一种走行部故障诊断系统的制作方法

本实用新型属于轨道车辆检测技术领域，具体涉及一种走行部故障诊断系统。

背景技术：

走行部是机车车辆及动车组在牵引动力作用下沿轨道线路运行的转向架部分,主要由电机、齿轮箱、轴承和相关机械结构件组成。通过对走行部和车体状态进行实时监测，可实现对列车关键部件的健康状况进行管理。目前的传统监测方式是通过在轴箱安装温度传感器，然后将采集信号上传至列车控制管理系统，当发现轴箱温度达到一定值时，输出部件故障信号。然而这种监测方式容易因在采集信号传输过程中所存在的信号干扰而造成最终故障诊断失误，给机车车辆及动车组的高速运动带来安全隐患。

技术实现要素：

为了解决当前走行部监测方式易因在采集信号传输过程中所存在的信号干扰而造成最终故障诊断失误的问题，本实用新型目的在于提供一种新型的走行部故障诊断系统。

本实用新型所采用的技术方案为：

一种走行部故障诊断系统，包括监控主机、通讯适配器和复合传感器，其中，所述监控主机包括主机壳体以及内置在所述主机壳体中的监控主板和监控电源板，并在所述主机壳体的外表面嵌设有第一rs485总线接口和第一传感器接口，所述通讯适配器包括适配器壳体以及内置在所述适配器壳体中的适配器主板和适配器电源板，并在所述适配器壳体的外表面嵌设有第二rs485总线接口以及用于通信连接外部列车控制管理系统的以太网线接口和/或多功能车辆总线接口，所述复合传感器为用于采集振动、冲击和温度模拟信号的传感器；

所述监控主板上布置有振动调理电路单元、冲击调理电路单元、温度调理电路单元、数字采集电路单元和数据处理电路单元，其中，所述振动调理电路单元、所述冲击调理电路单元和所述温度调理电路单元的输入端分别通过相同的第一传感器接口通信连接所述复合传感器，所述振动调理电路单元、所述冲击调理电路单元和所述温度调理电路单元的输出端分别通信连接所述数字采集电路单元的输入端，所述数字采集电路单元的输出端通信连接所述数据处理电路单元的输入端，所述数据处理电路单元的输出端通过所述第一rs485总线接口和所述第二rs485总线接口通信连接所述适配器主板，所述适配器主板还通信连接所述以太网线接口和/或所述多功能车辆总线接口。

优化的，还包括温度传感器，并在所述主机壳体的外表面还嵌设有第二传感器接口；

所述温度调理电路单元的输入端还通过所述第二传感器接口通信连接所述温度传感器。

优化的，在所述主机壳体的外表面还嵌设有用于通信连接监控调试上位机的第一rs232总线接口和/或用于通信连接数据分析上位机的数据下载接口，其中，所述第一rs232总线接口和所述数据下载接口分别通信连接所述数据处理电路单元。

优化的，还包括速度传感器，并在所述适配器壳体的外表面还嵌设有第三传感器接口；

所述适配器主板通过所述第三传感器接口通信连接所述速度传感器。

优化的，在所述适配器壳体的外表面还嵌设有用于通信连接通讯调试上位机的usb接口和/或第二rs232总线接口，其中，所述适配器主板通信连接所述usb接口和/或所述第二rs232总线接口。

