一种铁路货车轴承的震动智能监测系统

摘要

本发明公开了一种铁路货车轴承的震动智能监测系统，本发明属于物联网领域，涉及震动智能监测技术，基于铁路列车货运系统物联网化的需求，实现列车在线运输状态参数的实时监控及远程传输，通过上位云端系统或大数据对这些参数数据进行分析，实现列车各项参数的远程监控及决策调度，尤其是列车轴承故障的早期诊断、预测及预警,进而和列车制动控制系统联动,以便操作人员及时采取措施，降低可能存在的风险。

权利要求

1.一种铁路货车轴承的震动智能监测系统，其特征在于，所述震动智能监测系统包括监测平台、数据采集模块、震动分析模块、故障诊断模块以及存储模块；

所述故障诊断模块用于根据震动分析模块分析的结果进行故障诊断，具体诊断过程包括以下步骤：

震动频率异常诊断

步骤S1：当Zfi+1和Zfi均处于[Zf0，Zf1]的范围内时，且频率差额值CfZ＞Cf0时，则立即连续采集m组震动频率数据，并通过CfZ=|Zfj+1‑Zfj|获得频率差额值CfZ，其中m为整数，j=

1，2，……m‑1，且j+1≤m；

步骤S2：当CfZ≤Cf0时，则判定轴承正常；当CfZ＞Cf0时，则判定轴承故障，并向监测中心发送预警；

步骤S3：当Zfi+1和Zfi不处于[Zf0，Zf1]的范围内时，则立即连续采集m组震动频率数据，判断m组震动频率数据是否处于[Zf0，Zf1]的范围内，若m组震动频率数据均处于[Zf0，Zf1]的范围内或处于[Zf0，Zf1]的范围内震动频率的组数占比在50%以上，则判定轴承正常；若m组震动频率数据均不处于[Zf0，Zf1]的范围内或不处于[Zf0，Zf1]的范围内震动频率的组数占比在50%以上，则判定轴承故障，并向监测中心发送预警；

震动幅度异常诊断

步骤SS1：当Zvi+1和Zvi均处于[Zv0，Zv1]的范围内时，且幅度差额值CvZ＞Cv0时，则立即连续采集n组震动幅度数据，并通过CvZ=|Zvk+1‑Zvk|获得幅度差额值CvZ，其中n为整数，k=

1，2，……n‑1，且k+1≤n；

步骤SS2：当CvZ≤Cv0时，则判定轴承正常；当CvZ＞Cv0时，则判定轴承故障，并向监测中心发送预警；

步骤SS3：当Zvi+1和Zvi不处于[Zv0，Zv1]的范围内时，则立即连续采集n组震动幅度数据，判断n组震动幅度数据是否处于[Zv0，Zv1]的范围内，若n组震动幅度数据均处于[Zv0，Zv1]的范围内或处于[Zv0，Zv1]的范围内震动幅度的组数占比在50%以上，则判定轴承正常；若n组震动幅度数据均不处于[Zv0，Zv1]的范围内或不处于[Zv0，Zv1]的范围内震动幅度的组数占比在50%以上，则判定轴承故障，并向监测中心发送预警；

其中Zf0、Zf1均为系统预设频率阈值，且Zf0＜Zf1；Zv0、Zv1均为系统预设幅度阈值。

2.根据权利要求1所述的一种铁路货车轴承的震动智能监测系统，其特征在于，所述数据采集模块由若干个采集终端组成，通过若干个采集终端获取轴承的震动数据，具体采集过程包括以下步骤：

步骤C1：对数据采集模块中的每个采集终端进行编号，将采集终端的编号记为i，i=1，

2，……n，n为整数；

步骤C2：将采集终端的震动采样频率标记为f，且f≥500HZ；采样周期标记为T，震动采样时长标记为CT；

步骤C3：通过每个采集终端获取铁路货车轴承的震动频率以及对应的震动幅度，并将铁路货车轴承的震动频率和震动幅度分别记为Zf和Zv；

步骤C4：获取铁路货车的运行速度，并将铁路货车的运行速度记为Tv；

步骤C5：将步骤C1‑C4采集到的数据发送至近距单元进行临时存储。

3.根据权利要求2所述的一种铁路货车轴承的震动智能监测系统，其特征在于，所述近距单元安装在转向架的底部，唯一编码配对管理4个采集终端，采用SUBG共用频段与采集终端工作在相同波段上进行双向通讯。

4.根据权利要求1所述的一种铁路货车轴承的震动智能监测系统，其特征在于，所述震动分析模块用于对采集终端获取到的震动数据进行分析，通过获取轴承的频率差额值和幅度差额值，从而判断轴承的震动频率和震动幅度是否异常，当轴承的震动频率和震动幅度异常时，则将轴承的震动频率和震动幅度上传至故障诊断模块。

