（電氣工程專(zhuān)業(yè)論文）鐵道車(chē)輛紅外線(xiàn)軸溫探測(cè)技術(shù)的研究與改進(jìn).pdf

中文摘要 摘要 紅外線(xiàn)軸溫探測(cè)技術(shù)目前被廣泛應(yīng)用于鐵路車(chē)輛軸溫動(dòng)態(tài)自動(dòng)監(jiān)測(cè) 該系 統(tǒng)具有自動(dòng)計(jì)軸計(jì)輛 自動(dòng)測(cè)定軸溫并進(jìn)行熱軸判別 自動(dòng)滾滑判別和識(shí)別客貨 車(chē)輛 自動(dòng)報(bào)警等功能 通過(guò)微機(jī)聯(lián)網(wǎng)通訊 實(shí)現(xiàn)熱軸跟蹤和集中管理 能有效 地防止列車(chē)熱軸 切軸事故發(fā)生 確保鐵路列車(chē)運(yùn)行安全 但目前采用的紅外線(xiàn)軸溫探測(cè)設(shè)備普遍存在著抗陽(yáng)光干擾能力較弱 探頭角 度位置不佳 不能適應(yīng)列車(chē)高速運(yùn)行等問(wèn)題 為此 本文從作者多年從事紅外線(xiàn) 軸溫探測(cè)設(shè)備使用 維修 管理實(shí)際經(jīng)驗(yàn)出發(fā) 結(jié)合濟(jì)南鐵路局濟(jì)南西車(chē)輛段的 具體使用狀況 提出了具有針對(duì)性的改進(jìn)措施 并投入了現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用 取得了很好 的效果 文章主要內(nèi)容如下 1 首先分析了鐵道車(chē)輛紅外線(xiàn)軸溫探測(cè)的基本原理和系統(tǒng)組成 指出了目前 紅外線(xiàn)軸溫探測(cè)系統(tǒng)在運(yùn)用中存在的問(wèn)題 2 對(duì)陽(yáng)光干擾造成熱軸誤報(bào)問(wèn)題 從提高設(shè)備軟件識(shí)別能力和提高值班員業(yè) 務(wù)水平及工作責(zé)任心兩個(gè)方面進(jìn)行了改進(jìn) 3 針對(duì)國(guó)內(nèi)列車(chē)普遍采用滾動(dòng)軸承軸箱的現(xiàn)狀 對(duì)紅外線(xiàn)軸溫探測(cè)設(shè)備探測(cè) 點(diǎn)的位置進(jìn)行了優(yōu)化研究 4 對(duì)適應(yīng)高速運(yùn)行列車(chē)的光子探頭工作原理進(jìn)行了探討研究 5 最后對(duì)現(xiàn)場(chǎng)使用情況進(jìn)行了總結(jié) 本文重點(diǎn)對(duì)紅外線(xiàn)軸溫探測(cè)系統(tǒng)最佳探點(diǎn)進(jìn)行了研究 并在紅外線(xiàn)軸溫探測(cè) 系統(tǒng)中投入實(shí)際使用 有效地提高了紅外線(xiàn)軸溫探測(cè)系統(tǒng)準(zhǔn)確率 改進(jìn)后的系統(tǒng) 于2 0 0 6 年l o 月在濟(jì)南鐵路局濟(jì)南西車(chē)輛段投入正式使用 從現(xiàn)場(chǎng)使用效果來(lái)看 改進(jìn)后的系統(tǒng)基本達(dá)到了預(yù)期目標(biāo) 大幅度地減少了熱軸誤報(bào)情況的發(fā)生 提高 了列車(chē)的運(yùn)行安全性 關(guān)鍵詞 鐵道車(chē)輛 紅外線(xiàn) 軸溫探測(cè) 研究改進(jìn) 分類(lèi)號(hào) j 量塞交道太堂童些亟 堂僮j 金塞 旦墨 壁 王 a bs t r a c t a b s t r a c t h o t b o xi n f r a r e dd e t e c t i o nt e c h n 0 1 0 9 yi sb e i n gw i d e l y u s e di nr a i lv e h i c l e sh o t b o xd y n a m i cm o n i t o r i n g t h es y s t e mh a s a u t o m a t i c a l l yd o l l a r sa x i so fv e h i c l e s a n da u t o d e t e r m i n a t i o n h o t b o xa x i so fd i s c r i m i n a t i o n a u t o m a t i c a l l yd e t e r m i n ea n d i d e n t i f y r o l l e r s l i d i n gp a s s e n g e ra n df r e i g h tv e h i c l e s a u t o m a t i ca l a r mf u n c t i o n s t h r o u g ht h ec o m p u t e rn e t w o r k c o m m u n i c a t i o n s a n dh o t a x i s t r a c k i n g a n dc e n t r a l iz e d m a n a g e m e n t e f f e c t i v ei np r e v e n t i n gh e a t a x i st r a i n s c u t s h a f t a c c i d e n to c c u r r e d t oe n s u r et h es a f eo p e r a t i o no ft h er a i l w a y t r a i n s b u t t h e u s eo fi n f r a r e dd e t e c t i o n e q u i p m e n t h o t b o x w i d e s p r e a da n t i i n t e r f e r e n c ec a p a b i l i t ys u n l i g h ti sw e a k p o o r l o c a t i o no ft h ep r o b e p o i n to fv i e w c a nn o tm e e tt h eh i g h s p e e d t r a i n sr u n n i n g a n do t h e ri s s u e s t h e r e f o r e t h i sa r t i c l ef r o m t h ea u t h o rf o rm a n yy e a r se n g a g e di nt h eu s eo fi n f r a r e dh o t b o x d e t e c t i o ne q u i p m e n t m a i n t e n a n c e m a n a g e m e n to fp r a c t i c a l e x p e r i e n c e t h ec o m b i n a t i o nj i n a n x i d e p o to fj i n a nr a i l w a y a d m i n i s t r a t i o nu s e t oat a r g e t e di m p r o v e m e n tm e a s u r e sa n dp u t i n t ou s ea tt h es c e n e a c h i e v e dg o o dr e s u l t s t h i sa r t i c l er e a d sa sf o l l o w s 1 f i r s to fr a i l w a yv e h i c l e sh o t b o xi n f r a r e dd e t e c t i o n s y s t e ma n dt h eb a s i cp r i n c i p l e so fc o m p o s