优化的，所述适配器主板上配置有用于通信连接4g/5g无线监控上位机的无线4g/5g通讯模块。

优化的，所述适配器主板上配置有mvb通讯数据存储模块。

优化的，在所述适配器壳体的外表面开设有若干散热孔。

优化的，所述主机壳体由铝合金材质制成，并在壳体外表面设有喷塑处理层。

优化的，所述适配器壳体由铝合金材质制成，并在壳体外表面设有铝本色氧化处理层。

本实用新型的有益效果为：

(1)本发明创造提供了一种用于对列车走行部进行多数据采集及实时故障诊断和健康管理的优化监测系统，即通过在监控主板上布置振动调理电路单元、冲击调理电路单元、温度调理电路单元、数字采集电路单元和数据处理电路单元，可在外接复合传感器时对来自列车转向架的振动、冲击及温度等模拟信号进行采样前的调理处理，然后通过内部功能电路对模拟信号进行采集量化，再然后利用现有常规软件算法进行数据分析、测算和故障诊断，得到故障诊断分析结果，最后通过通讯适配器的以太网线接口和/或多功能车辆总线接口，将采集数据及故障诊断分析结果上传至外部的列车控制管理系统，实现实时监测轴箱轴承运行状态和对被监测部件进行自动故障诊断及分级预警的目的，同时由于是将采集功能与分析功能集成到监控主机中，可有效避免当前因传输信号干扰而造成最终故障诊断失误的问题，提升列车运营故障检出能力；

(2)具备通过网络(例如mvb总线网络)与列控tcms进行通信的功能，可将报警信息传输至运行控制中心，及时对严重故障实施调度控制，保障列车运营安全；

(3)可保障累成运营安全和指导维修；

(4)具有无线传输功能，并可将采集数据下载到地面，通过地面分析软件进行精确分析，给出维修指导意见；

(5)由于是采用通讯适配器和监控主机组网方式贯穿整个列车，可简化安装方式，便于实际应用和推广。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型提供的走行部故障诊断系统的电路结构示意图。

图2是本实用新型提供的监控主机的外部结构示意图。

图3是本实用新型提供的监控主机的内部结构示意图。

图4是本实用新型提供的监控主机在应用时的工作流程示意图。

图5是本实用新型提供的通讯适配器的立体结构示意图。

上述附图中：11-主机壳体；12-监控主板；13-监控电源板；14-第一rs485总线接口；151-第一传感器接口；152-第二传感器接口；21-适配器壳体；24-第二rs485总线接口；25-以太网线接口；26-多功能车辆总线接口；27-第三传感器接口；28-散热孔。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例来对本实用新型作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明虽然是用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本实用新型的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本实用新型，并且不应当理解为本实用新型限制在本文阐述的实施例中。

应当理解，尽管本文可能使用术语第一、第二等等来描述各种单元，但是这些单元不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个单元和另一个单元。例如可以将第一单元称作第二单元,并且类似地可以将第二单元称作第一单元，同时不脱离本实用新型的示例实施例的范围。

应当理解，对于本文中可能出现的术语“和/或”，其仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，单独存在b，同时存在a和b三种情况；对于本文中可能出现的术语“/和”，其是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，a/和b，可以表示：单独存在a，单独存在a和b两种情况；另外，对于本文中可能出现的字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

应当理解，在本文中若将单元称作与另一个单元“连接”、“相连”或“耦合”时，它可以与另一个单元直相连接或耦合，或中间单元可以存在。相対地，在本文中若将单元称作与另一个单元“直接相连”或“直接耦合”时，表示不存在中间单元。另外，应当以类似方式来解释用于描述单元之间的关系的其他单词(例如，“在……之间”对“直接在……之间”,“相邻”对“直接相邻”等等)。

应当理解，本文使用的术语仅用于描述特定实施例，并不意在限制本实用新型的示例实施例。若本文所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”意在包括复数形式，除非上下文明确指示相反意思。还应当理解，若术语“包括”、“包括了”、“包含”和/或“包含了”在本文中被使用时,指定所声明的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在性,并且不排除一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、单元、组件和/或他们的组合存在性或增加。

应当理解，还应当注意到在一些备选实施例中，所出现的功能/动作可能与附图出现的顺序不同。例如,取决于所涉及的功能/动作,实际上可以实质上并发地执行,或者有时可以以相反的顺序来执行连续示出的两个图。

