车载状态监测论文（共4篇）
车载状态监测论文 篇1
1 系统主要功能
(1) 监测中波、短波、调频广播的播出质量、效果和覆盖范围; (2) 监测中波、短波、调频、电视伴音的播出质量和进行DRM (数字音频) 广播测试; (3) 监测中波、短波、调频各频率的发射带宽、场强、频谱分析; (4) 测试中短波频率的调幅度和调频信号的频偏容限; (5) 数字广播电视监测, 如对KU波段卫星电视、广播、开路数字电视、广播的误码率、信道功率等的测量、码流分析、画面评估、频谱分析等。数字电视监测系统包括对数字电视无线发射系统 (DVB-T) 、数字有线电视系统 (DVB-C) 、数字卫星电视系统 (DVB-CS) 和数字电视全向微波系统 (DVB-MS/MC) 的监测测量; (6) 传输网络设备监测, 即有线电视电缆传输泄露引起的干扰; (7) 绘制中波、调频、电视场强覆盖图; (8) 广播电视盒通信信号的双极化侧向和定位、搜索截获非法广播电视信号和非法电台; (9) 各种无线电干扰测试盒排查分析; (10) 数据库调用、测试数据储存、分析、打印功能; (11) 超短波无线电通信信号监测; (12) GSM和CDMA两种无线通讯和数字传输方式, 实时传送视音频信号; (13) 数字化地理信息系统 (GIS) , 将相关监测侧向的数据信息, 直接登录和显示在本地或异地的电子地图上。
2 系统组成
数字广播电视移动监测系统主要用于对数字电视、广播及移动电视的监测, 以及对中短波和超短波信号的监测测量、侧向和包括频谱分析在内的信号分析和统计分析。因此该系统应由以下系统组成:
(1) 双极化监测系统:如双极化监测天线、监测监听接收机、天线选择器、宽带低噪声放大器、RF信号处理器等;
(2) 卫星监测系统:如卫星接收天线、馈源、放大器、卫星接收机、频谱仪、控制器、调制解调器、高功放等;
(3) 双向极化侧向系统:如双极化测向天线、双信道测向接收机、天线选择器、宽带低噪声放大器、RF信号处理器、数字中频鉴相器等;
(4) 共用系统:如多信道监测接收、监测测向控制处理器、计算机、电源、GPS、电子罗盘、电子地图等;
(5) 监测测向软件系统:如数字卫星广播电视监测软件、中短波超短波广播电视监测测向软件、无线电信号监测软件、统计分析软件、干扰分析软件、数据库等。
3 系统框图
系统框图如图1所示。
4 主要设备配置
(1) 天线组:包括车载式中短波广播接收天线、车载式调频广播、开路TV接收天线、车载式对数周期天线 (选件) 、车载无线电信号监测天线由2个天线阵组成:1) 垂直极化测向天线阵:工作波段分为2段:低波段天线的工作频率范围是20～1 000 MHz。它们是五单元圆形阵, 低波段天线的直径是1 m, 五付垂直极化的偶极子天线是放置在直径为1 m的内接五边形的顶点, 高波段天线的直径是0.4 m的内接五边形的顶点。2个波段的天线位于同一平面内, 在空间错开一个角度。2) 水平极化测向天线阵:工作频率范围是45～1 000 MHz;也是五单元圆形阵, 天线的直径是1 m, 五付水平极化天线是放置在直径为1 m的内五边的顶点。由于天线单元是一种平面印刷天线, 厚度很薄, 放置高度基本与低波段垂直天线的中心高度相同, 但其占用的空间很小, 故对于垂直极化的测向天线影响非常小 (互相耦合很小) 。
(2) 卫星电视监测系统:工作频率范围:1～18 GHz, 包括天馈系统 (C波段线、圆极化和Ku波段的线极化的0.8 m短轴迂回抛物面天线, 偏馈线和L频段卫星信标跟踪接收机) 、高功率放大器、变频器、调制解调器 (调制方式包括BPSK、QPSK) 、卫星传输下行系统 (LNB放大和变频、频谱仪、调制解调器、接收机等) 、卫星地球站上行射频信号监测系统。
