一种基于模拟仿真的转向架检修培训系统及其培训方法与流程

本发明属于动车组检修领域，具体涉及一种基于模拟仿真的转向架检修培训系统及其培训方法。

背景技术：

随着我国轨道交通技术研究的不断深入，铁路交通、尤其是以动车组为主体的快速轨道交通得到了迅速的发展和广泛的应用，已经极大地影响并改变着人们日常的出行和物品的运输，产生了明显的经济效益和社会效益。动车组在实际运行过程中，往往具有载客量高、输送力强、速度较快、安全性好、正点率高、舒适方便以及能耗较低等优点，而带来上述优点必然少不了动车组各部件的协调、稳定运行。

转向架是动车组的核心部件之一，动车组的运行离不开转向架的对应工作。由于动车组运行速度快，且运行过程中的外界环境往往实时发生着变化，长期的循环使用往往会造成转向架零部件的损失或者变形，使得转向架在动车组运行过程发生故障，影响动车组的正常运行。因此，动车组的转向架需要经常进行检修和维护，也需要动车组上的乘务人员针对动车组运行过程中的转向架故障进行应急处理。

在转向架的故障应急处理、检修维护过程中，往往少不了列车乘务员和/或检修人员的专业操作，而列车乘务员和检修人员专业技术的好坏直接决定了转向架工作状态的好坏和动车组列车的正常运行。因此，对乘务人员和检修人员进行转向架故障检修、故障分析、故障应急处理的培训便显得十分重要，这也成为了近年来动车组运营中被广泛关注的一个重要课题。目前，针对乘务人员和检修人员进行的转向架检修培训大多还是理论加实训的组合形式，即先在室内进行理论教学，再利用动车组的天窗时间到列车上进行现场检修培训，或者在动车组运行过程中进行跟车培训，了解转向架在运行过程中可能出现的故障，以及对应各故障的应急处理方式，以之来保证动车组列车和列车上转向架的正常运行。然而，经过长期的验证表明，上述培训方法存在着较大的弊端，主要体现在如下几个方面：1、转向架的理论培训很难与实物培训实时对照，实物培训的系统性较差，理论培训不能直观地反应转向架的结构特点，造成培训效果较差；2、转向架的跟车培训往往需要被培训人员长时间呆在动车组列车上，培训的环境较差，往往依赖于实际的故障进行分析和演练，不仅培训的效果较差，还影响着列车的安全、稳定运行，造成理论与实际无法得到有效结合，极大地影响着转向架相关培训的效率和质量，间接制约了转向架的正常使用，影响了动车组的稳定运行，存在较大的局限性。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的一种或者多种，本发明提供了一种基于模拟仿真的转向架检修培训系统及其培训方法，其中通过设置中央控制单元、转向架模拟单元和故障检测组件等部件对应工作，可实现动车组转向架结构和原理的教学，并实现转向架常见故障的模拟教学和培训，保证转向架检修培训的系统性和准确性，提升转向架检修培训的质量。

为实现上述目的，本发明的一个方面，提供一种基于模拟仿真的转向架检修培训系统，其特征在于，包括：

转向架模拟单元，其对应动车组上的转向架设置，包括与所述转向架对应的各零部件，以用于模拟动车组上的转向架，且各所述零部件上对应设置有可实时检测零部件状态的状态检测传感器；

故障检测组件，其包括以电连接的信号采集单元和信号处理单元，所述信号采集单元对应连接各所述状态检测传感器，用于实时检测所述转向架模拟单元中各部件的工作状态，并将采集到的状态信号对应传输到信号处理单元中，继而可由所述信号处理单元对各所述状态信号进行处理；

中央控制单元，其与所述信号处理单元以电连接，可用于接收来自所述信号处理单元反馈的状态信号，并对应显示所述转向架模拟单元的工作状态；

故障替换组件，其与所述转向架模拟单元对应设置，包括多个不同的故障元件，各所述故障组件上分别设置有状态检测传感器，且分别对应所述转向架的一种故障，继而所述故障元件可对应替换到所述转向架模拟单元中，并使得所述转向架模拟单元处于对应的故障状态。