说明书

一种铁路货车轴承的震动智能监测系统

技术领域

[0001] 本发明属于物联网领域，涉及震动智能监测技术，具体是一种铁路货车轴承的震动智能监测系统。

背景技术

[0002] 基于铁路列车货运系统物联网化的需求，实现列车在线运输状态参数的实时监控及远程传输，通过上位云端系统或大数据对这些参数数据进行分析，实现列车各项参数的
远程监控及决策调度，尤其是列车轴承故障的早期诊断、预测及预警,进而和列车制动控制
系统联动,以便操作人员及时采取措施，但现有技术只是通过传感器对火车进行监控，无法
全方位进行测评。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于提供一种铁路货车轴承的震动智能监测系统，用于解决铁路列车货运系统物联网化需求的问题。

[0004] 本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

[0005] 一种铁路货车轴承的震动智能监测系统，所述震动智能监测系统包括监测平台、数据采集模块、震动分析模块、故障诊断模块以及存储模块；

[0006] 所述故障诊断模块用于根据震动分析模块分析的结果进行故障诊断，具体诊断过程包括以下步骤：

[0007] 震动频率异常诊断

[0008] 步骤S1：当Zfi+1和Zfi均处于[Zf0，Zf1]的范围内时，且频率差额值Cf＞Cf0时，则立即连续采集m组震动频率数据，并通过CfZ＝|Zfj+1‑Zfj|获得频率差额值CfZ，其中m为整
数，j＝1，2，……m‑1，且j+1≤m；

[0009] 步骤S2：当CfZ≤Cf0时，则判定轴承正常；当CfZ＞Cf0时，则判定轴承故障，并向监测中心发送预警；

[0010] 步骤S3：当Zfi+1和Zfi不处于[Zf0，Zf1]的范围内时，则立即连续采集m组震动频率数据，判断m组震动频率数据是否处于[Zf0，Zf1]的范围内，若m组震动频率数据均处于
[Zf0，Zf1]的范围内或处于[Zf0，Zf1]的范围内震动频率的组数占比在50％以上，则判定轴
承正常；若m组震动频率数据均不处于[Zf0，Zf1]的范围内或不处于[Zf0，Zf1]的范围内震
动频率的组数占比在50％以上，则判定轴承故障，并向监测中心发送预警；

[0011] 震动幅度异常诊断

[0012] 步骤SS1：当Zvi+1和Zvi均处于[Zv0，Zv1]的范围内时，且幅度差额值Cv＞Cv0时，则立即连续采集n组震动幅度数据，并通过CvZ＝|Zvk+1‑Zvk|获得幅度差额值CvZ，其中n为整
数，k＝1，2，……n‑1，且k+1≤n；

[0013] 步骤SS2：当CvZ≤Cv0时，则判定轴承正常；当CvZ＞Cv0时，则判定轴承故障，并向监测中心发送预警；

[0014] 步骤SS3：当Zvi+1和Zvi不处于[Zv0，Zv1]的范围内时，则立即连续采集n组震动幅度数据，判断n组震动幅度数据是否处于[Zv0，Zv1]的范围内，若n组震动幅度数据均处于
[Zv0，Zv1]的范围内或处于[Zv0，Zv1]的范围内震动幅度的组数占比在50％以上，则判定轴
承正常；若n组震动幅度数据均不处于[Zv0，Zv1]的范围内或不处于[Zv0，Zv1]的范围内震
动幅度的组数占比在50％以上，则判定轴承故障，并向监测中心发送预警。

[0015] 进一步地，所述数据采集模块由若干个采集终端组成，通过若干个采集终端获取轴承的震动数据，具体采集过程包括以下步骤：

[0016] 步骤C1：对数据采集模块中的每个采集终端进行编号，将采集终端的编号记为i，i＝1，2，……n，n为整数；

[0017] 步骤C2：将采集终端的震动采样频率标记为f，且f≥500HZ；采样周期标记为T，震动采样时长标记为CT；

[0018] 步骤C3：通过每个采集终端获取铁路货车轴承的震动频率以及对应的震动幅度，并将铁路货车轴承的震动频率和震动幅度分别记为Zf和Zv；

[0019] 步骤C4：获取铁路货车的运行速度，并将铁路货车的运行速度记为Tv；

[0020] 步骤C5：将步骤C1‑C4采集到的数据发送至近距单元进行临时存储。

[0021] 进一步地，所述近距单元安装在转向架的底部，唯一编码配对管理4个采集终端，采用SUBG共用频段与采集终端工作在相同波段上进行双向通讯。

[0022] 进一步地，所述震动分析模块用于对采集终端获取到的震动数据进行分析，通过获取轴承的频率差额值和幅度差额值，从而判断轴承的震动频率和震动幅度是否异常，当
轴承的震动频率和震动幅度异常时，则将轴承的震动频率和震动幅度上传至故障诊断模
块。