i t i o n p o i n t i n go u t t h a tt h ec u r r e n th o t b o xi n f r a r e dd e t e c t i o ns y s t e mi nt h euse o ft h ee x is ti n gp r o b l e m s 2 i n t e r f e r e n c ec a u s e db yt h eh o ts u na x i sf a l s ep o s i t i v e s f r o mt h ea b i l i t yt oi m p r o v et h ee q u i p m e n ta n ds o f t w a r et o i d e n t i f yb u s i n e s ss u p e r v i s i o nr a i s et h el e v e lo fr e s p o n s i b i l i t y a n dw o r kt oi m p r o v et w oa r e a s 3 c o m m o n l yu s e df o rd o m e s t i ct r a i n sr o l l i n gb e a r i n ga x l e b o xo ft h es t a t u sq u o h o t b o xi n f r a r e dd e t e c t i o ne q u i p m e n tt o d e t e c tt h ep o s i t i o nh a sb e e no p t i m i z e ds t u d y j 量塞鑾通太堂童些亟 堂僮j 金塞 墾量至 至 4 t oa d a p tt oh i g h s p e e dt r a i no p e r a t i o no ft h ep h o t o np r o b e p r i n c i p l es t u d yw a sd i s c u s s e d 5 f i n a l l y t h eu s eo ft h es c e n ew a ss u m m e du p t h i sa r t i c l ef o c u so nt h ei n f r a r e dd e t e c t i o ns y s t e mh o t b o x b e s te x p l o r a t i o np o i n to ft h es t u d ya n di n f r a r e dd e t e c t i o n s y s t e mh o t b o xi nt h ea c t u a lu s eo fi n v e s t m e n t h a se f f e c t i v e l y i m p r o v e dt h ei n f r a r e dd e t e c t i o ns y s t e mh o t b o xa c c u r a c y i m p r o v e ds y s t e mi n2006 i nj i n a n x id e p o to fj i n a nr a i l w a y a d m i n i s t r a t i o nu s e t h er e s u l t sf r o mt h es c e n e t h ei m p r o v e d s y s t e mb a s i c a l l ya c h i e v e dt h ee x p e c t e dg o a l s t od r a s t i c a l l y r e d u c et h ea x i so ft h eo c c u r r e n c eo ff a l s ep o s i t i v e sa n di m p r o v e t h es a f e t yo ft r a i no p e r a t i o n k e y w o r d s r a i l w a yv e h i c l e s i n f r a r e d h o t b o xd e t e c t i o n r e s e a r c ht oi m p r o v e c i a s s n o v 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本學(xué)位論文作者完全了解北京交通大學(xué)有關(guān)保留 使用學(xué)位論文的規(guī)定 特 授權(quán)北京交通大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索 并采用影印 縮印或掃描等復(fù)制手段保存 匯編以供查閱和借閱 同意學(xué)校向國(guó) 家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤(pán) 保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說(shuō)明 學(xué)位論文作者簽名 爹節(jié)臣 簽字日期 2 0 0 8 年 月z 日 導(dǎo)師簽名 簽字日期 年月日 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的研 究成果 除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外 論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或 撰寫(xiě)過(guò)的研究成果 也不包含為獲得北京交通大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū) 而使用過(guò)的材料 與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作 了明確的說(shuō)明并表示了謝意 學(xué)位論文作者簽名 李開(kāi)臣簽字日期 2 0 0 8 年6 月6 日 4 1 致謝 本論文的工作是在我的導(dǎo)師邱瑞昌副教授的悉心指導(dǎo)下完成的 邱副教授嚴(yán) 謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和科學(xué)的工作方法給了我極大的幫助和影響 在此衷心感謝三年來(lái) 電氣工程學(xué)院的老師們對(duì)我的關(guān)心和指導(dǎo) 濟(jì)南西車(chē)輛段領(lǐng)導(dǎo)在學(xué)習(xí)上和工作上都給予了我很大的關(guān)心和幫助 在此向 濟(jì)南西車(chē)輛段領(lǐng)導(dǎo)表示衷心的謝意 校外指導(dǎo)教師劉學(xué)理高工對(duì)于我的研究工作和論文也提出了許多的寶貴意 見(jiàn) 在此表示衷心的感謝 在調(diào)查研究工作及撰寫(xiě)論文期間 我單位動(dòng)態(tài)檢測(cè)車(chē)間的同事們對(duì)我論文中 的相關(guān)資料的收集給予了熱情支持和幫助 在此向他們表達(dá)我的感激之情 另外也感謝我的妻子和家人 他們的理解和支持使我能夠?qū)Ｐ耐瓿晌业膶W(xué)業(yè) 和進(jìn)行研究撰寫(xiě)完成論文 1 引言 1 1 問(wèn)題的提出 紅外線(xiàn)軸溫探測(cè)系統(tǒng)是解決列車(chē)軸溫探測(cè)的技術(shù)關(guān)鍵 主要用于運(yùn)行中的各 種客 貨車(chē)輛軸溫的自動(dòng)監(jiān)測(cè) 能有效地防止列車(chē)熱軸 切軸事故 保證列車(chē)行車(chē) 安全 該系統(tǒng)具有自動(dòng)計(jì)軸計(jì)輛 