作为本发明的进一步改进，对应所述中央控制单元还设置有示教组件，其与所述中央控制单元对应以电连接，包括原理示教模块和结构示教模块，用于对所述转向架的结构和原理进行培训。

作为本发明的进一步改进，所述示教组件还包括理论考核模块和实物考核模块，用于实现学员培训后的理论知识考核和实物操作考核。

作为本发明的进一步改进，所述中央控制单元和所述转向架模拟单元之间设置有电力控制单元和气压传动组件，所述中央控制单元可通过所述气压传动组件在所述转向架模拟单元上对应模拟所述转向架的气动故障，并由所述中央控制单元对应显示所述气动故障的故障信号。

作为本发明的进一步改进，所述转向架模拟单元包括按一定比例设置的轮对、轴箱、一级悬挂、构架、二级悬挂、驱动装置和基础制动装置。

作为本发明的进一步改进，所述转向架模拟单元与动车组上的转向架以1:1对应设置。

作为本发明的进一步改进，对应所述中央控制单元设置有显示屏，用于显示所述转向架模拟单元处于的对应状态，并完成对所述示教组件和所述转向架模拟单元的指令控制。

本发明的另一个方面，提供一种基于模拟仿真的转向架检修培训方法，其利用所述的基于模拟仿真的转向架检修培训系统来实现，步骤如下：

s1：打开所述转向架检修培训系统，使所述中央控制单元、所述故障检测组件、所述转向架模拟单元和所述示教组件分别处于待机状态；

s2：控制所述示教组件，分别由所述原理示教模块和所述结构示教模块完成所述转向架原理和结构的理论培训；

s3：通过所述转向架模拟单元和所述故障替换组件进行所述转向架的拆解、组装培训，实现对所述转向架各部件具体结构、安装位置、匹配形式的培训以及对各部件状态的检修培训；

s4：利用所述故障替换组件中的各故障元件依次替换所述转向架模拟单元中的对应部件，使得所述转向架模拟单元处于对应的故障状态，再借助故障检测组件和中央控制单元，实现对所述转向架故障的准确模拟，完成所述转向架的故障实物培训。

作为本发明的进一步改进，还包括对学员的考核评定，其通过如下步骤来实现：

s5：控制所述示教组件，依次完成所述学员的理论考核和实物操作考核，所述理论考核通过调用各类试题来完成，所述实物操作考核通过考官调用所述实物考核模块中对应的故障指令，利用所述故障替换组件中对应的故障元件，在所述转向架模拟单元上进行对应的故障模拟，继而让学员对所述转向架模拟单元进行对应的故障处理过程，再借助所述故障检测组件来检测所述转向架模拟单元是否状态正常，从而完成对学员实物操作的考核。

上述改进技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

(1)本发明的基于模拟仿真的转向架检修培训系统，其通过对应设置转向架模拟单元、故障检测组件、中央控制单元和故障替换组件，有效实现了转向架的结构模拟和故障模拟，通过对转向架模拟单元的拆解、拼装，实现了学员对转向架结构、部件原理、部件连接形式的培训，以及对转向架故障的准确模拟，结合故障检测组件和中央控制单元，有效实现了对转向架故障的系统模拟和培训，有效提升了转向架检修培训的系统性，保证了培训的质量和效率，降低了培训的成本；

(2)本发明的基于模拟仿真的转向架检修培训系统，其通过设置示教组件，以其完成对转向架系统原理、结构组成的理论培训，使得检修培训的理论部分可与检修的实务操作部分相结合，做到理论知识的学以致用，方便学员加深对理论知识的理解，提升了检修培训的效率和质量；

(3)本发明的基于模拟仿真的转向架检修培训系统，其通过在示教组件中设置理论考核模块和实物考核模块，由其完成对学员学习效果和对知识掌握情况的直观反馈，使学员充分了解自己对培训内容的掌握情况，了解自己还需进一步学习的内容，也使得教员可准确得到学员的学习情况，为后续的培训提供依据，进一步提升了转向架检修培训的效率和质量；