(3) 天线矩阵开关:使用2个天线矩阵开关, 轮流选择需要进行测向天线阵的天线对。低端天线矩阵开关是3×5∶2的组合方式, 高端天线矩阵开关则是2×5∶2的组合方式, 天线矩阵开关的工作由系统中的监测/测向处理设备完成对其的控制。
(4) 双功能放大器:自动实现矩阵开关输出端信号小电平的放大和大电平的直接通过。
(5) 数字中频鉴相器:实现数字鉴相, 将提取的相位信息直接送给计算机, 通过相关算法和测向软件计算给出被测信号源的方位角。
(6) 监测、测向处理单元:是系统中设备的控制和驱动单元, 也是其他各分系统的供电单元。
(7) 中央处理单元 (计算机) :提供友好的用户界面, 并高速完成数据处理, 输出最后结果。
(8) 电源:本系统采用多种供电方式, 确保在任何条件下可以快速安全启动监测设备:220 V交流供电、UPS电池组合供电、汽车发电机逆变器供电。
(9) 各种附加设备:包括车头方位指示器、电子罗盘、GPS接收机。
5 系统主要技术指标
(1) 中短波和调频信号监测:1) 频率范围:9～1 000 MHz (～3 000 MHz无线电信号) ;2) 频率测量分辨率:1 Hz;3) 频率稳定度:5×10-8;4) 信号电平测量分辨率:≤±0.1 dB;5) 场强测量误差:≤±2 dB;6) 二阶截点:>40 dBm;7) 三阶截点:>18 dBm;8) 镜频抑制:>90 dB;9) 中频抑制:>90 dB;10) 动态范围:120 dB;11) 噪声系数:<12 dB;12) 扫描速度:1 000信道/s;13) 驻波系数:<2。
(2) 卫星电视监测:1) 频率范围:1～18 GHz (接收天线) ;2) 卫星监测:C波段:TX 5.85～6.425 GHz;RX 3.625～4.2 GHz;3) Ku波段:TX 13.75～14.5 GHz;RX 10.95～12.75GHz;4) 天线增益:4.0 GHz、28.4 dBi;5) 6.5 GHz、33.7 dBi;6) 8.0GHz、34.4 d Bi;7) 12.0 GHz、38.2 dBi;8) 放大器增益:≥57dB;9) 噪声温度:50°K;10) 频率稳定度:>10-8。
(3) VHF/UHF测向:1) 工作频率:垂直极化20～3 000MHz, 水平极化45～1 000 MHz;2) 测向灵敏度:垂直极化:5～1μV/m、20～1 350 MHz、3～8μV/m、1 350～3 000 MHz、水平极化:6～1μV/m、45～300 MHz、3～10μV/m、300～1 000MHz。
(4) 测向精度:垂直极化:1°rms、100～3 000 MHz;2°rms、20～100 MHz;水平极化:1°rms、100～1 000 MHz;2°rms、45～100 MHz。
(5) 最小测向时间:10 ms。
(6) 带内抗干扰度:<3 dB。
(7) GPS定位误差:≤10 m。
(8) 定北误差:<1°。
6 结语
该系统采用的是全数字多极化多信道数字广播电视 (含KU波段卫星电视) 和无线信号监测及相关干涉仪侧向体质, 并在同一系统中同时实现, 广泛应用于各地广播电视监测台。
参考文献
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车载状态监测论文 篇2
关键词：远程升级,IAP,CDMA,通信协议
0引言