自動(dòng)測(cè)定軸溫并進(jìn)行熱軸判別 自動(dòng)滾滑判別 和識(shí)別客貨 自動(dòng)報(bào)警等功能 通過(guò)微機(jī)聯(lián)網(wǎng)通訊 實(shí)現(xiàn)熱軸跟蹤和集中管理 但是 無(wú)論是廣漢廠(chǎng)的h z t 9 0 1 2 型還是5 0 2 所的h b s 以及哈科所的h t k 一4 9 9 目前都存在以下問(wèn)題 1 對(duì)于罐車(chē)等車(chē)型不能有效排除陽(yáng)光干擾 2 設(shè)備在運(yùn)用過(guò)程中 沒(méi)有隨著鐵路車(chē)輛的發(fā)展變化而對(duì)其進(jìn)行必要的技術(shù) 完善和改進(jìn) 系統(tǒng)功能不能滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)需要 隨著列車(chē)的重載高速和滾動(dòng)軸承化 探照點(diǎn)位置需要改進(jìn)優(yōu)化 3 自2 0 0 7 年4 月1 8 日起 中國(guó)鐵路進(jìn)行了第六次大面積提速 時(shí)速2 0 0 公 里的動(dòng)車(chē)組在各主要干線(xiàn)開(kāi)行 原用的熱敏電阻探頭適應(yīng)速度為5 1 6 0 k m h 不能 滿(mǎn)足第六次大提速后鐵路車(chē)輛高速運(yùn)行的需求 1 2 紅外線(xiàn)軸溫探測(cè)設(shè)備現(xiàn)狀 1 2 1 紅外線(xiàn)軸溫探測(cè)設(shè)備的基本原理 1 紅外線(xiàn)軸溫探測(cè)設(shè)備的基本組成 室外部分 由紅外線(xiàn)軸溫傳感器 車(chē)輪傳感器 環(huán)溫傳感器以及其他附屬設(shè)備 組成 室內(nèi)部分 主機(jī)箱 抗干擾電源 直流電源 電源防雷和信號(hào)防雷組合等組成 2 紅外線(xiàn)軸溫探測(cè)的基本原理 紅外線(xiàn)軸溫探測(cè)系統(tǒng)的基本原理主要是 列車(chē)以一定的速度壓上開(kāi)機(jī)磁鋼時(shí) 探頭保護(hù)門(mén)打開(kāi)準(zhǔn)備接車(chē) 隨后車(chē)輪壓上2 號(hào)磁鋼時(shí)探頭開(kāi)始工作 通過(guò)溫度傳 感器接收軸箱紅外線(xiàn)熱輻射直到壓上3 號(hào)磁鋼為止 完成了一個(gè)軸箱軸溫的采集 過(guò)程 通過(guò)主機(jī)箱進(jìn)行處理和熱軸判別預(yù)報(bào) 同時(shí)向上傳輸 這樣反復(fù)測(cè)溫形成 列車(chē)熱軸波形 1 2 2 紅外線(xiàn)軸溫探測(cè)設(shè)備的運(yùn)用情況 紅外線(xiàn)軸溫探測(cè)設(shè)備已成為我國(guó)鐵路車(chē)輛軸溫檢測(cè)的主要手段 目前全路共 安裝紅外線(xiàn)軸溫探測(cè)設(shè)備3 4 1 2 臺(tái) 平均2 2 9 公里就安裝1 臺(tái) 為車(chē)輛部門(mén)的安 全監(jiān)控發(fā)揮了巨大作用 成為車(chē)輛動(dòng)態(tài)檢測(cè) 5 t 的重要設(shè)備之一 1 2 3 紅外線(xiàn)軸溫探測(cè)設(shè)備的主要功能 1 進(jìn)行動(dòng)態(tài)車(chē)輛軸箱溫度的定性測(cè)量 2 進(jìn)行軸承溫度的定性判別 3 進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸和預(yù)報(bào) 4 進(jìn)行列車(chē)測(cè)速 計(jì)軸計(jì)輛和客貨車(chē)識(shí)別 1 3 本論文研究的主要內(nèi)容 根據(jù)紅外線(xiàn)測(cè)溫技術(shù) 分析目前紅外線(xiàn)軸溫探測(cè)系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中存在的主 要問(wèn)題 研究進(jìn)一步提高紅外線(xiàn)軸溫探測(cè)準(zhǔn)確性的合理的探照點(diǎn)位置 對(duì)適應(yīng)高 速列車(chē)探測(cè)的光子探頭的工作原理進(jìn)行探討研究 減少誤報(bào) 適應(yīng)鐵路大提速的 需要 進(jìn)一步完善紅外線(xiàn)軸溫探測(cè)系統(tǒng)功能 提高車(chē)輛運(yùn)行的安全可靠性 確保 行車(chē)安全 2 2 紅外線(xiàn)軸溫探測(cè)技術(shù)相關(guān)知識(shí) 2 1 紅外線(xiàn)基礎(chǔ)知識(shí) 在可見(jiàn)光譜紅色光的外端有看不見(jiàn)的光線(xiàn)存在 并具有熱輻射效應(yīng) 稱(chēng)為紅 外線(xiàn)或紅外輻射 紅外線(xiàn)的電磁波長(zhǎng)從o 7 6 微米到7 6 0 微米 和所有包括可見(jiàn) 光在內(nèi)的電磁波一樣 紅外線(xiàn)具有反射 折射 散射 衍射等性質(zhì) 自然界中的 任何物體 只要它本身具有 定溫度 高于絕對(duì)零度 即高于攝氏一2 7 3 1 5 度 都能輻射紅外線(xiàn) 2 1 1 維恩位移定律 物體紅外輻射的峰值波長(zhǎng)長(zhǎng)短與其自身的絕對(duì)溫度成反比 即物體自身溫度 越高 它的紅外電磁波長(zhǎng)就越短 入m 2 8 9 7 t 式中 入m 峰值波長(zhǎng) 單位為微米 t 物體的絕對(duì)溫度 根據(jù)這個(gè)公式 可以從物體溫度算出對(duì)應(yīng)其的峰值波長(zhǎng) 也可以根據(jù)峰值波 長(zhǎng)算出對(duì)應(yīng)的絕對(duì)溫度和攝氏溫度 例如 從我國(guó)鐵路車(chē)輛運(yùn)行環(huán)境看 可能處 于的最低溫度約為一4 5 車(chē)輛軸承表面最低溫度約為一4 0 熱軸時(shí)軸承表面最 高溫度約為1 5 0 則 入 4 0 2 8 9 7 2 7 3 4 0 1 2 4 3 微米 入 1 5 0 c 2 8 9 7 2 7 3 1 5 0 6 8 5 微米 即車(chē)輛軸溫對(duì)應(yīng)的峰值波長(zhǎng)范圍約6 8 5 1 1 2 4 3 微米 軸溫探測(cè)在選擇紅外器件時(shí) 就要根據(jù)器件的適應(yīng)探測(cè)溫度范圍有關(guān) 由于 熱敏電阻型紅外元件有較寬的測(cè)溫范圍 因而可選用紅外熱敏元件 2 1 2 斯蒂芬一波爾茲曼定律 斯蒂芬一波爾茲曼公式 r t ot 4 式中 e 一軸箱表面發(fā)射率 一般在0 7 0 9 5 之間 一斯蒂芬 設(shè)爾茲曼常數(shù) 根據(jù)上述公式可以看出 在紅外線(xiàn)軸溫測(cè)量中 軸箱表面單位面積全輻射功 3 率與軸箱的絕對(duì)溫度的4 次方成正比 列車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中 車(chē)輛軸承正常運(yùn)行時(shí)內(nèi)部因運(yùn)動(dòng)摩擦和振動(dòng)產(chǎn)生熱量 傳導(dǎo)到軸承外部部件的表面上 從而產(chǎn)生高于環(huán)境溫度的紅外輻射 即通常所說(shuō) 軸承運(yùn)轉(zhuǎn)熱 當(dāng)軸承內(nèi)部出現(xiàn)不正常狀態(tài)的摩擦就會(huì)產(chǎn)生更高的溫度 大大增加 了軸溫紅外輻射的能量 紅外線(xiàn)軸溫探測(cè)設(shè)備可利用環(huán)境溫度或選定的參照溫度為基準(zhǔn) 設(shè)在軌邊的 紅外探頭中的紅外線(xiàn)探測(cè)器檢測(cè)每個(gè)軸箱發(fā)現(xiàn)的紅外輻射大小 并將其轉(zhuǎn)換為相 