一种高速列车轮对踏面擦伤检测系统及检测方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109696476A(43)申请公布日2019.04.30(21)申请号201910109067.1(22)申请日2019.02.03(71)申请人湖南工业大学地址412007湖南省株洲市天元区泰山西路88号(72)发明人何静张昌凡刘建华龙永红毛颂安李涛周哲(74)专利代理机构广州粤高专利商标代理有限公司44102代理人杨千寻冯振宁(51)Int.Cl.G01N29/04(2006.01)G01N29/48(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称一种高速列车轮对踏面擦伤检测系统及检测方法(57)摘要本发明公开了一种高速列车轮对踏面擦伤检测系统及检测方法：该系统装置由机械支撑、电气传动和电气控制三部分组成。机械支撑部分起整个系统的支架作用；电气传动部分包括驱动电机、机械加载机构、加载轮、驱动轮、压缩机和电源；电气控制部分包括变频控制器、电位器、信号采集模块和微机。系统利用列车总线将全列车的车辆级故障诊断分机连为一体，对于不同类型的轮对故障，采取不同的处理方法和故障诊断措施，诊断结果通过乘务室显示器显示，为列检人员提供故障信息及处理意见。CN109696476ACN109696476A权利要求书1/2页1.一种高速列车轮对踏面擦伤检测系统，其特征在于：该系统包括机械支撑、变频控制器、驱动电机、压缩机、机械加载机构、加载轮、驱动轮、轮对、电源、电位器、传感器、信号采集模块和微机；机械支撑用于安装被测轮对，变频控制器接入动力电源用来驱动电机的转动，同时从变频控制器中接出电压供给压缩机，压缩机控制机械加载机构绕轴旋转，旋转一定角度后，加载轮和轮对踏面相互接触，给轮对踏面施加一定的负荷,同时可使驱动轮旋转，由驱动轮带动轮对的转动，驱动轮的转速由变频控制器通过电位器调节；传感器组固定在机械加载机构上，由传感器组采集的信号经过数据采集模块后输入微机，实现对擦伤信号的分析和处理。2.一种高速列车轮对踏面擦伤检测方法，其特征在于：进行高速列车轮对踏面擦伤检测的方法主要包含以下步骤：1)、现场测试将被测轮对安装在装置机械支撑上，装置接入动力电源，驱动电机和压缩机，从而保证装置的正常工作；2)、压缩机控制气缸推动机械加载机构绕轴旋转，使加载轮和轮对踏面相互接触，模拟轮对踏面与铁轨的接触；3)、压缩机控制驱动轮的机械机构旋转，带动轮对的转动，驱动轮的转速由变频控制器通过电位器调节，采用开关量控制电机的停止和正反转；4)、将传感器组固定在机械加载机构上，可以直接地获得反映踏面擦伤的振动信号，由传感器组拾取的信号经过数据采集模块后输入计算机；5)、计算机控制器对数据采集模块采集的信号参数进行分析，对信号进行经验模态分解，获得有限的固有模态函数；6)、利用Hilbert变换和瞬时频率方法获得信号的时频谱，根据轮对踏面擦伤故障特征谱线判定是否存在擦伤；7)、检测完毕后等待下一个待检测车轮，重复执行步骤2)至步骤6)完成下一个带检测车轮的检测。3.根据权利要求2所述的一种高速列车轮对踏面擦伤检测方法，其特征在于：所述步骤5)的具体实现方式为：经验模态分解是把一个复杂的非平稳信号分解为有限个基本模式分量之和，并且满足：在整个数据段内，极值点的个数和零交叉点的个数必须相等或相差最多不超过一个；在任何一点，由局部极大值点形成的包络线和局部极小值点形成的包络线的平均值为零；找到信号x(t)的极大值和极小值，通过三次样条拟合，从而获得信号的上包络曲线和下包络曲线，计算上、下包络曲线在每一点的上平均值，从而获得一条平均值曲线m1，则：x(t)-m1＝h1如果h1满足条件，则h1就是x(t)的一个分量；如果h1不满足条件，那么把h1作为原始数据，重复上述步骤，得到上下包络线的平均值m1i，在判断h1i＝h1-m1是否满足条件，如果继续不满足，则重复循环k次，得到h1k＝h1(k-i)-mk，使得h1k满足条件，记C1＝h1k，则C1为第一个满足条件的分量，将C1从x(t)中分离出来，得到信号的逼近分量R1；x(t)-C1＝R1对R1重复上面的过程，就可以获得第二阶分量，2CN109696476A权利要求书2/2页通过经验模态分解方法对信号的一次筛选，就可以获得信号的多个分量和和一个逼近分量Rn，因此，最后信号可由下式表示：上述分解过程为尺度滤波过程，每一个分量Ci都反映了信号的特征尺度，代表了非线性非平稳信号的内在模态特征。4.根据权利要求2所述的一种高速列车轮对踏面擦伤检测方法，其特征在于：所述步骤5)的具体实现方式为：获得了信号的分量后，对每一阶分量作Hilbert变换，记作H[Ci(t)]：其中：x(t)为信号，Ci(t)为信号分量构造解析信号Zi(t)：其中j为虚数