长期以来 , 工程机械 安全作业 形式严峻 , 开发面向 工程机械 的车载监 测终端可 有效地监 测工程机 械的施工 状态 、预警故障 等 ,为故障诊 断提供方 便[1]。 然而 , 若车载监 测终端软 件出现故 障或需要 增加程序 功能 ,技术人员 需要到现 场下载程 序 ,这使车载 监测终端 的升级和 维护受到 了距离和 环境的限 制[2,3]。 因此 , 需要建立 一套行之 有效的远 程升级方 案 ,提高车载 监测终端 的可维护 性[4]。
本文以文 献 [5] 中的工程 机械车载 测试终端 为软件升 级对象 , 将STC89LE516RD主控制器 换成具有IAP(In Application Programming ) 功能的ATMEGA128单片机 , 提出一种 基于Lab VIEW、CDMA网络的工 程机械车 载监测终 端的远程 升级方案 , 实现稳定 可靠 、 掉电可恢 复的软件 远程升级 目的 。 此方法还 可用于其 他具有IAP功能的监测终端中[6,7,8], 具有广阔 的应用前 景 。
1远程升级系统总体结构
远程升级 系统整体 结构如图1所示 , 由应用程 序升级平 台 、以太网及CDMA运营商无 线通信网 络和工程 机械车载 监测终端 三部分组 成 。
应用程序 升级平台 由Lab VIEW软件设计 而成 ,主要实现 读取并解 析ATMEGA128单片机的HEX、BIN等格式的机器 码文件 , 通过网络 运营商获 取Internet的IP地址 , 由用户选 择指定的 客户端IAP终端平台 进行更新 , 或客户端 平台主动 请求更新 ,并根据制 订的通信 协议应用 程序以网 络数据包 的形式传 输到远程 工程机械 车载监测 终端 。 运行于车 载监测终 端的Boot Loader程序通过CDMA无线网络 接收并解 析应用程 序升级平 台发送的 数据 ,经CRC校验码校 验无误后 ,完成对应 用程序Flash存储区域 更新写入 的操作 。 最后由Boot Loader程序跳转 到应用程 序Flash存储区复 位地址开 始处运行 更新后的 应用程序 。
2电源电路设计
由于ATMEGA128单片机需 要3.3 V电压供电 ,而其他外 围芯片需 要5 V电压供电 , 因此电源 模块需提 供3 . 3 V和5 V电压 。 电源模块 的原理图 如图2所示 。
外部9 V直流变压 器接入J1, 通过5 V稳压芯片LM7805产生5 V电压 ,再经过电压转换芯片AS1117( 5 V ~ 3 . 3 V的转换 ) 的转换 , 产生3 . 3 V的稳压电 源 。 图中二极 管VD1起电源保 护作用 , 防止外界 电源反向 时烧坏电 路板 ; 极性电容C101、C103、C203和无极性 电容C102 、 C201 、 C202分别两两 并联 , 对电源进 行滤波 , 使输出电 压更加稳 定 。
3系统软件设计
3.1升级平台软件设计
图3表示升级 平台程序 流程 。 升级平台 首先完成 对ATMEGA128单片机的HEX 、 BIN等格式的 机器码文 件的读取 和解析 ; 然后侦听 端口上是 否有终端 接入 , 如果有 ,则按照通 信协议规 定的客户 端一次性 接收数据 量大小 , 将文件分 解成多个128 B小数据包 , 直到数据 索引结束 ,最后一包 的数据若 不满128 B,按照实际 的数据量 大小封装 , 每个小数 据包尾部 加入CRC16校验值 ; 最后 ,利用Lab VIEW平台提供 的以太网 传输层TCP协议 , 将各个小 数据包按 照顺序依 次发送到 远程的工 程机械车 载监测终 端 。
3.2车载监测终端程序远程升级设计
3.2.1程序远程升级原理