(4)本发明的基于模拟仿真的转向架检修培训系统，其通过对应转向架模拟单元和中央控制单元设置电力控制单元和气压传动组件，使得中央控制单元可在转向架模拟单元上对应模拟多种气动故障，有效实现了转向架气动故障的对应培训，提升了学员对转向架故障判断的能力，进一步完善了转向架检修培训的系统性；

(5)本发明的基于模拟仿真的转向架检修培训系统及其培训方法，其检修培训系统的结构简单，设置简便，控制准确性高，提升了培训方法的合理性和系统性，同时实现了转向架检修培训的实物培训和理论培训，使得两个培训均在室内完成，大大提升了转向架检修培训的效率和质量，减少了转向架检修培训的成本，提升了动车组随车人员的技术能力，继而保证了转向架运行故障的及时发现和准确处理，实现了动车组的稳定、高效运行，具有极好的应用推广价值。

附图说明

图1是本发明实施例中基于模拟仿真的转向架检修培训系统的整体结构示意图；

图2是本发明实施例中基于模拟仿真的转向架检修培训方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明优选实施例中基于模拟仿真的转向架检修培训系统的整体结构如图1中所示，其中，转向架检修培训系统可对应设置在相应的培训室内，其优选包括中央控制单元、转向架模拟单元、故障检测组件和示教组件。

具体地，优选实施例中的转向架模拟单元通过多个状态检测传感器对应连接故障检测组件，以通过状态检测传感器对应采集转向架模拟单元中的操作信号或者状态信号；进一步地，优选实施例中的转向架模拟单元用于模拟动车组的转向架，其优选与动车组上的转向架以一定的比例仿真设置，如1:1，1:2，1:3，2:1，1:4等，优选实施例中进一步以1:1的比例设置，具体包括轮对、轴箱、一级悬挂、构架、二级悬挂、驱动装置和基础制动装置等，各部件之间模拟转向架中的组装形式进行组装，且各部件可对应拆解或者更换，以使得转向架模拟单元可转换为对应的培训状态。

进一步地，优选实施例中转向架模拟单元的各部件上分别设置有状态检测传感器，通过状态检测传感器可实时监测对应部件上的状态信息，而各状态检测传感器分别连接在故障检测组件上，优选实施例中的故障检测组件优选包括信号采集单元和信号处理单元，其中，信号采集单元优选与转向架模拟单元中的各状态检测传感器对应连接，以采集各状态检测传感器中收集到的状态信号；而信号采集单元与信号处理单元对应以电连接，以用于信号采集单元采集到的状态信号可对应传送到信号处理单元中，由信号处理单元对各种状态信号进行分析、处理；进一步地，信号处理单元与中央控制单元以电连接，以用于将处理后的状态信号发送到中央控制单元，由中央控制单元反馈转向架模拟单元的工作状态。

进一步优选地，对应中央控制单元设置有显示屏，使得中央控制单元将接收到的处理信号反馈为对应的图像并由显示屏对应显示，实现学员对故障状态、故障位置等信息的直观学习和认知。

进一步地，优选实施例中对应转向架模拟单元设置有故障替换组件，其中包括各种可用于更换的故障元件，如故障轮对、故障轴箱、故障一级悬挂、故障构架、故障二级悬挂、故障驱动装置和故障基础制动装置等，各故障元件可对应替换掉转向架模拟单元中对应的正常部件，以模拟转向架使用过程中可能出现的各种故障；进一步优选地，优选实施例中的故障元件可对应模拟的故障包括安全阀漏风、乍轮踏面损伤、齿轮箱损伤、构架裂纹、排障板损坏、换气装置震动大、抗蛇行减振器破损、空气弹簧破损、空心轴有沉积物、联轴器挡水板破损、联轴器螺以开裂、联轴器螺栓断裂、车轮剥离、轮对擦伤、轮盘损伤、踏面清扫装置故障、怅紧装置故障、轴盘损坏、轴箱防震橡胶变形、轴箱体前盖故障、主变压器风机异响/振动、主变压器故障、转向架节点破损；当然，根据优选设置故障元件，转向架模拟单元也可模拟除上述故障以外的其他故障，这可根据实际需要进行优选。