應(yīng)的電壓信號(hào) 溫升與電壓幅值有表2 1 的對(duì)應(yīng)關(guān)系 表2 1電壓幅值溫度表 溫升 l23456 7 891 0 o0 0 2 5 0 0 5 00 0 7 5 o l o o0 1 2 5 0 1 5 00 1 7 50 2 0 0 0 2 2 5 0 2 5 0 o0 2 7 50 3 0 d 0 3 2 50 3 5 00 3 7 5 0 4 0 0 0 4 2 5舛5 00 4 7 5 0 5 0 0 2 00 5 3 0 0 5 6 0 0 5 9 00 6 2 00 6 5 0 0 6 8 00 7 1 00 7 們0 7 7 00 8 3 0 3 00 8 0 8 9 0 0 9 2 00 9 5 0 0 9 8 01 0 1 0l 蝴 1 0 7 01 1 0 0 4 01 1 3 0 1 1 6 0 1 1 9 01 2 2 01 2 5 01 2 8 0 1 3 1 0 1 3 4 01 3 7 01 毒0 0 5 0 1 4 3 51 4 7 01 5 0 51 5 4 01 5 7 51 6 1 01 6 哇51 6 8 01 7 1 51 7 5 0 6 01 7 8 51 8 2 01 8 5 51 8 9 01 9 2 51 9 1 9 9 5 2 0 3 02 52 l 7 02 1 3 52 1 7 02 2 0 5 2 2 4 02 2 7 52 3 1 52 3 5 52 3 9 s2 4 3 52 4 7 5 2 5 1 52 5 5 52 5 9 52 6 3 52 6 7 52 7 1 02 7 4 52 7 8 02 8 1 52 8 5 0 嬲52 9 2 02 9 5 52 9 9 03 0 2 53 0 5 53 0 8 5 3 1 1 53 1 4 53 1 7 5 l 3 2 0 03 2 2 s3 2 5 03 2 7 53 3 0 03 3 2 53 3 5 03 3 7 53 伽孰2 5 1 1 0 3 4 5 03 4 7 03 4 3 5 1 03 5 3 03 5 5 03 5 7 03 5 9 03 6 1 03 6 3 0 l 約3 6 5 0 3 6 7 03 6 3 7 1 0 3 7 2 53 7 4 03 7 s 5 3 7 7 03 7 鮚3 8 0 0 l 大于3 8 0 0 m v 技每度l o m v 遞增 2 2 車(chē)輛軸承 箱 基本結(jié)構(gòu) 目前 我國(guó)運(yùn)用中的貨車(chē)車(chē)輛軸承主要為滾動(dòng)軸承 滑動(dòng)軸承占的比例已非 常小 下面介紹滾動(dòng)軸承基本情況 見(jiàn)圖2 一l 和圖2 2 4 2 圖2 1 圓錐和圓柱軸承實(shí)圖 3 圖2 2 滾動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)示意圖 l 一軸箱體 2 一軸箱蓋 3 一圓錐滾子 滾動(dòng)軸承發(fā)熱是滾子沿內(nèi)外圈的滾動(dòng)摩擦 滾子端部對(duì)內(nèi)外圈突緣的摩擦而 引起的 滾動(dòng)軸承產(chǎn)生熱軸的原因 軸承材料有缺陷 機(jī)械加工和熱處理不合要 求 外圈產(chǎn)生高的殘余應(yīng)力 部件選配不當(dāng) 疲勞機(jī)械損傷等 滾動(dòng)軸承熱軸發(fā) 生率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于滑動(dòng)軸承 但一旦軸承有故障 熱軸發(fā)展迅速 因此 在熱軸探 測(cè)中滾動(dòng)軸承熱軸早期預(yù)報(bào)成為重要 2 3 熱軸軸溫產(chǎn)生規(guī)律 2 3 1 熱軸的產(chǎn)生 車(chē)輛在運(yùn)行過(guò)程中 軸承滾子與內(nèi)外圈相互摩擦產(chǎn)生熱量 熱量傳至軸箱與 外界環(huán)境達(dá)成平穩(wěn) 軸箱表面溫度趨于穩(wěn)定值 如圖2 3 5 定 0t 時(shí)間 圖2 3 運(yùn)轉(zhuǎn)熱軸溫升級(jí)過(guò)程 當(dāng)軸箱內(nèi)部出現(xiàn)故障時(shí) 摩擦加劇 單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量增加 溫度突升 如圖2 4 所示 溫 0 圖2 4 熱軸軸溫升級(jí)過(guò)程 2 3 2 滾動(dòng)軸承發(fā)生熱軸主要原因 2 時(shí)間 軸承缺油 油脂不良 混沙水 油脂過(guò)多 滾動(dòng)損壞 內(nèi)圈破裂 保持架破 損 軸承滾道及滾子表面剝離 軸承銹蝕 滾動(dòng)軸承與軸箱組裝不良 軸箱導(dǎo)框 與導(dǎo)槽間隙小 軸箱后部與防塵檔密封不良 車(chē)輪踏面損傷 擦傷 剝離等 6 3 紅外探測(cè)器的應(yīng)用 3 1 紅外探測(cè)器的分類(lèi) 紅外探測(cè)器是對(duì)紅外輻射敏感的器件 其作用是把紅外輻射能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡?能 紅外探測(cè)器主要分為熱探測(cè)器和光子探測(cè)器兩大類(lèi) 在紅外熱軸探測(cè)方面可 選用的探測(cè)器有 熱敏電阻探測(cè)器 熱釋電探測(cè)器 光電探測(cè)器 光伏探測(cè)器 光磁電探測(cè)器 3 2 紅外探測(cè)器主要器件性能 3 2 1 熱敏電阻 熱敏電阻探測(cè)器的敏感元件主要是由金屬氧化物按一定比例燒結(jié)而成 室溫 下 器件的電阻值為2 5 0 c 0 3 0 0 k q 屬于低阻類(lèi) 具有負(fù)的溫度系數(shù) 它的時(shí)間 常數(shù)為2 c 0 3 m s 熱敏電阻是一種廣譜器件 波長(zhǎng)在0 o 范圍內(nèi)具有相同的探測(cè) 率 敏感元件是兩片既薄又小 性能一致的熱敏電阻片r 1 r 2 串聯(lián)而成的 其 原理如圖3 一l 所示 v s 圖3 1 熱敏元件工作原理 電阻r 1 接收輻射 電阻r 2 被屏蔽起來(lái) 防止接收輻射 在熱敏元件上加一 定的偏壓v 從中央引出輸出信號(hào)v s r 2 起溫度補(bǔ)償作用 在無(wú)紅外輻射時(shí) 熱 敏電阻無(wú)變化 r i r 2 r 在r 1 接收紅外輻射時(shí) 其阻值變化 r 則輸出信號(hào) 近似為 v ar r v 從而實(shí)現(xiàn)了紅外輻射到電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)變 7 3 2 2 熱釋電器件 熱釋電探測(cè)器是根據(jù)熱電效應(yīng)的作用原理制成的 當(dāng)熱電晶體受輻射后 由 于吸取輻射功率而使晶體溫度發(fā)生變化 并引起自發(fā)極化強(qiáng)度的改變 這樣在垂 直極化軸的兩個(gè)表面上 表面束縛電荷密度就會(huì)發(fā)生變化 于是在晶體表面形成 外電場(chǎng) 實(shí)現(xiàn)了對(duì)紅外輻射的轉(zhuǎn)換 熱釋電探測(cè)器是一種電容性傳感器 適用于對(duì)交變輻射的探測(cè) 在紅外探測(cè) 范圍應(yīng)用的熱釋電元件主要為鉭酸鋰 l i t a 0 它是鉭酸鋰 l i t a 0 單晶制成的 這種器件的特點(diǎn)是溫度性能好 響應(yīng)波長(zhǎng)的范圍是0 3 i 4 0 微米 包括了軸箱紅 外輻射波長(zhǎng)范圍6 8 5 i 1 2 4 3 微米 3 2 3 光子探測(cè)器 光子探測(cè)器是將入射紅外光子直接變?yōu)槠骷膫鲗?dǎo)電子或傳導(dǎo)空穴 同時(shí)變 為電子一空穴對(duì) 沒(méi)有引起材料的發(fā)熱中間過(guò)程 光子探測(cè)器的特點(diǎn)是 