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高速动车组轴温监测系统的设计

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SERVO CONTROL高速动车组轴温监测系统的设计Design of Shaft Temperature Monitoring System for for High-speed EMU大连交通大学电气信息工程学院 张冲冲（Zhang Chongchong）轴承是保障高速动车组运行安全的关键零部件，其工作状态直接影响列车的安全运行，本文设计一款轴温监测系统应用于中国标准动车组上，在分析轴温监测系统装置的功能需求的基础上，采用模块化的设计方案，给出了设计思路。

设计出的轴温监测系统能够实时监测轴承温度变化情况，对于判断轴承运行状况，采取针对性的防护、处理措施，保障列车运行安全，具有重要的现实意义。

关键词：轴承；零部件；轴温监测系统；动车组Abstract: Bearings are the key components to ensure the safety of high-speed EMU. Their working status directly affects the safe operation of trains. This paper designs a shaft temperature monitoring system for use on Chinese standard EMU, analyzes the shaft temperature monitoring system. Based on the functional requirements, a modular design is given and the design ideas are given. The designed shaft temperature monitoring system can monitor the bearing temperature change in real time. It is of great significance to judge the bearing running condition and take targeted protection and treatment measures to ensure the safe operation of the train.Key words: Bearing; Parts; Shaft temperature monitoring system; EMU【中图分类号】U266 【文献标识码】B 【文章编号】1561-0330(2019)04-0100-041 引言近年来，我国高速铁路技术发展迅猛，为人民的出行带来了极大的便利。

在铁路技术跨越式发展的当下，保障列车运行安全，具有重要的现实和长远意义。

轴承分布在转向架上的轴箱、齿轮箱、电机等位置，是保障高速动车组运行安全的关键零部件，起到支承回转体、减小摩擦损失、保障回转精度等重要功能。

动车组由于运行速度高，运行线路空间跨度比较大，其走行部件除受常规冲击载荷外，还受到轨道不平顺、不规则道岔等因素带来的冲击载荷，在其上方的轴承处在高速运转，承载着巨大的负载，且长期受不规则作用力的影响，由于工作环境恶劣，轴承极容易导致磨损、剥落、裂纹等故障，给高速列车运营安全带来极大的安全隐患，因此非常有必要对轴承的运行状态进行实时监测，以保障高速列车运行安全。

我国在动车组引进之初，不同型号的动车组内的轴温监测装置制式不尽相同，且在温度采集方式、采集精度和通信策略等方面存在差异，给设备维护、管理、升级等标准化带来不便。

据相关资料统计，超过50%的列车故障是由轴承问题造成的，因此，我国自主研发一款适用于中国标准动车组上的标准一致的轴温监测装置，实时监测轴温变化对于判断轴承运行状况，采取针对性的防护、处理措施，对于保障列车运行安全，具有重要现实意义。

100 THE WORLD OF INVERTERS2 标准动车组轴温监测系统装置工作原理轴温监测系统装置可以对列车轴承温度进行监测和控制，监测温度传感器设备状态，在保证温度传感器正常工作的基础上监测轴箱轴承的温度情况。

如果温度传感器发生故障或轴箱轴承温度存在异常，则需要采取措施进控制，譬如对列车进行限速、牵引封锁或制动刹车。

新设计的标准动车组轴温监测装置充分吸收和谐号动车组各车型轴温监测装置的优点，并努力克服其存在的不足。

系统由轴温监测主机与温度传感器组成，温度传感器安装于轴端、齿轮箱、牵引电机上，轴温监测主机安装于列车上的电气柜中。

标准动车组轴温监测装置使用PT100铂电阻温度传感器，该传感器满足《JBT8622-1997工业铂热电阻技术条件及分度表》,温度传感器正常工作温度在-40℃—215℃之间，短时工作在250℃。

该监测装置在-15℃—105℃温度范围内，误差范围小于±1℃，在温度小于-15℃或大于105℃时，误差范围限定在±2℃。

每辆车均设有1个轴温监测装置，采用双路供电，供电电压为DC 110V，额定供电电压波动范围为DC 77V-138.5V，功耗不超过50W。

标准动车组轴温监测装置采集轴承、牵引电机驱动端、齿轮箱、牵引电机定子和厨房变压器共计39路温度信号，该装置对采集的温度信号进行处理，用MVB 总线连接MVB接口与车辆控制单元，轴温监测装置与外部设备交互如图1所示。

