熱軸故障;自動分級判別
開發(fā)的一套安全檢測系統(tǒng),是對地鐵車輛軸承溫度、車輪車輛發(fā)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(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)為上海市科統(tǒng)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(lián)合開發(fā),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(xiàn)可以后臺打印各種數(shù)據(jù),打印數(shù)據(jù)的同時不影響系統(tǒng)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(tǒng)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(fā)生車輪不轉(zhuǎn)甚至斷軸等事故當列系統(tǒng)正常接車;系統(tǒng)工作于多窗口方式,可同時打開多個
車出現(xiàn)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(tǒng)時間;可以選擇是否自動實時打印通
線路造成損害。本系統(tǒng)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(jié)果可根據(jù)車號識別分系統(tǒng)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(cè)等。對于超出指標的數(shù)據(jù)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(diào)度,及時處理,避免事故發(fā)生并給打印統(tǒng)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(shù)據(jù)。系統(tǒng)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(tǒng)計報表。
專線 Modem或 PNSTM網(wǎng)方式相連接收檢測數(shù)據(jù)。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(shù)據(jù)和設備狀態(tài)實時傳觀。用戶界面可實時顯示探測站的工作狀態(tài)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(tài)、通訊情況。同時具有數(shù)據(jù)整理、存檔、統(tǒng)計等功能。中
踏面的損傷情況,軸溫的變化情況進行數(shù)據(jù)分析形成文央主機根據(jù)探測站的自檢功能,可以實時監(jiān)測到探測站
件同時系統(tǒng)能夠?qū)ψ陨淼墓收线M行診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖的振動傳感器、紅外傳感器、車號識別系統(tǒng)等的狀態(tài)。
1所示。
3系統(tǒng)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(chǎn)生摩擦熱,并傳給軸箱。一
旦軸承出現(xiàn)故障,在非正常運轉(zhuǎn)狀態(tài)下,會導致軸箱溫度
迅速上升,產(chǎn)生熱軸。系統(tǒng)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(tǒng)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(fā)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
94機械工程師2010年第3期
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傷或剝離,統(tǒng)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(tǒng)根據(jù)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(chǎn)生
紅外線軸溫探箱結(jié)構(gòu)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(jù)。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(zhuǎn)直至整個平輪表面撞擊軌面,之后又迅速繞B點
旋轉(zhuǎn),進一步對鋼軌施加作用,直到恢復正常滾動狀態(tài)。
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(zhuǎn),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(fā)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(jīng)和一定的空間,是防止太陽照射使箱內(nèi)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(cè)突出,探測口下面
向下跌落距離所需是空的,這種結(jié)構(gòu)設計是防止冬季大雪把探測口蓋住,下
時間t2時,將出現(xiàn)臨界狀態(tài),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(jié)構(gòu),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(jù)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(zhì)量。由實際
和計算結(jié)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(xiàn)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(tǒng)采用微波發(fā)射調(diào)制技術,先把車輛車號等信息時由轉(zhuǎn)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(fā)生變化,紅
天線發(fā)射微波并接收標簽返回信息,解調(diào)發(fā)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(wěn)定
4系統(tǒng)各部分的結(jié)構(gòu)設計
性是至關重要的。探頭以
系統(tǒng)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(jié)構(gòu),不同于國家鐵路的道渣結(jié)構(gòu),因此各部分的結(jié)構(gòu)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(diào)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(jīng)過系統(tǒng)完成測試后關閉系統(tǒng)。
5系統(tǒng)的工作過程
平時不過車時,系統(tǒng)處于關閉狀態(tài),只是定時進行系
統(tǒng)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(jīng)過開機磁鋼給出來車信號,系統(tǒng)就
會打開并處于待測狀態(tài),按程序把各項檢測結(jié)果形成過
車報文儲存起來,列車過后關機磁鋼就把系統(tǒng)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(jù)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(tǒng)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(shù)
線槽里,再把全部電纜用一根高壓膠管保護引到機房內(nèi)。據(jù)、進行各樣的統(tǒng)計分析,如熱軸統(tǒng)計、平輪統(tǒng)計;日、周、
線槽也用膨脹螺栓固定在道床上,如圖10。
月統(tǒng)計;各車次統(tǒng)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(shù)、軸數(shù)、通過時間、
平輪振動傳感器
速度、開關門次數(shù)、開機次數(shù)、是否有自檢、熱軸數(shù)、環(huán)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(tǒng)采用鐵路HTK-196車號自動識別系
統(tǒng),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(tǒng)天線
當有熱軸出現(xiàn)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(shù)、熱軸數(shù)、環(huán)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(jīng)過其上時就產(chǎn)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(fā)生變化,變得醒目便
門、關機磁鋼,開機信號是使于觀看。
系統(tǒng)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(diào)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(yè)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(yè)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(shù)化設計系統(tǒng),詳細論述了利用該技術實現(xiàn)零件參數(shù)化建模的過程,并利用該技術實現(xiàn)了直齒
變位齒輪的三維建模。
關鍵詞:Pro/E;參數(shù)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(xiàn)代生產(chǎn)的發(fā)展,不論是在承載能力、工作可靠穩(wěn)定要是以表達式的形式存儲設計參數(shù),來實現(xiàn)參數(shù)驅(qū)動。它
方面,還是在結(jié)構(gòu)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(shù)化,對形狀特
來愈高。而標準齒輪在加工過程中齒數(shù)小于最小齒數(shù)時征進行尺寸約束;一種是定位約束參數(shù)化,即對特征進行
會出現(xiàn)根切的現(xiàn)象,在一定條件下限制了齒輪機構(gòu)的尺定位約束。將參數(shù)化設計與特征建模結(jié)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(shù)的載體,通過特征的操作構(gòu)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(fā)展使得不同特征的形狀尺寸和位置尺寸在一定范圍內(nèi),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(jù)需求調(diào)整參數(shù)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(tǒng)中,對于每一個模型,系統(tǒng)都記錄著該模型的主要設
的過程中也提出了實現(xiàn)變位齒輪的虛擬設計。
計步驟和參數(shù)。系統(tǒng)允許用戶對這些記錄作為一個程序
1Pro/E參數(shù)化建模技術
進行編輯,并且通過執(zhí)行重新編輯的紀錄,系統(tǒng)就可以自
參數(shù)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(tǒng)整體圖
形的顯示和正常的調(diào)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(diào)出線路3天就可以安裝完成,所以整個系統(tǒng)的安裝也很快。
其波形來具體分析,波形窗口如圖16。
本系統(tǒng)最初是為上海地鐵3號線開發(fā)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(wěn)定
可靠,效果很好。到目前為止,已經(jīng)陸續(xù)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(tǒng)。
隨著我國的不斷發(fā)展,各大城市現(xiàn)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(tǒng)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(tǒng)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(jīng)開通運營,安裝只能在夜間
全檢測系統(tǒng)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(tǒng)的安裝調(diào)收稿日期:2010-01-07

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