ATmega128的Flash程序存储 器分为两 个区 : 应用代码 区和Boot加载区 。 应用代码 区是Flash用来存储 应用代码 的区域 。 由于对Flash ROM写操作SPM(Store Program Memory ) 指令在应 用区执行 时是无效 的 , 应用区不 能用来存 储Boot代码 。 Boot加载区用 来存储Boot加载软件 , SPM指令只有 在Boot加载区中 执行时才 能够完成 对Flash ROM的写操作 。 ATmega128中的Boot加载程序 可以利用 任何可用 的数据接 口和相关 的协议来 读取代码 并且将其 写入(编程)Flash ROM,或者从程 序存储器中读取代 码[9]。
3.2.2车载监测终端程序远程升级
图4表示车载 监测终端 程序远程 升级流程 , 主要包括CDMA网络的通 信 、协议解析 和应用程 序更新3个功能 。
当串口接 收中断发 生时 ,ATmega128调用接收 中断子程 序读取新 程序代码 , 并计算CRC16值 , 验证接收 到的数据 是否正确 。 只有确保 接收到的 数据完全 正确 , ATmega128才调用IAP子程序 , 将代码写 入Flash程序存储 器 。 其中IAP子程序详 见文献[9]。 为了提高 数据通信 可靠性 ,数据传输过程中 ,传输的有 效数据位 数为128 B, 但IAP程序对Flash写操作时 ,一次只能 写一页 ,即256 B的数据 , 因此在校 验正确的 情况下 , 需要两次 传输过程 才能完成 一个完整 页的数据 传输 , 并执行应 用程序区Flash页写入功 能 。 如果写入 出错 , 且超过5次 , 则向服务 器返回出 错命令 ;反之则向 服务器发 送正确指 令 。 为了解决 程序下载 时终端断 电造成的 故障 ,在应用程 序区段 , 用第一条 语句跳转 至Boot区段 , 读取写码 操作开始 标志位 ( 此标志位 被写入EEPROM中 ), 若该标志 位被置位 , 则跳转至 应用程序 区段继续 运行程序 , 否则继续 守候在Boot区段直到 升级完成[10]。
3.2.3通信协议制定
为保证升 级平台端 进行效率 高 、 可靠性强 的数据通 信,本文制定了双方通信的协议及规则。 通信协议对数据格式、同步方式、传送速度 、传送步骤、检错方式以及控制 字符定义等问题做出统一规定,通信双方必须共同遵守。
表1为升级平 台端命令 格式 , 表2为监测终 端命令格 式 。 起始位和 结束位用 于标示数 据串的起 止范围 ;数据长度 为除了起 始位和结 束位外的 数据总字 节 ;校验位采 用CRC16校验 。
根据升级 平台端和 监测终端 的通信协 议 , 建立如图5所示的通 信握手过 程 。
车载监测 终端监测 是否有特 定的电话 号码拨入 , 如果匹配 电话号码 成功 , 则终端通 过CDMA Modern拨号接入 电信服务 器获取IP, 向升级平 台发送终 端就绪命 令 ;升级平台 获得当前 终端的IP地址 ,采用TCP协议向终 端下载程 序代码 , 终端发送 确认回执 后 , 进行下一 轮的数据 交互 ,直到数据 传输结束 。 两者之间 的通信采 用阻塞式 通信 ,确保数据 正确完整 地下载到 终端 。 中间引入 超时机制 ,防止通信 过程的死 锁 。
4系统测试
在进行升 级平台软 件调试时 ,采用 “网络调试 助手 ” 作为监测 终端 ,进行数据 交互测试 。 以HEX格式文件 为例 ,运行升级 平台测试 程序 ,设置侦听 端口号为 “6341”, 选择com.hex文件 ; 打开 “ 网络调试 助手 ”, 选择协议 类型为 “TCP客户端 ”,输入升级 平台IP和侦听端 口号 , 建立终端 和升级平 台的网络 通信 。 图6表示Lab VIEW分包发送 数据的界 面 。