對(duì)光譜響應(yīng)有選擇性 僅能探測(cè)到能量大于某給定值 的光子 即存在長(zhǎng)波限入 響應(yīng)速度快 探測(cè)率高 在紅外軸溫探測(cè)中應(yīng)用的光子探測(cè)器有 光電導(dǎo)器件 光伏探測(cè)器 光磁電 探測(cè)器 典型光子紅外軸溫探測(cè)器等 8 4 紅外線(xiàn)軸溫探測(cè)系統(tǒng)的研制和發(fā)展 4 1 第一代紅外線(xiàn)軸溫探測(cè)設(shè)備 我國(guó)鐵路紅外線(xiàn)軸溫探測(cè)設(shè)備研制工作始于1 9 5 8 年 采用硫化鉛紅外線(xiàn)元 件進(jìn)行非接觸式探測(cè) 1 9 7 0 年 研制出我國(guó)第一臺(tái)鐵路紅外線(xiàn)軸溫探測(cè)設(shè)備 簡(jiǎn) 稱(chēng)一代機(jī) 科技水平接近當(dāng)時(shí)世界先進(jìn)水平 一代機(jī)主要由車(chē)輪傳感器 簡(jiǎn)稱(chēng)磁 鋼 軸溫傳感器 簡(jiǎn)稱(chēng)紅外探頭 軸溫信息傳輸和描筆記錄儀構(gòu)成 值班人員 根據(jù)每個(gè)軸溫脈沖幅值的高低 進(jìn)行滾滑判別和熱軸判別 4 2 第二代紅外線(xiàn)軸溫探測(cè)設(shè)備 目前我國(guó)廣泛使用的第二代紅外線(xiàn)軸溫探測(cè)設(shè)備 簡(jiǎn)稱(chēng)二代機(jī) 科技水平達(dá) 到世界先進(jìn)水平 二代機(jī)引進(jìn)了計(jì)算機(jī)技術(shù) 克服了一代機(jī)只能單點(diǎn)應(yīng)用的缺點(diǎn) 不僅具有網(wǎng)絡(luò)布點(diǎn) 熱軸跟蹤 區(qū)間無(wú)人探測(cè) 人機(jī)對(duì)話(huà)等特點(diǎn) 還具有計(jì)軸計(jì) 輛 波形處理 滾滑判別 幅值計(jì)算 熱軸判別 通訊 自檢等功能 目前國(guó)內(nèi) 主要生產(chǎn)廠(chǎng)家及其主要設(shè)備型號(hào)如下 航天部5 0 2 所 h b d s ii 型 哈爾濱鐵路局 科研所 h t k 一3 9 1 型 h t k 一4 9 9 型 成都鐵路局廣漢通信信號(hào)廠(chǎng) h z t 一1 1 9 0 1 2 型 4 3 國(guó)外紅外線(xiàn)軸溫探測(cè)設(shè)備 國(guó)外紅外線(xiàn)軸溫探測(cè)設(shè)備 主要由少數(shù)幾個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家研制生產(chǎn)和應(yīng)用 1 9 5 5 年美國(guó)s e r v o 公司開(kāi)始研制 1 9 5 6 年生產(chǎn)出第一臺(tái)產(chǎn)品 近幾年來(lái) 發(fā)展中國(guó) 家也開(kāi)始應(yīng)用紅外線(xiàn)軸溫探測(cè)設(shè)備 目前國(guó)外主要生產(chǎn)廠(chǎng)家為美國(guó)伺服公司 s e r v o 美國(guó)哈曼公司 h a r m o n 法國(guó)c s e e 公司和德國(guó)t c 公司 法國(guó)和德國(guó) 紅外探測(cè)器探頭采用光子元件 美國(guó)采用熱釋電元件或高阻抗熱敏電阻元件 光 子元件和熱釋電元件的響應(yīng)速度達(dá)到微秒級(jí) 法國(guó)鐵路的d b c 紅外探測(cè)器適應(yīng)車(chē) 速為3 0 0 k m h 德國(guó)鐵路的h o a g o s 紅外探測(cè)器適應(yīng)車(chē)速達(dá)3 5 0 k n l h 德國(guó)9 0 年代開(kāi)發(fā)的f u s 熱軸熱輪探測(cè)器適應(yīng)車(chē)速更高達(dá)5 0 0 k m h 9 5 紅外線(xiàn)軸溫探測(cè)系統(tǒng)的工作分析 本文以哈科所生產(chǎn)的h t k 4 9 9 型紅外線(xiàn)軸溫探測(cè)系統(tǒng)為例進(jìn)行說(shuō)明 5 1h t k 4 9 9 型紅外軸溫探測(cè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成 圖5 1h t k 4 9 9 型紅外軸溫探測(cè)系統(tǒng)框圖 5 1 1 路局紅外線(xiàn)監(jiān)測(cè)中心的主要功能 一是對(duì)各探測(cè)站預(yù)報(bào)的熱軸進(jìn)行跟蹤 報(bào)警 信息回收 熱軸分為微熱 強(qiáng) 熱 激熱三個(gè)熱級(jí) 其中微熱級(jí)再細(xì)分為微熱3 微熱2 微熱1 預(yù)報(bào)標(biāo)準(zhǔn)規(guī) 范為 微熱跟蹤 強(qiáng)熱前方站停車(chē) 激熱立即停車(chē) 微熱升級(jí) 按強(qiáng)熱處理 二是對(duì)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控 管理 三是對(duì)所有信息進(jìn)行接收 整理 儲(chǔ)存 1 0 5 1 2 復(fù)示中心的主要功能 復(fù)示中心主要設(shè)在有車(chē)輛檢查人員的列檢的作業(yè)場(chǎng) 它與下面與之相連的探 測(cè)站構(gòu)成一個(gè)小系統(tǒng) 先接收設(shè)在本列檢作業(yè)場(chǎng)的探測(cè)站信息 主要功能 一是一旦通信中斷 可以獨(dú)立進(jìn)行工作 不會(huì)影響軸溫探測(cè)工作 二是接收到達(dá)本列檢列車(chē)的軸溫信息 不再進(jìn)行摸軸 減輕列檢人員勞動(dòng)強(qiáng) 度 三是每列車(chē)左右側(cè)各顯示一個(gè)軸溫最大值 由列檢人員對(duì)軸承進(jìn)行重點(diǎn)檢查 確認(rèn) 5 1 3 探測(cè)站的主要功能 在沿鐵路干線(xiàn)3 0 公里左右的區(qū)間站 列車(chē)運(yùn)行列檢所及關(guān)鍵地點(diǎn)設(shè)探測(cè)站 主要功能 對(duì)通過(guò)列車(chē)進(jìn)行軸溫信號(hào)的采集 處理和傳輸 5 2 紅外線(xiàn)軸溫探測(cè)站的系統(tǒng)分析 5 2 1 基本構(gòu)成 探測(cè)站主要由車(chē)輪傳感器 簡(jiǎn)稱(chēng)磁鋼 軸溫傳感器 簡(jiǎn)稱(chēng)紅外線(xiàn)探頭 軸溫 信息處理計(jì)算機(jī) 直流電源 交流凈化電源 設(shè)備的防護(hù)裝置和機(jī)房等構(gòu)成 如 圖5 2 所示 5 2 2 探測(cè)方式 圖5 2 探測(cè)站示意圖 紅外線(xiàn)軸溫探測(cè)方式有四種 上探 平探和下探式 見(jiàn)圖5 3 區(qū)問(wèn)站采用 下探式 處理強(qiáng)熱 激熱熱軸 樞紐站采用上 平 下探式 處理微熱熱軸 圖5 3 下探式 1 2 5 2 3 室內(nèi)設(shè)備組成 探測(cè)站室內(nèi)設(shè)備主要包括主機(jī)箱 抗干擾電源 直流電源 電源防雷和信號(hào) 防雷組合等組成 其核心是主機(jī)箱 1 主機(jī)箱內(nèi)所有模板均采用s t d 總線(xiàn)模式 如圖5 4 所示 開(kāi)開(kāi)關(guān)左右左右保護(hù)校探 通信 r s 2 3 2機(jī)門(mén)門(mén)下下上上門(mén)零風(fēng) r s 2 3 2 接口線(xiàn) 上上上j r 上 上j r 上上上上上上上 f 1 廠(chǎng) i 主機(jī)板 磁鋼板探頭板 l 控制板 串口板數(shù)傳板 l 匕 j迭 