应当理解，在下面的描述中提供了特定的细节,以便于对示例实施例的完全理解。然而,本领域普通技术人员应当理解可以在没有这些特定细节的情况下实现示例实施例。例如可以在框图中示出系统，以避免用不必要的细节来使得示例不清楚。在其他实例中，可以不以不必要的细节来示出众所周知的过程、结构和技术，以避免使得示例实施例不清楚。

实施例一

如图1～5所示，本实施例提供的所述走行部故障诊断系统，包括监控主机、通讯适配器和复合传感器，其中，所述监控主机包括主机壳体11以及内置在所述主机壳体11中的监控主板12和监控电源板13，并在所述主机壳体11的外表面嵌设有第一rs485总线接口14和第一传感器接口151，所述通讯适配器包括适配器壳体21以及内置在所述适配器壳体21中的适配器主板和适配器电源板，并在所述适配器壳体21的外表面嵌设有第二rs485总线接口24以及用于通信连接外部列车控制管理系统的以太网线接口25和/或多功能车辆总线接口26，所述复合传感器为用于采集振动、冲击和温度模拟信号的传感器；所述监控主板12上布置有振动调理电路单元、冲击调理电路单元、温度调理电路单元、数字采集电路单元和数据处理电路单元，其中，所述振动调理电路单元、所述冲击调理电路单元和所述温度调理电路单元的输入端分别通过相同的第一传感器接口151通信连接所述复合传感器，所述振动调理电路单元、所述冲击调理电路单元和所述温度调理电路单元的输出端分别通信连接所述数字采集电路单元的输入端，所述数字采集电路单元的输出端通信连接所述数据处理电路单元的输入端，所述数据处理电路单元的输出端通过所述第一rs485总线接口14和所述第二rs485总线接口24通信连接所述适配器主板，所述适配器主板还通信连接所述以太网线接口25和/或所述多功能车辆总线接口26。

如图1～3及5所示，在所述走行部故障诊断系统的具体结构中，所述监控主机用于通过外接所述复合传感器(其实现对被测对象的振动、冲击、温度特征信息进行电信号转换，进而得到振动、冲击及温度等模拟信号，其为现有传感器设备)，对来自列车转向架的振动、冲击及温度等模拟信号进行采样前的调理处理，然后通过内部功能电路对模拟信号进行采集量化，再然后利用现有常规软件算法进行数据分析、测算和故障诊断，最终得到及输出故障诊断分析结果，例如包括但不限于直接对转向架整个部件的健康状态实现分级预警。在所述监控主机中，所述第一传感器接口151用于导入来自所述复合传感器的振动、冲击及温度等模拟信号；所述振动调理电路单元、所述冲击调理电路单元和所述温度调理电路单元分别用于对导入的振动、冲击及温度等模拟信号进行诸如滤波及放大等的调理处理，它们均可采用现有的调理电路实现；所述数字采集电路单元用于对模拟信号进行数字量化处理，得到传感器数据，可采用现有的模数转换电路实现；所述数据处理电路单元用于对量化的传感器数据进行本地存储以及利用现有常规软件算法对量化的传感器数据进行数据分析、测算和故障诊断，得到故障诊断分析结果，例如图4所示，采用现有的软件算法对振动采样数据及温度采样数据分别进行故障判断，最终输出故障信息；所述数据处理电路单元可以但不限于采用基于stm32f103系列的单片机芯片实现；所述第一rs485总线接口14用于将得到的传感器数据及故障诊断分析结果等信息传输至所述通信适配器。此外，所述监控主机可安装在转向架附近的底板上(安装位置要求便于日常维护，并使用4颗m10六角螺栓进行固定)，并具有如下的主要性能指标：(a)可以采集4路单振动双温度信号(振动信号需要分为常规振动和冲击振动)；(b)低通抗混叠滤波频率1khz，温度低通滤波频率5hz，单通道振动采样频率5khz，温度不小于10hz；(c)电源输入为110v(加装dc-dc隔离模块)，兼容范围77-138v；(d)内部存储空间不小于7天原始数据及通过故障诊断分析所识别的特征数据，并能记录列车所在位置及时间；(e)工作温度介于-40℃～70℃；(f)诊断分析算法的准确率不低于98％，漏报率不大于0.1％；(g)振动实时实现共振解调算法，温度算法；(h)其性能要求满足技术条件和项目需求。

