专利摘要

专利摘要

本发明公开了一种机车制动闸瓦与轮箍磨损工况在线监测器，采用位移传感器检测制动器的工况，提供了一种新型的内、电机车单元制动器工作状况(制动或缓解)监测传感器，它将机车制动装置由开环控制改为闭环控制，并通过计算机使机车操作者随时了解机车运行或准备作业时每个单元制动器的工作状况。它的应用可以防止因单元制动器故障导致的机车轮对弛缓、踏面剥离或制动力不够而引发的行车事故，对确保机车运行安全具有重要意义。本发明采用了两个位移传感器及安装位置来检测各参数，来计算闸瓦的厚度，轮对踏面的磨损程度，制动器的缓解到位程度。同时本发明将传感器机械变化产生的信号转换成闸瓦的厚度、踏面的磨损、制动器的缓解到位程度。

权利要求

1.一种机车制动闸瓦与轮箍磨损工况在线监测器，其特征在于，该在线监测器包括：

电源模块，主要包括开关电源，开关电源为系统提供供电电源，开关电源的输入电源采用机车直流电源，该电源不会因机车行驶中出现断电的情况；

位移传感器模块，与电源模块连接，用于检测制动器及轮对踏面的机械位移，包括第一位移传感器和第二位移传感器；

与位移传感器模块连接的电阻，用于将4-20mA的信号转换成1-5V的信号，以便于模/数转换模块EM231进行转换；

计算机模块，与位移传感器模块、模/数转换模块连接，用于处理计算各种参数以及显示设定各参数；

声光报警模块，与计算机模块连接，用于报警制动器缓解不到位以及闸瓦厚度尺寸过小，轮对踏面磨损过度。

2.如权利要求1所述的机车制动闸瓦与轮箍磨损工况在线监测器，其特征在于，开关电源为系统提供24V供电电源，24V开关电源的输入电源采用机车110V直流电源，该电源不会因机车行驶中出现断电的情况。

3.如权利要求1所述的机车制动闸瓦与轮箍磨损工况在线监测器，其特征在于，位移传感器模块用于检测制动器及轮对踏面的机械位移，250欧姆的电阻用于将4-20mA的信号转换成1-5V的信号，以便于EM231进行模/数转换。

4.如权利要求1所述的机车制动闸瓦与轮箍磨损工况在线监测器，其特征在于，S7-200PLC用于处理计算各种参数，MT560用于显示设定各参数。

5.如权利要求1所述的机车制动闸瓦与轮箍磨损工况在线监测器，其特征在于，与位移传感器模块连接的为250欧姆电阻。

说明书

技术领域

本发明属于机车制动技术领域，尤其涉及一种机车制动闸瓦与轮箍磨损工况在线监测器。

背景技术

列车无论高速还是重载运行过程中，制动都是一个非常关键的问题。目前我国普通列车的制动装置主要是踏面铸铁闸瓦制动，它采用铸铁或其他材料制成的闸瓦紧压运动的车轮踏面，通过闸瓦与车轮踏面的机械摩擦产生制动力。而在机车运行在线检测中，没有对制动器各工况的检测。

有人研制了机车闸瓦踏面制动工况监测仪，采用一种新型的内、电机车单元制动器工作状况(制动或缓解)监测传感器，它将机车制动装置由开环控制改为闭环控制，并通过计算机使机车操作者随时了解机车运行或准备作业时每个单元制动器的工作状况。

单元制动器的制动工况为制动和缓解2种状态，其工况监测的目的在于向乘务员显示其状态以避免由于故障工况的出现而造成行车事故。

制动器最终制动结果的检测有2种方案：

1)制动器行程监测即监测闸瓦的位移或闸瓦片与车轮间隙，表现信号是开关信号；

2)对闸瓦制动力的监测即检测闸瓦最终在气缸作用下的力，表现信号是模拟量信号。无论是行程还是压力的检测，制动工况监测仪可以将制动器的动作信号结合机车运行的速度和制动的气压压力信号，通过计算机程序进行逻辑分析判断，给出显示信息和相应的故障状态报警信号，使机车制动装置的控制由开环控制变为闭环控制，让乘务员随时了解机车运行或整备作业每个单元制动器的工作状况，从而防止单元制动器故障致使机车轮对弛缓、踏面剥离或制动力不够而引发的行车事故。

该制动器工况检测方法为：

1)检测闸瓦动作后对轮面的压力，采用力传感器来检测闸瓦的动作，力传感器的结构和形式取决于其在闸瓦托上的安装位置，采用应变电阻片作为其敏感元件；传感器输出为模拟电压或电流信号。