為k力匕 09 09 i s t d 總線(xiàn) 茲 w 耘 髫 褫 j f j 一 i 一 j f j 墨 t jk j 一 j j 秘 圖5 4 主機(jī)箱組成示意圖 1 主機(jī)板工作原理 主機(jī)板是h t k 4 9 9 型紅外線(xiàn)軸溫探測(cè)系統(tǒng)的核心 完成對(duì)磁鋼板 探頭板 通訊板 控制板等的控制和管理 根據(jù)這幾塊電路板送來(lái)的信號(hào) 統(tǒng)計(jì)出當(dāng)前通 過(guò)列車(chē)的車(chē)輛數(shù) 列車(chē)速度 列車(chē)行駛方向 列車(chē)各軸的溫度等數(shù)值 及時(shí)給出 熱軸警告 主機(jī)板采用嵌入式d i m m 4 8 6 6 6 m h z 5 8 6 1 3 3 姍z p c 該主機(jī)有2 個(gè)t t l 電 平的串行通訊口 一個(gè)并行數(shù)據(jù)接口 1 6 m 字節(jié)的內(nèi)存 1 6 m 字節(jié)的電子盤(pán) 2 磁鋼板工作原理 磁鋼板外接三路磁鋼信號(hào) 具有計(jì)數(shù)計(jì)時(shí)和向總線(xiàn)送出中斷請(qǐng)求的功能 整個(gè)電路板包括以下幾個(gè)部分 總線(xiàn)接口電路 總線(xiàn)復(fù)位及封鎖電路 計(jì)數(shù) 定時(shí)電路 中斷控制電路 磁鋼信號(hào)放大整形電路等 放大整形電路 見(jiàn)圖5 5 1 3 醫(yī)k 輸出 圖5 5 放大整形電路 a 點(diǎn) 放大器輸入信號(hào) 波形如圖5 6 第1 幅 b 點(diǎn) 放大器輸出波形 波形如圖5 6 第2 幅 c 點(diǎn) 門(mén)限電壓 波形如圖5 6 第3 幅 d 點(diǎn) 二級(jí)比較翻轉(zhuǎn)輸出 波形如圖5 6 第4 幅 e 點(diǎn) 阻容耦合出一個(gè)微分電壓 輸出正尖峰脈沖 波形如圖5 6 第5 幅 f 點(diǎn) 脈沖整形 將e 點(diǎn)波形一次反相整形為方波脈沖 再經(jīng)二次反相后整 形為中斷信號(hào) 波形如圖5 6 第6 幅 t a 點(diǎn)波形 磁鋼輸出 b 點(diǎn)波形 反相放大 c 點(diǎn)波形 門(mén)限電壓 d 點(diǎn)波形 翻轉(zhuǎn)輸出 e 點(diǎn)波形 微分電壓 f 點(diǎn) 一次整形輸出 jl 多飛八趴飛 vuv j v jl 1 v jl r v j l r t v j l 1 r 區(qū)je 一 別岔 苗 寸時(shí)復(fù)占油形圈 1 4 t t t t 通過(guò)對(duì)f 點(diǎn)信號(hào)進(jìn)行處理和應(yīng)用 即可對(duì)運(yùn)行列車(chē)進(jìn)行不問(wèn)斷 非接觸地探 測(cè) 判斷是否到達(dá) 測(cè)定列車(chē)速度 軸距 進(jìn)而進(jìn)行客 貨車(chē)判別 3 探頭板工作原理 探頭板即軸溫信號(hào)檢測(cè)接口板 簡(jiǎn)稱(chēng)a d 板 電路板包括多路通道采集開(kāi) 關(guān) 信號(hào)放大器 采集保持器 1 2 位a d 轉(zhuǎn)換器及總線(xiàn)接口邏輯控制電路 4 串行接口板工作原理 串行接口板以r s 一2 3 2 c 或電流環(huán)方式傳輸數(shù)據(jù) 主要由8 2 5 1 異步串行通信 接口及配套電路構(gòu)成 可編程8 2 5 3 計(jì)數(shù) 定時(shí)器為主 輔8 2 5 1 提供收發(fā)波特率 數(shù)據(jù)的收發(fā)通過(guò)對(duì)8 2 5 1 的控制實(shí)現(xiàn) 電流環(huán)傳輸時(shí)由光電耦合器件對(duì)信號(hào)進(jìn)行 隔離串行傳送 5 數(shù)傳板工作原理 數(shù)傳板的功能主要是將來(lái)自串口板的r s 2 3 2 c 串行數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)過(guò)m c 6 9 2 7 進(jìn) 行調(diào)制解調(diào)變成音頻信號(hào)進(jìn)行二線(xiàn)通信 或?qū)⑼饩€(xiàn)來(lái)的音頻信號(hào)解調(diào)成串行數(shù)據(jù) 交給c p u 處理 2 直流電源模板工作原理 直流電源模板根據(jù)系統(tǒng)各功能模板的要求分別單獨(dú)設(shè)計(jì) 以增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠 性和可維護(hù)性 為此直流電流設(shè)計(jì)為 計(jì)算機(jī)電源 5 v 計(jì)算機(jī)電源 1 2 v 風(fēng)機(jī) 1 2 v 直流電源穩(wěn)壓電路采取集成穩(wěn)壓器 根據(jù)需要 可選擇三端可調(diào)式和不可調(diào) 式兩種集成穩(wěn)壓器 1 三端可調(diào)式穩(wěn)壓器 三端可調(diào)穩(wěn)壓器在性能上優(yōu)于固定穩(wěn)壓器 使用安裝很方便 而且還具有全 過(guò)載保護(hù)功能 本系統(tǒng)采取l m 3 1 7 3 3 8 3 3 9 三端可調(diào)穩(wěn)壓器 三端可調(diào)穩(wěn)壓電 路原理圖如圖5 7 所示 1 5 a 圖5 7 三端可調(diào)式穩(wěn)壓電路 l m 3 1 7 的輸出端和調(diào)節(jié)端之間在工作時(shí)產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)值為1 2 5 v 的基準(zhǔn)電壓 v r e f 這個(gè)基準(zhǔn)電壓加在電阻r 1 上 由于電壓是恒定的 就有一個(gè)恒定的電流 1 1 流過(guò)輸出設(shè)定電阻r 2 得到的輸出電壓為 v o v r e f 1 r 2 r 1 i n i r 2 由于i 刪是由l m 3 1 7 芯片確定的 其值比較小 約在5 0 一1 0 0ua 一般不隨 輸入電壓負(fù)載變化 在輸入端加一0 1uf 瓷片電容 有利于整個(gè)電路性能提高 特別是調(diào)節(jié)端 或輸出端有電容時(shí) 輸入端不接電容時(shí)對(duì)器件影響更大 調(diào)節(jié)端對(duì)地接旁路電容 是為了進(jìn)一步抑制紋波 當(dāng)輸出電壓升高時(shí) 這個(gè)旁路電容可防止紋波的放大 如有電容c 2 時(shí) 紋波抑制比要比無(wú)電容時(shí)高1 0 d b 由于l m 3 1 7 是靠外接電阻來(lái)設(shè)定輸出電壓的 所以r l 應(yīng)靠近穩(wěn)壓器輸出端 和調(diào)節(jié)端之間 否則輸出端電流大時(shí) 將產(chǎn)生附加壓降 影響輸出精度 r 2 的 接地點(diǎn)應(yīng)與負(fù)載電流返回接地點(diǎn)相同 l m 3 3 9 3 3 9 的工作原理與l m 3 1 7 相同 2 三端固定輸出電壓式集成穩(wěn)壓器 現(xiàn)以c w 7 8 1 2 為例加以說(shuō)明 c w 7 8 1 2 是三端固定輸出電壓式集成穩(wěn)壓器的一 種 把整流濾波后的直流電壓加到7 8 1 2 的輸入端和公共端 從它的輸出端可獲 得1 2 v 的穩(wěn)定直流電壓 電路本身無(wú)需任何調(diào)整 如圖5 8 所示 1 6 a 圖5 8 三端固定輸出電壓式穩(wěn)壓電路 c 1 用來(lái)削弱輸入端接線(xiàn)長(zhǎng)產(chǎn)生的電感效應(yīng) c 2 用來(lái)防止負(fù)載電流瞬間時(shí)增 