[0023] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0024] 基于铁路列车货运系统物联网化的需求，实现列车在线运输状态参数的实时监控及远程传输，通过上位云端系统或大数据对这些参数数据进行分析，实现列车各项参数的
远程监控及决策调度，尤其是列车轴承故障的早期诊断、预测及预警,进而和列车制动控制
系统联动,以便操作人员及时采取措施，降低可能存在的风险。

附图说明

[0025] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本
发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以
根据这些附图获得其他的附图。

[0026] 图1为本发明原理框图。

具体实施方式

[0027] 下面结合本发明实施例中的附图对本发明实施例进行描述。

[0028] 本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图
在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没
有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包
括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

[0029] 在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同
的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和
隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

[0030] 其中，基于铁路列车货运系统物联网化的需求，实现列车在线运输状态参数的实时监控及远程传输，通过上位云端系统或大数据对这些参数数据进行分析，实现列车各项
参数的远程监控及决策调度，尤其是列车轴承故障的早期诊断、预测及预警,进而和列车制
动控制系统联动,以便操作人员及时采取措施，降低可能存在的风险。

[0031] 基于上述描述，本发明实施例提出一种如图1所示的一种铁路货车轴承的震动智能监测系统，所述震动智能监测系统包括监测平台、数据采集模块、震动分析模块、故障诊
断模块以及存储模块；

[0032] 所述数据采集模块由若干个采集终端组成，通过若干个采集终端获取轴承的震动数据，具体采集过程包括以下步骤：

[0033] 步骤C1：对数据采集模块中的每个采集终端进行编号，将采集终端的编号记为i，i＝1，2，……n，n为整数；采集终端的震动数据采集精度为0.01g；

[0034] 步骤C2：将采集终端的震动采样频率标记为f，且f≥500HZ；采样周期标记为T，震动采样时长标记为CT；

[0035] 步骤C3：通过每个采集终端获取铁路货车轴承的震动频率以及对应的震动幅度，并将铁路货车轴承的震动频率和震动幅度分别记为Zf和Zv；

[0036] 步骤C4：获取铁路货车的运行速度，并将铁路货车的运行速度记为Tv；

[0037] 步骤C5：将步骤C1‑C4采集到的数据发送至近距单元进行临时存储；

[0038] 所述近距单元安装在转向架的底部，唯一编码配对管理4个采集终端。采用SUBG共用频段与采集终端工作在相同波段上进行双向通讯；震动数据每隔10分钟传输一次，近距
单元采用车载发电管理系统供电，工作电压直流9～60V，功率不大于1.2W，满足电磁兼容要
求，近距单元也可以实现OTA升级功能。

[0039] 所述近距单元与采集终端还满足以下标准：

[0040] 通讯方式

[0041] 采集终端：SUBG；近距单元：SUBG+CAN；CAN总线通讯波特率：250kbps(可选其它值)；

[0042] 供电方式

[0043] 采集终端：内置一次性锂电池；近距单元：DC9～60V；

[0044] 功耗

[0045] 采集终端：静态电流：15uA；内置电池，采集震动数据，且工作年限不低于2年；近距单元：≤1.2W；

[0046] 工作温度范围：‑55～150℃；

[0047] 工作湿度范围：相对湿度5％～95％R.H；

[0048] 大气压力：86～106kPa；

[0049] 防护等级：IP66；

[0050] 满足国标：

[0051] 符合GB/T 25119‑2010《轨道交通机车车辆电子装置》的相关要求；

[0052] 冲击振动应满足GB/T 21563《轨道交通机车车辆设备冲击和振动试验》的要求；

[0053] 电磁兼容性满足GB/T 24338.4《轨道交通电磁兼容第3‑2部分机车车辆设备》的要求；GB/T 25119‑2010轨道交通机车车辆电子装置。

[0054] 所述震动分析模块用于对采集终端获取到的震动数据进行分析，具体分析过程包括以下步骤：

[0055] 步骤Z1：采集终端采样完成后，近距单元中临时存储的震动数据生成单次震动采集样本数据包，并发送至震动分析模块中；

[0056] 步骤Z2：获取震动采样时长CT内的采样次数，将采样次数标记为N，则N＝f×CT；再将单次震动采样标记为i，i＝1，2，……，N，且N为整数；

[0057] 步骤Z3：获取相邻两次的震动采样所获得的震动幅度和震动频率，然后通过分别通过公式Cf＝|Zfi+1‑Zfi|和Cv＝|Zvi+1‑Zvi|获得频率差额值Cf和幅度差额值Cv；其中i+1≤
N；