2)检测闸瓦片与车轮踏面接触和脱离2种状态，采用以微动开关为核心设计，也可以将2闸瓦片作为电磁铁的两极，利用它们与车轮接触时的磁通变化来检测。

以上方案采用的检测传感器有以下缺点：

第1种方法检测电路设计复杂(滤波、放大和A/D转换)，对于制动的程度，即制动力的大小没有定量的概念，同时需要设计专用的标定试验台，传感器成本高。在试验过程中发现无论压力传感器的结构如何改进，有一个问题始终没有得到较好的解决，就是在安装压力传感器时必须很小心让传感器的受力部分和闸瓦接触面相垂直，不然会产生弯曲。安装较垂直的传感器测得的压力值和在试验台测量的数据吻合，如有偏差测得的数据就大相径庭。由于闸瓦表面是弧形，安装在垂直的位置不容易。

第2种方法只能监测闸瓦的动作，对闸瓦制动力不能检测，传感器输出为开关信号，传感器的安装位置、安装方法以及如何补偿由于闸瓦片的磨损带来的传感器与车轮踏面的间隙变化不能消除，由于传感器采集的信号是制动时闸瓦和车轮是否接触的开关信号，只能定性的检测机车制动时的状态。

发明内容

针对这些情况，本发明采用位移传感器检测制动器的工况，研制了一种新型的内、电机车单元制动器工作状况(制动或缓解)监测传感器。

本发明实施例是这样实现的，一种机车制动闸瓦与轮箍磨损工况在线监测器，该在线监测器包括：

电源模块，主要包括开关电源，开关电源为系统提供供电电源，开关电源的输入电源采用机车直流电源，该电源不会因机车行驶中出现断电的情况；

位移传感器模块，与电源模块连接，用于检测制动器及轮对踏面的机械位移，包括第一位移传感器和第二位移传感器；

与位移传感器模块连接的电阻，用于将4-20mA的信号转换成1-5V的信号，以便于EM231进行模/数转换；

计算机模块，与位移传感器模块、模/数转换模块连接，用于处理计算各种参数以及显示设定各参数；

声光报警模块，与计算机模块连接，用于报警制动器缓解不到位以及闸瓦厚度尺寸过小，轮对踏面磨损过度。

进一步，开关电源为系统提供24V供电电源，24V开关电源的输入电源采用机车110V直流电源，该电源不会因机车行驶中出现断电的情况。

进一步，位移传感器模块用于检测制动器及轮对踏面的机械位移，250欧姆的电阻用于将4-20mA的信号转换成1-5V的信号，以便于EM231进行数模转换。

进一步，S7-200PLC用于处理计算各种参数，MT560用于显示设定各参数。

进一步，与位移传感器模块连接的为250欧姆精密电阻。

本发明采用位移传感器检测制动器的工况，提供了一种新型的内、电机车单元制动器工作状况(制动或缓解)监测传感器，它将机车制动装置由开环控制改为闭环控制，并通过计算机使机车操作者随时了解机车运行或准备作业时每个单元制动器的工作状况。它的应用可以防止因单元制动器故障导致的机车轮对弛缓、踏面剥离或制动力不够而引发的行车事故，对确保机车运行安全具有重要意义。本发明采用了两个位移传感器及安装位置来检测各参数，来计算闸瓦的厚度，轮对踏面的磨损程度，制动器的缓解到位程度。同时本发明将传感器机械变化产生的信号转换成闸瓦的厚度、踏面的磨损、制动器的缓解到位程度。

附图说明

图1是本发明实施例提供的在线监测器的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的单元制动器正面及位移传感器1示意图；

图3是本发明实施例提供的单元制动器背面及位移传感器2示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为本发明的机车制动闸瓦与轮箍磨损工况在线监测器的原理示意图。它主要由电源模块、位移传感器模块、模/数转换模块、计算机模块及声光报警模块五个部分组成。

电源模块，主要包括开关电源，开关电源为系统提供24V供电电源，24V开关电源的输入电源采用机车110V直流电源，该电源不会因机车行驶中出现断电的情况；

位移传感器模块，用于检测制动器及轮对踏面的机械位移，包括位移传感器1和位移传感器，与电源模块连接；

电阻R1、R2用于将4-20mA的信号转换成1-5V的信号，以便于EM231进行模/数转换，与位移传感器模块连接；

计算机模块，主要包括S7-200PLC和MT560人机界面，S7-200PLC用于处理计算各种参数，MT560用于显示设定各参数，与位移传感器模块、模/数转换模块连接；