減引起輸出電壓的波動(dòng) c w 7 8 1 2 三端固定輸出電壓式集成穩(wěn)壓器最大輸出電流為1 5 a 最大輸入電 壓允許到3 5 v 最小輸入電壓為1 4 v 完全可以適應(yīng)電網(wǎng)電壓變化的需要 7 8 0 5 7 9 1 2 7 9 0 5 等工作原理與7 8 1 2 相同 5 2 4 室外設(shè)備組成 1 熱敏探頭 h t k 一4 9 9 型熱敏探頭是一種直流探頭 具有統(tǒng)一的背景 可以實(shí)現(xiàn)定量測(cè)溫 探頭組成主要包括光學(xué)系統(tǒng) 熱敏電阻 直流放大器 跟蹤電源和自穩(wěn)零電路 當(dāng)沒(méi)有列車(chē)通過(guò)時(shí) 定量探頭相對(duì)檔板進(jìn)行自穩(wěn)零校正 消除熱敏元件及放大器 的漂移 當(dāng)列車(chē)壓到開(kāi)機(jī)磁鋼時(shí) 首先結(jié)束自穩(wěn)零校正 然后打開(kāi)保護(hù)門(mén) 再進(jìn) 行車(chē)輛軸箱紅外輻射的探測(cè) 其原理如圖5 9 圖5 9 探頭原理框圖 1 7 2 磁鋼 磁鋼主要組成包括 u 型永磁鐵 線(xiàn)圈 骨架和高強(qiáng)度塑料殼及填充材料 一般用0 1 5 微米的高強(qiáng)度漆包線(xiàn)在骨架上繞1 5 0 0 0 匝左右 再套在 u 型永磁 鐵上 然后澆注密封而成 車(chē)輪傳感器利用卡具把傳感器牢固地卡在鋼軌內(nèi)側(cè) 使其與鋼軌密貼 減少空氣磁阻 長(zhǎng)久抵抗列車(chē)通過(guò)帶來(lái)的振動(dòng) 結(jié)構(gòu)原理見(jiàn)圖 5 1 0 v 孕5 7 j 蝌 n 下1 i 電 i 氣 j u 圖5 1 0 磁鋼結(jié)構(gòu)原理圖 卜車(chē)輪 2 一鋼軌 3 一車(chē)輪傳感器 4 一永磁鐵 5 一感應(yīng)線(xiàn)圈 6 一放大器 7 一整形電路 從圖5 1 0 中可以看出 車(chē)輪并不與磁鋼接觸 構(gòu)成磁路是 u 型永磁鐵 鋼軌上半部 無(wú)車(chē)輪時(shí)為大氣 有車(chē)輪時(shí)為輪輞 應(yīng)用電子感應(yīng)原理 在車(chē)輪相 對(duì)磁鋼變化時(shí)磁路發(fā)生變化 導(dǎo)致d q d t 變化 產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 車(chē)輪從遠(yuǎn)離 接近 在車(chē)輪傳感器中心 離開(kāi) 到遠(yuǎn)去連續(xù)變化 磁路阻抗由大逐漸變小 達(dá) 到最小 而后逐漸變大 導(dǎo)致d 1 d t 由小變大 達(dá)到最大 而后逐漸變小 車(chē) 輪傳感器 車(chē)輪和d 1 d t 的相關(guān)變化見(jiàn)圖5 1 l 1 8 車(chē)輪位 磁通變化 輸出電 1 一 t 2 1 t 1 一t 2 k 則均值 t 3 t 4 2 2 t 1 一t 3 k 則均值 t 4 3 t 卜t 4 k 則均值 t i t 2 t 3 t 4 4 4 t 1 t 2 t 3 1 t 2 t 3 k 則均值 t 4 2 t 2 一t 3 k 則均值 t 3 t 4 2 3 t 2 t 4 t 4 1 t 3 t 4 k 則均值 t 3 2 t 3 t 4 k 貝0 均值 t l t 2 t 3 t 4 4 i v t1 t z t 3 t 4 均值 t 1 如果某個(gè)軸箱的軸溫幅值與求得的均值的幾何比大于設(shè)定的閾值 則預(yù)報(bào)熱 軸 4 最高值與次高值幾何比 把同一節(jié)車(chē)廂同一側(cè)的4 個(gè)軸箱的軸溫波形幅值中的最大者與次大者進(jìn)行 幾何比較 比值超過(guò)預(yù)定閾值判為熱軸 此種判別方法每一節(jié)車(chē)廂每一側(cè)只能預(yù) 報(bào)1 個(gè)熱軸 2 滾滑差別 1 滑動(dòng)軸承結(jié)構(gòu) 滑動(dòng)軸承車(chē)占我國(guó)現(xiàn)用車(chē)不到5 其結(jié)構(gòu)如圖5 1 2 由鑄造的軸箱體 軸 瓦 瓦墊 軸箱蓋 密封墊等組成 軸承主要部件是軸瓦 它將車(chē)輛載荷傳遞給 轉(zhuǎn)動(dòng)的車(chē)軸 是產(chǎn)生軸箱熱源的主要部件 為了減小軸頸與軸瓦的摩擦 在軸箱 底部填裝了潤(rùn)滑油和油線(xiàn)卷 保證軸瓦與軸頸間有1 5 2 o lm 的油膜 起到 潤(rùn)滑作用 圖5 1 2 滑動(dòng)軸承結(jié)構(gòu) 瓦的潤(rùn)滑不良 磨損過(guò)度是產(chǎn)生熱軸的主要原因 當(dāng)軸油含水 沾污或油量 減少以及油線(xiàn)卷磨損 弄臟 斷裂時(shí) 也會(huì)產(chǎn)生熱軸 2 滾動(dòng)軸承結(jié)構(gòu) 滾動(dòng)軸承比滑動(dòng)軸承安全可靠 占到現(xiàn)有車(chē)輛的9 5 以上 滾動(dòng)軸承又可分 為有軸箱軸承和無(wú)軸箱軸承兩類(lèi) 其結(jié)構(gòu)分別如圖5 1 3 和圖5 1 4 所示主要由軸 承外圈 密封裝置 前后端蓋等組成 滾動(dòng)軸承發(fā)熱主要是由于滾子沿內(nèi)外圈的滾動(dòng)摩擦及滾子端部對(duì)內(nèi)外圈突 緣磨擦而引起的 滾動(dòng)軸承產(chǎn)生熱軸的主要原因有 軸承材料有缺陷 機(jī)械加工 和熱處理工藝不合要求 使得外圈產(chǎn)生高的殘余應(yīng)力 部件選配不當(dāng) 各種疲勞機(jī) 械損傷等 滾動(dòng)軸承熱軸發(fā)生率要遠(yuǎn)低于滑動(dòng)軸承 但一旦軸承有故障 熱軸發(fā) 展迅速 因此 熱軸探測(cè)中的滾動(dòng)軸承熱軸早期預(yù)報(bào)極為重要 2 l 籬翟 墨j 一 z 1 毫j 五麓 jo i 翟 j i 二 i 妒 i o 庇 i 等爹 獬 圖5 1 3 有軸箱滾動(dòng)軸承結(jié)構(gòu) 圖5 1 4 無(wú)軸箱滾動(dòng)軸承結(jié)構(gòu) 3 兩種波形的區(qū)別及識(shí)別方法 由于在其構(gòu)造結(jié)構(gòu)上的不同 經(jīng)過(guò)紅外探頭探測(cè)得到的波形也表現(xiàn)出一定的 形狀差異 圖5 1 5 是典型的滾動(dòng)軸承軸溫波形 圖5 1 6 是典型的滑動(dòng)軸承軸溫 波形 圖5 1 5 滾動(dòng)軸承圖5 1 6 滑動(dòng)軸承 從圖可以看出滾動(dòng)軸承波形和滑動(dòng)軸承波形還是有著明顯的區(qū)別的 滾動(dòng)軸 承軸溫波形中間幅值要比兩邊大 近似為梯形 滑動(dòng)軸承軸溫波形從第一點(diǎn)開(kāi)始 一直呈緩慢上升的趨勢(shì) 直至最后數(shù)點(diǎn)又呈緩慢下降的趨勢(shì) 介紹數(shù)點(diǎn)法來(lái)判別 2 種波型 i 計(jì)算軸溫波形的幅值 取3 2 點(diǎn)數(shù)據(jù)值中3 個(gè)最大值求平均值作為幅值 i i 從波形第一點(diǎn)開(kāi)始向后尋找大于四分之一倍幅值的第一個(gè)點(diǎn) 且該點(diǎn)之 后有兩個(gè)連續(xù)上升的點(diǎn) 置此點(diǎn)標(biāo)志為a i i i 尋找大于四分之一倍幅值的最后一個(gè)點(diǎn) 并將該點(diǎn)幅值乘以 1 3 8 作 為第二個(gè)點(diǎn) 置此點(diǎn)標(biāo)志為b i v 將a b 兩個(gè)點(diǎn)連成直線(xiàn) v 分別計(jì)算波形的3 2 個(gè)點(diǎn)在此直線(xiàn)上方和下方的個(gè)數(shù) 