所述通讯适配器用于接收来自各个监控主机的监测数据及故障诊断分析结果，同时实现与外部列车控制管理系统(即tcms/cmc系统)等的数据交互，其适配器主板上的配置电路可采用现有适配电路实现，例如配置有mvb(multifunctionvehiclebus，多功能车辆总线，它是列车通信网tcn的一部分)通讯数据存储模块。此外，所述通讯适配器可具体安装在头尾车电器柜中(可采用四颗m6十字球头进行螺栓固定)，并具有如下的主要性能指标：(a)具备rs485、mvb、以太网(trdp)、4g以及rs232通讯功能；(b)具备高速度采集功能(速度信号为脉冲频率)；(c)具有2天以上的mvb通讯数据存储功能；(d)电源输入为110v(加装dc-dc隔离模块)，兼容范围77-138v；(e)工作温度-40℃～70℃；(f)其性能要求满足技术条件和项目需求。

由此通过前述走行部故障诊断系统的详细结构描述，提供了一种用于对列车走行部进行多数据采集及实时故障诊断和健康管理的优化监测系统，即通过在监控主板上布置振动调理电路单元、冲击调理电路单元、温度调理电路单元、数字采集电路单元和数据处理电路单元，可在外接复合传感器时对来自列车转向架的振动、冲击及温度等模拟信号进行采样前的调理处理，然后通过内部功能电路对模拟信号进行采集量化，再然后利用现有常规软件算法进行数据分析、测算和故障诊断，得到故障诊断分析结果，最后通过通讯适配器的以太网线接口和/或多功能车辆总线接口，将采集数据及故障诊断分析结果上传至外部的列车控制管理系统，实现实时监测轴箱轴承运行状态和对被监测部件进行自动故障诊断及分级预警的目的，同时由于是将采集功能与分析功能集成到监控主机中，可有效避免当前因传输信号干扰而造成最终故障诊断失误的问题，提升列车运营故障检出能力。此外，由于是采用通讯适配器和监控主机组网方式贯穿整个列车，可简化安装方式，便于实际应用和推广。

优化的，还包括温度传感器，并在所述主机壳体11的外表面还嵌设有第二传感器接口152；所述温度调理电路单元的输入端还通过所述第二传感器接口152通信连接所述温度传感器。如图1～3所示，通过配置所述温度传感器，还可以单独对环境温度数据进行采集、分析、存储和传输，进一步增强监控主机的实用功能。

优化的，在所述主机壳体11的外表面还嵌设有用于通信连接监控调试上位机的第一rs232总线接口和/或用于通信连接数据分析上位机的数据下载接口，其中，所述第一rs232总线接口和所述数据下载接口分别通信连接所述数据处理电路单元。如图1所示，通过配置所述第一rs232总线接口，可以在列车停止行进时使所述监控主机外接地面系统的监控调试上位机(其运行有主机调试软件)，以便实现对监控主机的调试工作，例如进行主机参数设置、传感器参数设置和传感器状态判断等。另外，通过配置所述数据下载接口，还可以在列车停止行进时使所述监控主机外接地面系统的数据分析上位机(其运行有数据分析软件)，以便将采集的传感器数据导出，然后进行精确分析，为维修指导给出意见，例如对振动信号、温度信号(原始信号和特征信号)进行解包和故障分析等。

优化的，还包括速度传感器，并在所述适配器壳体21的外表面还嵌设有第三传感器接口27；所述适配器主板通过所述第三传感器接口27通信连接所述速度传感器。如图1和5所示，通过配置所述速度传感器，还可以实时采集列车速度数据，并将列车速度数据上传至外部列车控制管理系统或其它系统，进一步增强数据监测功能。

