[发明专利]一种列车轮对监测装置

说明书

本发明涉及一种列车轮对监测装置，属新能源与轨道车辆监测技术领域。轮轴装在车架上，车架及壳体端盖上设定磁铁；设有俘能腔组和电控腔的转盘装在轮轴上，电控腔内装有电路板，俘能腔组中的两个俘能腔对称配置在转盘两侧并经导向孔连通；俘能腔端部装有复合振子和隔膜，复合振子的基板的两侧分别粘接有压电片和摩擦片；导向孔中装有激励器，激励器顶靠在隔膜上；激励器与其轴向两侧的定磁铁间的作用力相反，圆周上相邻的两组定磁铁的磁极配置方向相反；基板与压电片构成压电俘能单元，基板及摩擦层与隔膜构成摩擦俘能单元，轮轴转动时各俘能单元将机械能转换成电能并供给传感器，传感器实时地获得轮轴参数并经无线发射系统发射出去。

技术领域

本发明属于轨道交通监测及新能源技术领域，具体涉及一种列车轮对监测装置，用于高铁、地铁等轨道列车轮对的健康监测。

背景技术

轮对是轨道车辆的关键部件，其健康状况以往是通过定期维护、检修加以保障的。随着城市轨道列车及高速铁路车辆运行速度的不断提高以及人们安全意识的提升，车辆运行期间轮对的实时在线监测技术研究受到了国内外学者的广泛关注，轴及轮轴的温度、转速、动态刚度、磨损及振动等诸多方面均需实时监测。对于列车轮对监测系统而言，理想的方法是将各类传感监测系统安装在轮对上或靠近轮对安装，从而实现其运行状态的直接在线监测；但这种监测方案因无法为传感监测系统提供可靠、充足的电力供应而难以推广应用，因为：轮系处于运动状态、且轮系与车厢间存在高频颠簸振动，采用电缆供电时安装不便且可靠性低；如采用电池供电，因电池使用寿命有限而需经常更换，当电池电量不足而未及时更换时将无法实现有效的监测、甚至造成严重的安全隐患。

限于电力供应问题的制约，以往普遍采用非实时的、间接的测量方法进行轮对健康监测，即将传感监测系统置于路基之上，不随车体移动或不随轮轴转动。为解决列车轴系实时监测系统的供电问题，国内外学者提出了可与监测系统集成的微小型压电发电机，但因现有发电机中压电振子自身固有频率低、附加质量或磁铁直接作用在压电振子上、共振与非共振时振幅差异过大等原因，目前所研发的发电机可靠性较低、有效带宽窄、不适于发电机随轮对旋转的工作环境。

发明内容

本发明提出一种列车轮对监测装置，用于轨道列车轮对的健康监测，本发明采用的实施方案是：轮轴经轴承安装在车架上，车架壳体的端部经螺钉安装有端盖，车架立壁和端盖上都设有以轮轴的轴心为中心的一组定磁铁，定磁铁沿圆周方向均布且其与轮轴的轴心的距离相等，定磁铁为圆柱形磁铁或弧形磁铁。

转盘安装在轮轴上，转盘的轴孔套在轮轴上并经平键与轮轴连接，压板经螺钉安装在轮轴的端部并将转盘压接在轴承的内圈上,转盘和轴承的内圈之间设有轴套；转盘或轮轴上设有传感器，传感器为振动传感器、转速传感器、加速度传感器或温度传感器。

转盘上设有至少一个由两个俘能腔构成的俘能腔组和至少一个电控腔，电控腔内安装有电路板，俘能腔组中的两个俘能腔对称配置在转盘的两侧并经导向孔和阻尼孔连通。

俘能腔的底部安装有复合振子和隔膜，隔膜为圆形，复合振子为单个环形振子或多个扇形振子；复合振子的基板的两侧分别粘接有压电片和摩擦片，压环依次将复合振子的基板、绝缘垫和隔膜压接在俘能腔端部，摩擦片位于隔膜的一侧，摩擦片与绝缘垫的厚度相等；隔膜不受外力作用的自然状态下，摩擦片与隔膜贴合在一起；基板和隔膜的材料为金属，具体地为铜、铍青铜或铝；摩擦片的材料为非金属，具体为聚四氟乙烯、聚乙烯或聚酰亚胺；复合振子和与其相邻的隔膜构成换能器。

导向孔中安装有激励器，激励器为铁磁性材料的滚柱或滚珠，激励器和定磁铁距轮轴的中心的距离相等；激励器为滚珠时，激励器上设有两个对称的切平面，即对称地切掉两个球缺；激励器顶靠在隔膜上，滚柱型激励器的两端或滚珠型激励器的切平面顶靠在隔膜上；激励器与其轴向两侧的定磁铁间的作用力相反，即激励器与其一侧的定磁铁相吸、与其另一侧的定磁铁相斥；圆周上相邻的两组定磁铁的磁极配置方向相反，即一组定磁铁使激励器向左运动、另一组定磁铁使激励器向右运动；隔膜、激励器及俘能腔构成阻尼腔；激励器和与其左右相邻的两个换能器构成振动单元。