标准动车组轴温监测装置主要功能为：（1）能够准确监测轴温传感器的工作状态，对温度传感器的温度数据进行采集和处理；（2）该装置使用MVB总线将采集的轴温温度数据上传给TCMS，并且接受TCMS的控制信息。

3 设计方案标准动车组轴温监测系统由五个子系统构成，它们分别是信号处理系统(Signal Processing Unit简称SPU)、电源控制系统、模拟输入系统(Analog Input简称AI)、中央处理系统(CPU)、数字输入输出系统，系统结构如上图2所示。

3.1 信号处理系统信号处理系统由2张功能相同互为冗余的板卡组成，每一个板卡主要包括两个信号处理模块：FPGA处理模块、MCU处理模块。

FPGA模块采用EBI总线通信方,该模块核心芯片图1 轴温监测装置与外部设备交互示意图 101SERVO CONTROL选用Xilinx公司的XC3S400，主要用于数据诊断、温度数据的采集和初级滤波，将采集数据转发给MCU处理模块。

MCU处理模块系统内部通信采用非隔离通信方式，核心芯片选用Freescale的16位单片机MC9S12芯片，内部CAN通信芯片选用PCA82C250。

MCU处理模块可以从FPGA处理模块中读取热轴的采集诊断数据，进行相应的故障预判和处理，将处理后的诊断数据、温度数据及设备的状态信息通过内部双CAN总线发送至中央处理系统，通过外部输入的CAN地址的信号编码，识别系统板位的相关信息。

实现与外部用户的数据交互的方式采用LED数码管和外部按键。

3.2 电源控制系统电源控制系统输入采用双110V直流电压源，电压波动范围为DC77V-120V。

采用完全隔离的两路5V电源作为输出，每路电源最大功率50W(5V/l0A)。

两路电源共地，但5V输出不得直接连接，电源控制系统可直接视为数字电源。

5V输出状态和110V输入状态可通过电源板的LED灯显示出来。

3.3 数字输入输出系统(1)数据采集输入输出管理系统采集轴温检测装置主机地址、自身板卡地址和电源板110V输入与5V输出状态。

(2)数据诊断输入输出管理系统对采集到的轴温检测装置主机地址进行分析，诊断是否采集值在主机地址号的正常范围内，对采集到的电源板电压值进行诊断，判断电源板供电是否正常，110V电源是否接入系统。

(3)数据交互输入输出管理子系统接收声光报警信息，对故障进行声光报警。

通过CAN总线向主控板发送采集到的机箱号、电源状态报文，生命健康报文和板卡在线情况。

标准动车组轴温监测装置核心功能是数据采集、数据处理和数据交互。

3.4 AI/AO系统模拟输入输出（AI/AO）系统由5张完全相同的板卡组成，其中每张板卡采集8路外部温度传感器信号，总共采集40路信号。

轴承温度采集是该装置设计的主要难点之一。

本方案需要实现采集通道8选1，而使用软件实现高速复用由于难度相对较大，所以大大减低了软件的滤波效果。

该设备使用的采样频率31.25kHz，每一个通道采集32个数据后切换到下一个通道，每5Hz 轮询一个周期。

虽然仍很难解决离散化低频混频问题，但由于非常有效的避开了工频区域，所造成的干扰可以忽略。

电压检测信号使用模拟侧的截至频率为1kHz。

3.5 中央处理系统中央处理系统由2张功能相同，互为冗余的板卡组成，每一个板卡由两个功能模块组成，分别是主处理模块、MVBC模块。

主处理模块采用ATSAMASD34核心板，主要负责：双CAN信任仲裁、中央处理系统的主图2 系统结构图(下转125页)102 THE WORLD OF INVERTERS越大，单位发电量投资越低，反之越高。

当然还需结合当地的电价考虑，以及能源价格的趋势，将投资回收控制在3～5年以内时投资风险较小，反之投资风险加大，需慎重考虑。

系统装备的选择：①采用进口设备和技术的特点:技术装备先进、可靠、热效率高，但投资大，发电机容量在6,000kW以上的机组投资约18,000～22,000元/kW。

容量在3,000～6,000kW，投资在22,000～ 30,000元/kW。

②采用国产设备和技术的特点：技术装备安全可靠，系统简单，系统热效率较进口装备略低，但投资可大大降低。

发电装机容量在3,000kW左右的机组，投资约6,500～7,500元/kW。

根据上述情况，我们认为，对于4,000t/d以上规模即装机容量在6,000kW 以上的系统可考虑选用进口设备，而对于2,000t/d规模以下即装机容量在3,000kW以下的系统选用国产设备较为适用。