当终端接 收到最后 一包数据 时 , 若数据出 错 , 则向升级 平台发送 “ 通信出错 ” 的代码 , 升级平台 重新发送 该数据包 ; 若数据正 确 , 则向升级 平台发送 “ 通信正确 ” 的代码 , 升级平台 断开与终 端的连接 。
在进行车 载监测终 端远程升 级调试时 ,采用黑盒调试 法 。 首先 ,利用Jtag开发器将Bootloader调试程序 下载到开 发板 (Bootloader主程序如 下所示 ); 其次 , 运行 “网络调试 助手 ”,设置相应 参数和终 端建立以 太网通信 ,并依次向TCP网络发送 由升级平 台调试得 到的正确 数据包 。 当最后一 包数据传 输完毕 ,开发板进 入休眠状 态 , 使用AVR studio读取开发 板应用程 序区的Flash数据 ,检验是否 写入数据 。 通过原始 数据包和Flash数据对比 可看出 ,数据完全 相同 ,终端已实 现软件远 程升级 。
5结论
车载状态监测论文 篇3
合成孔径雷达 (Synthetic Aperture Radar, SAR) 自1951年发展以来, 因其具有全天候、全天时、不受气候影响的优点, 在众多领域都具有广泛应用, 在海洋资源日益受到重视的当今, 各种SAR系统在对特定海域、港口的水运交通、遇难船只救助、非法捕鱼、非法走私、舰船非法倾倒油污、反恐等方面的监测和管理上发挥着越来越重要的作用[1,2]。2008年在索马里海域发生的巨大油轮劫持事件就是通过星载TerraSAR提供SAR图像进行油轮检测、定位而得到快速解决。星载SAR系统作用距离远、覆盖范围广、工作模式多, 但照射时间受轨道限制。针对此背景, 本文介绍一种灵活、低成本的车载毫米波SAR系统, 对某次实验的SAR数据进行二维高分辨成像处理, 实现对近海域一定的监测管理, 并为近海域舰船目标检测识别算法的研究提供真实的SAR图像。
1 车载SAR系统模型
车沿沿江公路行驶, 车上的毫米波传感器对近岸水域进行扫描, 车载SAR的基本几何关系如图1所示, 平台以速度v沿Y方向运行, 雷达天线斜视角为θ, 雷达到目标的最近距离为R0。
雷达发射线性调频信号 (LFM) :
式中:Tp为发射信号脉冲时宽;fc为发射信号载频;Kr为线性调频率;tp为脉冲发射时间 (快时间) ;tm为车的行驶时间 (慢时间) , rect (tp/Tp) 为时宽为Tp的矩形窗函数。
雷达接收回波信号经去载频、正交解调后为:
式中:R (tm) 为tm时刻雷达天线相位中心至目标的斜距。
雷达获取SAR数据后, 需要进行距离向、方位向的处理, 获取二维高分辨图像信息, 为后续的各种基于SAR图像的检测、识别技术提供数据支持, 以完成对雷达照射区域的监测管理。该车载SAR系统模型如图2所示。
文中主要对实验获取的SAR数据进行了二维高分辨成像处理, 从SAR图像中初步获得近岸海域的海面情况, 简单实现对舰船目标的检测, 起到对雷达扫描区域一定的监测管理作用, 对SAR图像舰船等目标更加精确的检测与识别将是下一步的研究工作。
2 成像过程
2.1 参数分析及算法选择
关于SAR数据的处理流程, 有较多的文献可作参考[2], 本文的实测数据由某外场实验获得, 雷达发射毫米波段信号, 工作于正侧视条带模式, 其雷达参数如下:
雷达射频 (f0) :30 GHz
脉冲重复频率 (PRF) :500 Hz
脉冲宽带 (Tp) :3 μs
采样频率 (fs) :600 MHz
线性调频带宽 (Br) :75 MHz
天线孔径 (D) :约0.15 m
平台速度 (v) :约60 km/h
中心斜距 (R0) :1.5 km
成像场景:1 km×2 km (r-a)