进一步地，转向架模拟单元和中央控制单元之间通过电力控制单元和气压传动组件对应连接，通过中央控制单元的控制，可实现转向架模拟单元上对应阀件或装置的气动故障，如安全阀、辅助空压机连接器、高度控制阀、换气装置、空气弹簧、速度传感器故障、踏面清扫装置、怅紧装置、制动夹钳间隙、主变压器风机等的气动故障，在模拟控制时，中央控制单元的显示屏上可对应显示转向架模拟单元处于何种气动故障下，以及该气动故障对应何种故障信号，继而学员可通过观察转向架模拟单元和中央控制单元的显示屏，明确转向架此时遇到了何种气动故障。

进一步地，优选实施例中的检修培训系统对应中央控制单元还设置有示教组件，其包括结构示教模块、原理示教模块、理论考核模块和实物考核模块，其中，结构教学模块用于对学员进行转向架结构教学，其中包括转向架的三维立体模型、转向架的三维拆解模型和转向架各部件的结构模型等，用于对学员进行转向架的结构培训；原理示教模块用于对学员进行转向架各部件之间的工作原理进行培训；理论考核模块可通过对应的试题考核学员理论知识的掌握程度，实物考核模块主要用于考核学员的故障处理能力，教员可根据实物考核模块中的对应试题，借助故障替换组件，在转向架模拟单元上对应模拟出对应的故障，继而学员可对转向架模拟单元进行对应的检修，再通过故障检测组件对应检测学员的处理是否正确，转向架是否处于正常状态，以此来完成转向架检修培训的实物考核模块，从而对学员的故障处理能力进行考核。

进一步地，如图2中所示，利用优选实施例中基于模拟仿真的转向架检修培训系统来进行学员的培训时，可优选通过如下的步骤来实现：

s1：打开适用于转向架检修培训系统，使中央控制单元、故障检测组件、示教组件、转向架模拟单元分别处于工作前的待机状态，以完成转向架检修培训的前期准备；

s2：控制示教组件，通过原理示教模块、结构示教模块对学员进行转向架的原理和结构培训；

s3：结合结构示教模块，对转向架模拟单元进行转向架的拆解、拼装培训，培训转向架各部件的具体结构、安装位置和匹配形式，再结合故障替换组件，使学员了解各部件在故障下的状态，帮助学员区分部件是否处于故障状态；

s4：依次在转向架模拟单元中更换故障替换组件中的各种故障元件，利用故障检测组件对转向架模拟单元的故障状态进行检测，使得学员可结合故障检测结果明确转向架模拟单元是否处于故障中，以及处于何种故障中，完成对转向架故障培训的实物培训；

s5：通过示教组件进行转向架检修培训的理论知识考核和实物操作考核，具体的，理论知识考核可借助考核模块中的各类试题来完成，实物操作考核通过实物考核模块、转向架模拟单元来实现，考官通过调用实物考核模块中对应的故障指令，利用故障替换组件中对应的故障元件，在转向架模拟单元上进行对应的故障模拟，继而让学员对转向架模拟单元进行对应的故障处理过程，再借助故障检测组件来检测转向架模拟单元是否状态正常，从而完成对学员实物操作的考核，可优选通过学员的处理时间来判定学员的掌握程度，评定学员的成绩。

本发明中基于模拟仿真的转向架检修培训系统及其培训方法，培训系统的结构简单，设置简便，能同时实现了转向架检修培训的实物操作培训和理论教学培训，提升了转向架检修培训的合理性和系统性，确保了学员接受培训的效率和质量，减少了转向架检修培训的成本，提升了动车组随车人员的技术能力，继而保证了动车组运行过程中转向架出现故障时的及时发现和准确处理，实现了动车组的稳定、高效运行，具有极好的应用推广价值。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。