声光报警模块，用于报警制动器缓解不到位以及闸瓦厚度尺寸过小，轮对踏面磨损过度，与计算机模块连接。

图2为单元制动器正面及位移传感器1的示意图。图中，1、端盖，2、位移传感器1，3、防尘胶套，4、闸瓦，5、闸瓦托，6、闸瓦托杆，7、瓦托支座，8、箱体，9、制动缸。位移传感器1安装在单元制动器正面。

盖端1与制动缸9位于箱体8的前端，位移传感器1的“固定外壳”固定在箱体8上，位移传感器1的移动杆固定在闸瓦托杆6与闸瓦托5的连接轴上，闸瓦4连接在闸瓦托5上，位移传感器1的移动杆与闸瓦托杆6间连接有防尘胶套，箱体8与闸瓦托杆6间连接有瓦托支座7。

图3为单元制动器背面及位移传感器2的示意图。图中，1、端盖，2、位移传感器2，3、防尘胶套，4、闸瓦，5、闸瓦托，6、闸瓦托杆，7、瓦托支座，8、箱体，9、制动缸，10、机车轮对踏面。位移传感器2安装在单元制动器背面。

盖端1与制动缸9位于箱体8的前端，位移传感器2的“固定外壳”固定在箱体8上，位移传感器2的移动杆固定在闸瓦托杆6与闸瓦托5的连接轴上，闸瓦4连接在闸瓦托5上，位移传感器2的移动杆与闸瓦托杆6间连接有防尘胶套，闸瓦4后面连接有机车轮对踏面10，箱体8与闸瓦托杆6间连接有瓦托支座7。

本发明采用S7-200CUP224PLC作为中央处理部件，PLC数/模扩展模块EM231，拉杆移动式电阻位移传感器，传感器的输出信号为4-20mA的电流信号，该信号传送距离远，不会受机车运行的干扰。人机界面采用触摸屏MT560，用以显示各参数的位移，以及初始参数的设定。

位移传感器1的“固定外壳”固定在箱体上，位移传感器的移动杆固定在闸瓦托杆与闸瓦托的连接轴上，位移传感器1的固定端到移动杆的固定端在闸瓦无磨损、缓解到位、轮对踏面无磨损的情况下长度为X1₀。在闸瓦磨损、轮对踏面磨损、缓解到位的情况下，传感器1的固定端到移动杆的固定端的长度变为X1。

当机车进行制动时，制动缸气动，闸瓦托杆动作，带动闸瓦托和闸瓦进对机车轮对踏面压挤，产生机械制动力，完成制动。

在制动过程中，闸瓦托杆带动位移传感器1移动，移动的位移通过传感器变换成4-20mA，变换成的信号传送到监控器的中央处理单元(S7-200PLC及A/D扩展模块)，再通过触摸屏将位移大小显示出来，便于驾驶员及检修人员观察。在进行缓解控制时，通过位移的大小可判别制动器是否缓解到位，是否出现贴轮现象。

在触摸屏上可设定传感器的初始位移，作为制动器缓解到位的起始点，如果出现缓解控制后，缓解复位出现位移，该位移偏差过大(操作人员可根据行程要求自行设定)，PLC发出声光报警提示驾驶员或检修人员，缓解不到位，应处理故障。

当制动器进行制动时，列车的速度下降，此时PLC将列车速度和制动信号读出，表示列车产生制动，将对应的位移传感器1产生的位移ΔX1读出。该值便是闸瓦与轮对踏面的间隙。

位移传感器2的“固定外壳”固定在闸瓦托杆与闸瓦托的连接轴上，位移传感器2的移动杆为自恢复的，即没有机械碰撞时，为初始位，固定端到检测头的长度为长，有机械碰撞时，移动杆回缩，产生位移。位移传感器2在初始情况下的长度为X2。当制动器缓解时，位移传感器2的移动杆不与机车轮对踏面(没有磨损过的尺寸)接触，预留1mm的间隙(间隙可通过固定外壳的安装改变)。当制动器进行制动时，移动杆与被轮对踏面挤压，移动杆回缩，产生位移ΔX2。移动的位移通过传感器变换成4-20mA，变换成的信号传送到监控器的中央处理单元(S7-200PLC及A/D扩展模块)，产生的位移ΔX2-(X1-X1₀)+1mm的结果即是轮对踏面的磨损尺寸。再通过触摸屏将位移大小显示出来，驾驶员或检修人员可知道，轮对的磨损情况，以便及时处理。

位移2(X1-X1₀)+ΔX1-ΔX2-δ-1(δ是初始间隙)的结果便是闸瓦的厚度，通过触摸屏显示出来，提示工作人员及时更换闸瓦。

如果采用8套检测传感器(每套2个)，4个EM231，1个PLC，即可检测4轴的机车(8个车轮和制动器)。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

一种机车制动闸瓦与轮箍磨损工况在线监测器专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。