如果上方點(diǎn)的個(gè)數(shù) 大于下方點(diǎn)個(gè)數(shù)則是滾動(dòng)軸承軸溫波形 反之則是滑動(dòng)軸承軸溫波形 圖5 1 7 3 測(cè)速測(cè)距 1 測(cè)速 可以在軌邊安裝2 個(gè)車(chē)輪傳感器 1 號(hào) 2 號(hào) 磁鋼之間的距離s 固定 設(shè)定 為s 2 7 0 m m 當(dāng)列車(chē)第一輪壓上1 號(hào)磁鋼時(shí) 記下該時(shí)刻t l 該輪壓至2 號(hào)磁 鋼時(shí) 記下該時(shí)刻t 2 所以當(dāng)同一車(chē)輪從1 號(hào)到2 號(hào)時(shí)所需的時(shí)間為 t t 2 一t l 由于1 號(hào) 2 號(hào)磁鋼之間的距離s 固定 2 7 0 m m 因此該輪通過(guò)1 號(hào) 2 號(hào)時(shí)的速 度為v s a t 2 7 0 m m t 2 一t 1 這樣就測(cè)出了該車(chē)輪通過(guò)磁鋼時(shí)的速度 2 測(cè)距 當(dāng)同一臺(tái)車(chē)下一車(chē)輪壓至l 號(hào)磁鋼時(shí) 記下該時(shí)刻t 3 即可計(jì)算出車(chē)輪與 車(chē)輪之間的距離l v x t 3 t 1 2 7 0 t 3 t 1 t 2 t 1 即臺(tái)車(chē)距 3 客貨判定 根據(jù)鐵道車(chē)輛相關(guān)知識(shí) 鐵路貨車(chē)的臺(tái)車(chē)距約為1 7 o 1 m 鐵路貨車(chē)的軸 距約為2 4 0 1 m 通過(guò)臺(tái)車(chē)距即可判定是否客車(chē)通過(guò) 4 判斷列車(chē)是否通過(guò) 利用磁鋼信號(hào)來(lái)判斷列車(chē)是否通過(guò) 可設(shè)計(jì)算機(jī)在軸間距處理時(shí)為一個(gè)字 節(jié) 最大為f f 換算成米為2 5 5 m 即計(jì)算機(jī)通過(guò)判斷兩次磁鋼信號(hào)間的時(shí)間間 隔是否大于時(shí)間t 2 5 5 v 來(lái)判斷列車(chē)是否通過(guò) 若時(shí)間大于t 則說(shuō)明兩個(gè)車(chē) 輪之間的距離大于2 5 5 m 判列車(chē)已通過(guò) 若時(shí)間小于t 即兩個(gè)車(chē)輪之間的間 距小于2 5 5 m 表明列車(chē)還沒(méi)有過(guò)完 6 紅外線(xiàn)軸溫探測(cè)系統(tǒng)存在的不足 根據(jù)多年的現(xiàn)場(chǎng)檢修運(yùn)用實(shí)踐和分析 我認(rèn)為目前紅外線(xiàn)軸溫探統(tǒng)主要存在 三點(diǎn)不足 6 1 易受陽(yáng)光干擾 陽(yáng)光干擾波形是在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)的一種異常波形 它是由于陽(yáng)光 直射探頭而引起的 這在探測(cè)罐車(chē)軸溫時(shí)非常容易出現(xiàn) 因?yàn)楣捃?chē)的車(chē)廂與車(chē)廂 之間沒(méi)有遮擋 使得陽(yáng)光很容易照上探測(cè)箱 如圖6 1 所示 6 1 陽(yáng)光進(jìn)入采集區(qū)示意圖 如果陽(yáng)光直射探頭 陽(yáng)光中存在著的高能量的紅外輻射將同軸溫紅外輻射一 起被采集計(jì)算 從而極易造成誤報(bào)熱軸 由圖2 1 0 可知 當(dāng)紅外探頭掃描車(chē)軸 采集犯點(diǎn)軸溫時(shí) 只有當(dāng)掃描到軸承邊緣部分 陽(yáng)光才有可能進(jìn)入采集區(qū) 依此 推斷本類(lèi)波形的特點(diǎn) 勢(shì)必是波形的兩端或某一端異常凸起 因?yàn)橥蛊鸬倪@一部 分包含了陽(yáng)光中高能量的紅外輻射 典型的此類(lèi)波形見(jiàn)圖6 2 和6 3 所示 圖6 2 圖6 3 我們來(lái)分析一下采集得到圖6 一l 波形和圖6 2 波形的過(guò)程 對(duì)于圖6 一l 當(dāng) 紅外探頭接到采集命令開(kāi)始采集時(shí) 采集的是軸箱的邊緣部分 此時(shí)陽(yáng)光通過(guò)軸 箱邊緣直射上了探頭 所以得到的a d 值較高 見(jiàn)波形前部 隨著列車(chē)的行駛 列車(chē)軸箱遮擋了陽(yáng)光 此時(shí)采集的完全是軸箱的紅外輻射 也即軸箱真實(shí)的軸溫 見(jiàn)波形中部 最后又開(kāi)始采集軸箱的邊緣部分 陽(yáng)光通過(guò)邊緣又直射上了探頭 得到較高的戶(hù)以d 值 見(jiàn)波形后部 而對(duì)于圖6 3 當(dāng)紅外探頭接到采集命令的 時(shí)候 此時(shí)軸箱前部邊緣已經(jīng)駛過(guò) 軸承遮住了陽(yáng)光 所以一開(kāi)始采集的就是真 實(shí)的軸溫 當(dāng)?shù)搅溯S箱的后部邊緣 陽(yáng)光通過(guò)邊緣直射上了探頭 所以此時(shí)的 a d 值變得較高 注意 系統(tǒng)是通過(guò)采集的列車(chē)速度 軸距等信息來(lái)計(jì)算軸箱所 處的位置 并延遲相應(yīng)的時(shí)間向紅外 探頭發(fā)出采集命令的 在這過(guò)程中出現(xiàn)的微小的誤差使得探頭在軸箱上采集 軸溫的起始點(diǎn)不同 6 2 探照點(diǎn)位置不佳 現(xiàn)在的軌邊探頭探照點(diǎn)位置 兼顧滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承 誤報(bào)率高 區(qū)間預(yù) 報(bào)兌現(xiàn)率一般只有1 5 左右 6 3 探頭適應(yīng)速度不高 2 0 0 7 年4 月1 8 日 中國(guó)鐵路進(jìn)行了第六次大面積提速 時(shí)速2 0 0 公里的動(dòng) 車(chē)組在各主要干線(xiàn)開(kāi)行 某些線(xiàn)路的列車(chē)運(yùn)行速度達(dá)到了時(shí)速2 5 0 公里以上 原 用的熱敏電阻探頭適應(yīng)速度為5 1 6 0 l 1 i i h 不能滿(mǎn)足第六次大提速后鐵路車(chē)輛高 速運(yùn)行的軸溫探測(cè)需求 7 對(duì)紅外線(xiàn)探測(cè)系統(tǒng)的改進(jìn)研究 7 1 減少陽(yáng)光干擾 7 1 1 提高設(shè)備軟件識(shí)別能力 通過(guò)上述分析 陽(yáng)光干擾產(chǎn)生的熱軸波形呈浴盆狀 計(jì)算軸溫時(shí)如果將波形 兩側(cè)部分溫度值剔掉 取波形中間的值計(jì)算軸溫 既科學(xué)又準(zhǔn)確 7 1 2 提高值班員業(yè)務(wù)水平及工作責(zé)任心 有一些紅外線(xiàn)監(jiān)測(cè)中心值班員怕?lián)?zé)任 只要計(jì)算機(jī)預(yù)報(bào) 不加分析 全部預(yù) 報(bào) 通過(guò)報(bào)文分析 有很多假熱軸是完全可以不預(yù)報(bào)的 提高值班員業(yè)務(wù)水平及 工作責(zé)任心 加強(qiáng)熱軸報(bào)文分析 完全可以減少一些熱軸的誤報(bào) 7 2 關(guān)于探照點(diǎn)位置的改進(jìn)研究 如前所述 目前的探照點(diǎn)位置是兼顧滾滑的方案 探頭與鋼軌的夾角為 4 0 4 5 度 探頭中心距軌內(nèi)側(cè)距離為4 2 0 毫米 探照點(diǎn)偏外 探測(cè)車(chē)輛軸箱時(shí)探 照點(diǎn)掃描線(xiàn)從滾動(dòng)軸承外圈外側(cè)端到端蓋 能夠掃描軸承體的范圍較