参考文献：[1]潘炯. 水泥厂中低温纯余热发电技术及其应用[J].节能 技术, 2008-4-14 . 125。

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高速列车轴温监测与分析系统设计

高速列车轴温监测与分析系统设计

高速列车轴温监测与分析系统设计引言：随着高速列车的快速发展和广泛应用，安全性和可靠性成为了设计高速列车的重要方面之一。

在高速列车运行过程中，轴温是一个关键参数，它直接影响着列车的安全性以及维护保养的需求。

因此，设计一个高效可靠的高速列车轴温监测与分析系统是非常必要的。

1. 背景高速列车经常需要长时间连续运行，同时运行过程中会产生大量热量，特别是在轴承处。

轴承的温度过高会导致其损坏甚至失效，进而影响列车的正常运行。

因此，轴温监测与分析系统的设计成为了确保列车运行安全性和可靠性的关键。

2. 监测系统设计（1）采集传感器：在高速列车的轴承上布置温度传感器，可实时监测轴温。

传感器宜具备高精度、高可靠性、快速响应特性，并能适应高速列车多变的环境条件。

同时，传感器应该具备防尘、防水等功能，以确保长时间可靠运行。

（2）数据采集与传输：采集的轴温数据通过数据采集装置传输到监测与分析系统中。

采集装置可以使用有线或无线方式进行数据传输。

对于高速列车来说，时间和带宽都是非常关键的因素，因此，应该选择高效的传输方式，以保证数据的及时传输和准确性。

（3）数据存储：监测与分析系统需要具备大容量的数据存储能力，可存储长时间的轴温数据。

数据存储应该采用可靠的方式，保证数据的完整性和安全性，并且方便后期的数据分析和处理。

（4）数据处理与分析：监测与分析系统应具备实时监测功能，能够对采集的轴温数据进行实时分析和处理。

系统可以设定轴温的报警阈值，一旦超过设定值就会发出警报，及时采取相应的应对措施，确保列车运行过程的安全性。

3. 系统优化与改进（1）算法优化：通过改进轴温监测与分析系统中的算法，可以提高轴温数据的处理速度和准确性。

采用更高效的算法设计，能够快速识别轴温异常，并及时采取相应的措施。

（2）系统可靠性：为提高系统的可靠性，应设置冗余措施，以确保数据采集和传输的稳定性。

同时，应定期对监测设备进行检修和维护，保证其工作状态的良好。

高速铁路列车轴温探测系统的研究与设计的开题报告

高速铁路列车轴温探测系统的研究与设计的开题报告

高速铁路列车轴温探测系统的研究与设计的开题报告一、选题背景高速铁路作为目前公共交通中最快速、最便捷、最安全的交通方式之一，其运行速度和运行安全性是我们关注的重点。