[0058] 步骤Z4：当Zfi+1和Zfi均处于[Zf0，Zf1]的范围内时，且频率差额值Cf＞Cf0时，则判定铁路货车轴承为震动频率异常；当Zvi+1和Zvi均处于[Zv0，Zv1]的范围内时，且频率差
额值Cv＞Cv0时，则判定铁路货车轴承为震动幅度异常；并将震动数据上传至故障诊断模
块；其中Zf0、Zf1均为系统预设频率阈值，且Zf0＜Zf1；Zv0、Zv1均为系统预设幅度阈值，且
Zv0＜Zv1；

[0059] 步骤Z5：当Zfi+1和Zfi不处于[Zf0，Zf1]的范围内时，则判定轴承震动频率异常，并将震动频率数据发送至故障诊断模块；当Zvi+1和Zvi不处于[Zv0，Zv1]的范围内时，则判定
轴承震动幅度异常，并将震动幅度数据发送至故障诊断模块。

[0060] 所述故障诊断模块用于根据震动分析模块分析的结果进行故障诊断，进一步确认轴承是否存在故障，具体诊断过程包括以下步骤：

[0061] 震动频率异常诊断

[0062] 步骤S1：当Zfi+1和Zfi均处于[Zf0，Zf1]的范围内时，且频率差额值Cf＞Cf0时，则立即连续采集m组震动频率数据，并通过CfZ＝|Zfj+1‑Zfj|获得频率差额值CfZ，其中m为整
数，j＝1，2，……m‑1，且j+1≤m；

[0063] 步骤S2：当CfZ≤Cf0时，则判定轴承正常；当CfZ＞Cf0时，则判定轴承故障，并向监测中心发送预警；

[0064] 步骤S3：当Zfi+1和Zfi不处于[Zf0，Zf1]的范围内时，则立即连续采集m组震动频率数据，判断m组震动频率数据是否处于[Zf0，Zf1]的范围内，若m组震动频率数据均处于
[Zf0，Zf1]的范围内或处于[Zf0，Zf1]的范围内震动频率的组数占比在50％以上，则判定轴
承正常；若m组震动频率数据均不处于[Zf0，Zf1]的范围内或不处于[Zf0，Zf1]的范围内震
动频率的组数占比在50％以上，则判定轴承故障，并向监测中心发送预警；

[0065] 震动幅度异常诊断

[0066] 步骤SS1：当Zvi+1和Zvi均处于[Zv0，Zv1]的范围内时，且幅度差额值Cv＞Cv0时，则立即连续采集n组震动幅度数据，并通过CvZ＝|Zvk+1‑Zvk|获得幅度差额值CvZ，其中n为整
数，k＝1，2，……n‑1，且k+1≤n；

[0067] 步骤SS2：当CvZ≤Cv0时，则判定轴承正常；当CvZ＞Cv0时，则判定轴承故障，并向监测中心发送预警；

[0068] 步骤SS3：当Zvi+1和Zvi不处于[Zv0，Zv1]的范围内时，则立即连续采集n组震动幅度数据，判断n组震动幅度数据是否处于[Zv0，Zv1]的范围内，若n组震动幅度数据均处于
[Zv0，Zv1]的范围内或处于[Zv0，Zv1]的范围内震动幅度的组数占比在50％以上，则判定轴
承正常；若n组震动幅度数据均不处于[Zv0，Zv1]的范围内或不处于[Zv0，Zv1]的范围内震
动幅度的组数占比在50％以上，则判定轴承故障，并向监测中心发送预警。

[0069] 需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为
依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知
悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请
所必须的。

[0070] 在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

[0071] 在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如上述单元的划分，仅仅为一种
逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可
以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间
的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，
可以是电性或其它的形式。

[0072] 上述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个
网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目
的。

[0073] 另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单
元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

[0074] 上述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储器中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或
者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体
现出来，该计算机软件产品存储在一个存储器中，包括若干指令用以使得一台计算机设备
(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本申请各个实施例上述方法的全部或部分
步骤。而前述的存储器包括：U盘、只读存储器(ROM，Read‑Only Memory)、随机存取存储器
(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

[0075] 本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储器中，存储器
可以包括：闪存盘、只读存储器(英文：Read‑Only Memory，简称：ROM)、随机存取器(英文：
Random Access Memory，简称：RAM)、磁盘或光盘等。

[0076] 以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；
同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会
有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。