优化的，在所述适配器壳体21的外表面还嵌设有用于通信连接通讯调试上位机的usb接口和/或第二rs232总线接口，其中，所述适配器主板通信连接所述usb接口和/或所述第二rs232总线接口。如图1所示，通过配置所述usb接口和/或所述第二rs232总线接口，可以在列车停止行进时使所述通讯适配器外接地面系统的通讯调试上位机(其运行有适配器调试软件)，以便实现对通讯适配器的调试工作，例如进行适配器参数设置、速度传感器参数设置和mvb/以太网/rs485/4g通信参数设置等。此外，所述监控调试上位机与所述通讯调试上位机可为同一上位机，该上位机需要安装主机调试软件和适配器调试软件，并可通过选择开关选择不同的软件界面，如此分别实现对监控主机和对通讯适配器的调试工作。

优化的，所述适配器主板上配置有用于通信连接4g/5g无线监控上位机的无线4g/5g通讯模块。如图1所示，通过配置所述无线4g/5g通讯模块，可以在列车行进过程中，实时地通过4g/5g无线通信技术，将采集的传感器数据及故障诊断分析结果无线传输至地面系统的4g/5g无线监控上位机，该4g/5g无线监控上位机具有一个固定ip地址且运行有监控软件，可以实时展示来自行进列车的数据，方便地面实时监控，及时发现异常行进状况。

优化的，在所述适配器壳体21的外表面开设有若干散热孔28。如图5所示，可以方便所述通讯适配器进行内部散热，确保内部适配电路的正常工作。

优化的，所述主机壳体11由铝合金材质制成，并在壳体外表面设有喷塑处理层。所述主机壳体11可采用定制的专用机箱，由于主机外壳材料为铝合金6061且经表面喷塑处理，可使防护等级达到ip67。

优化的，所述适配器壳体21由铝合金材质制成，并在壳体外表面设有铝本色氧化处理层。

综上，采用本实施例所提供的走行部故障诊断系统，具有如下技术效果：

(1)本实施例提供了一种用于对列车走行部进行多数据采集及实时故障诊断和健康管理的优化监测系统，即通过在监控主板上布置振动调理电路单元、冲击调理电路单元、温度调理电路单元、数字采集电路单元和数据处理电路单元，可在外接复合传感器时对来自列车转向架的振动、冲击及温度等模拟信号进行采样前的调理处理，然后通过内部功能电路对模拟信号进行采集量化，再然后利用现有常规软件算法进行数据分析、测算和故障诊断，得到故障诊断分析结果，最后通过通讯适配器的以太网线接口和/或多功能车辆总线接口，将采集数据及故障诊断分析结果上传至外部的列车控制管理系统，实现实时监测轴箱轴承运行状态和对被监测部件进行自动故障诊断及分级预警的目的，同时由于是将采集功能与分析功能集成到监控主机中，可有效避免当前因传输信号干扰而造成最终故障诊断失误的问题，提升列车运营故障检出能力；

(2)具备通过网络(例如mvb总线网络)与列控tcms进行通信的功能，可将报警信息传输至运行控制中心，及时对严重故障实施调度控制，保障列车运营安全；

(3)可保障累成运营安全和指导维修；

(4)具有无线传输功能，并可将采集数据下载到地面，通过地面分析软件进行精确分析，给出维修指导意见；

(5)由于是采用通讯适配器和监控主机组网方式贯穿整个列车，可简化安装方式，便于实际应用和推广。

以上所描述的多个实施例仅仅是示意性的，若涉及到作为分离部件说明的单元，其可以是或者也可以不是物理上分开的；若涉及到作为单元显示的部件，其可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

最后应说明的是，本实用新型不局限于上述可选的实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本实用新型的保护范围的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。