随着高速铁路越来越普及，列车的轴温始终是一个备受关注的问题，因为过高的轴温容易导致列车故障和安全事故。

轴温高低的测量和监测是保障高速铁路运行的关键技术之一。

而遥感监测方式的轴温探测系统，将是未来高速铁路轴温监测的发展方向。

二、选题意义本文旨在通过研究和设计高速铁路列车轴温探测系统，解决现有智能网联技术装备遥感监测方式的轴温探测系统的准确性和实用性问题，提高列车轴温监测水平。

同时，该系统还可以通过掌握列车各个部位的温度变化，实时监测列车运行状态，提高列车运行的可靠性和安全性，为保障人民出行安全，提高物流运输效率，做出贡献。

三、主要研究内容1.轴温探测系统的研究与设计。

2.在车辆装置上设计轴温测量点。

3.利用红外线测温技术，开发一套轴温探测系统。

4.利用测试得到的数据对探测系统进行评估。

五、预期结果和研究意义1.成功完成高速铁路轴温探测系统的研究和设计。

2.成功研制可靠的遥感监测方式的轴温探测系统，提高列车轴温监测的准确性和实用性。

3.成功应用红外线测温技术，构建一套高效的监测系统。

4.提高列车运行安全性，保障人民出行安全，提高物流运输效率。

五、研究方案1.文献综合和市场调研，确定遥感监测方式的轴温探测系统的方向。

2.在车辆装置上设计轴温测量点，准备测试材料。

3.实验室通过红外线测温技术，研究和开发轴温探测装置。

4.测试并处理采集的数据，评估探测系统的准确度和实用性。

总之，本文计划研究和设计高速铁路遥感监测方式的轴温探测系统，以提高列车轴温监测的准确性和实用性。

同时，该系统还可以实现对整列列车各个部分的温度变化进行实时监测，为列车运行保驾护航。

高速列车车轴温度无线监测系统设计

高速列车车轴温度无线监测系统设计


盛用程序接 口
网络层
卜一
一
ｌ 系统总体 结构 设 计
１ ． １ Ｚ ｉ ｇ Ｂｅ ｅ技 术原理 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 是一种崭新 的， 专注于低功耗、 低成本 、 低 复杂度、 低速率的近程无线网络通信技术 ，也是 目前嵌入式应用 的一 个 大 热 点 。Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ技 术 具 有 统 一 的 技 术 标 准 ，是 一 ‘ 种 适 用 于 短距离无线通信的技术 。 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ应用层 由用户根据 自己的需 要 进行开发应用 ， Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ网 络 层 由 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 联盟制定 ， Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ
给 人 民 生命 财产 安 全 造 成 危 害 。所 以开 发 设 计 性 能 优 良 ，安 全可靠 的列车车轴温度监测系统对保证铁路运输 行车安全具 有重大的意义 。 本文 以高速列车车轴为研究对象， 把无线传感网络 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ
（ ２ ） 建立 网络数据库， 记录车轴温度等历史数据变化情况， 生成历史数据 曲线， 判 断报警状态和收集告警数据 ； （ ３ ） 测温 点数可根据不 同实 际情况增加或减少 ， 任 意组合
Ｏ 引 言
车轴是列车的关键部件 ，它的工作状态对列车的安全稳 定 运 行 有 着 积 极 重 要 的 意 义 。列 车 在 高 速 运 行 过 程 中 ，会 导 致 列车车轴 的发热，当车轴温度异常升高时会对车轴造成极 大 的损 害 ， 是 高 速 列 车 安 全 行 车 的 一 大 隐 患 。 严 重 时 有 可 能
摘要 ： 列车在 高速运行过程 中， 会 导致列车车轴 的发 热， 当车轴温度异常升 高时会对 车轴造成极大的损 害 ， 是高速列车安 全 行 车 的一 大 隐 患 。文章 把 无 线传 感 网络 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 技 术 和 温度 测 量技 术相 结合 ， 开 发 设 计 了一 种 新 型 高速 列 车 车轴 温度
高速列车轴箱温度监测系统设计与实现

高速列车轴箱温度监测系统设计与实现

高速列车轴箱温度监测系统设计与实现随着交通工具的不断发展和完善，高速列车的速度和行驶距离也越来越长，相关技术的应用和研究也越来越重要。

其中，高速列车轴箱温度监测系统是一个非常重要的组成部分之一。

本文将主要介绍高速列车轴箱温度监测系统的设计与实现。

一、系统概述高速列车轴箱温度监测系统是一个用于实时检测轴箱温度的系统。

它主要由一组温度传感器、数据采集器、数据处理器和监测软件等部分组成。

当温度传感器检测到轴箱温度过高时，数据采集器会将温度数据通过无线信号传输给数据处理器，并集成这些数据进行处理。

随后，监测软件将温度数据以图表形式呈现给用户，以便用户及时了解轴箱的温度情况。

二、系统元件设计1.温度传感器温度传感器是本系统最为核心的部分。

在选用传感器时，需要考虑到传感器的精度、稳定性、响应时间以及工作温度范围等因素。

本系统中，我们选用了一种高精度、快速响应、广泛使用的热电偶温度传感器。

该传感器能够以0.1摄氏度的精度测量温度，并且能够在极短时间内对温度变化做出响应。

同时，该传感器的工作温度范围适中，符合本系统的要求。

2.数据采集器数据采集器主要负责温度数据的采集、存储和传输。

为了尽可能节约能量，我们选用了一种低功耗的无线数据采集器。

该采集器能够在采集数据时自动唤醒，并在数据传输结束后自动休眠，可以极大地延长其使用寿命。

3.数据处理器数据处理器主要负责将采集器传来的数据进行整合和处理。

为了提高处理速度和减少能量消耗，我们采用了一种高效的数据处理器并对其进行了适当优化。

4.监测软件监测软件是本系统的最终呈现部分，其主要作用是将采集的温度数据以图像形式展示给用户。

我们选择了一种高性能、易于操作的监测软件，并对其进行了定制，增加了更多的功能和用户体验。

三、系统实现系统实现主要分为硬件和软件两个部分。

在硬件实现中，我们选用了一种具有良好性能和可靠性的单板计算机作为数据采集和处理器。

该单板计算机具有较强的处理能力和扩展性，能够满足本系统的要求。