通过对成像参数进行分析, 发现距离向作用距离近, 作用范围较小, 距离向的分辨单元数较少, 可选择距离多普勒算法[3], 对每个距离单元的方位向数据进行压缩处理, 既能获得高的方位向分辨率, 又不会使计算量太大。
2.2 距离向处理
距离向分辨率由发射信号带宽决定, 通过距离向脉冲压缩, 能得到高分辨率的距离像, 在车载条件下, 合成孔径长度相对较短, 合成孔径时间内的回波包络移动可以忽略, 但回波相位的影响必须考虑。
构造距离向参考函数:
距离压缩后信号表达式近似为:
为避免混叠, 采样率大于2倍带宽即可, 而实验中采样频率非常高, 使得距离向处理的点数非常大, 增加了处理的运算量, 在不影响分辨率的前提下, 可对距离向数据进行降采样, 减少距离向的数据量, 提高运算效率。同时, 在作距离向脉冲压缩时, 参考函数的选择可利用实际发射脉冲, 能够减少系统误差, 更加接近真实情况。
对数据作距离向脉冲压缩处理, 得到回波的距离脉压图如图3, 图中, 向右为距离向, 向上为方位向, 距离向不包含触发/发射信号与部分卷积点, 距离向分辨率较高, 能大致看到地物, 但方位向散焦, 还需对方位向作进一步的处理。
2.3 方位向处理
如何对方位向进行聚焦, 得到高的方位向分辨率是SAR成像的关键问题, 文中采用RD算法, 在方位向对数据进行匹配滤波, 不同于一般RD算法, 因文中距离向成像区域中心斜距不大, 条带不宽, 距离单元数不是很多, 因此为提高方位向匹配精度, 对每一个距离单元都构造一个方位向匹配滤波器。根据Lsar=λ/DR, 不同的距离单元, 对应方位向合成孔径长度不同, 即处理的合成孔径数据量不同, 因此, 需相应地设计不同长度的方位匹配滤波器。
计算全孔径内的距离徙动, 距离徙动量小于半个距离单元, 因而文中没有进行距离徙动校正而直接进行方位向匹配滤波, 分别对每个距离单元设计方位向匹配函数为:
其中, Ka为根据实际数据估计的方位向多普勒调频率[3], 为降低旁瓣的影响, 对方位向进行加窗, 文中采用Kaiser窗。
对方位向多普勒频谱进行分析, 因天线尺寸小, 波束窄, 使得杂波多普勒带宽较小, 约130 Hz, 而方位向的采样频率为500 Hz, 相对带宽而言较大, 导致多普勒能量分散, 因而文中对方位向数据也进行了降采样处理, 汇聚了多普勒能量。最后方位向处理后的图像如图4所示。
2.4 结果分析
将图4与图3进行比较, 能明显看到方位向得到聚焦, 地物很明显, 该毫米波SAR的波束窄、天线孔径小, 能获得非常高的方位向分辨率, 理论上能达到分米的量级, 对目标的细节很敏感。对于海域SAR图像, 海上的舰船是非常重要的目标, 对于分辨率达2 m的高分辨SAR图像, 舰船目标在图像中有特定的表现形式[5], 由具有主轴方向的一系列白色亮点构成, 表现为有一定长度和宽度的细长线段, 图4中蓝色矩形内的目标满足这一特点, 因而很有可能是舰船目标, 图5为矩形放大图, 能明显看到一系列沿主轴方向的白色亮点。为进一步判别该可疑目标是否为舰船, 可对其进行动目标检测操作, 若这两个目标为动目标, 则能断定其确为舰船。
根据运动目标多普勒频移的特点, 可利用频域滤波[6]的方法检测动目标, 对多普勒频域进行划分, 提取静止目标多普勒范围外的多普勒能量进行SAR成像处理, 由于频谱泄露, 该多普勒通道仍包含部分静止目标的能量, 成像结果如图6所示。
图6中矩形内的目标出现了方位向平移的像, 这是由多普勒中心频移造成的, 说明该目标具有距离向的运动, 因而这两个目标确为舰船目标, 可对其进行重点跟踪和监测。通过摄像设备, 认证了这两个目标为货船, 其光学图像如图7所示。
3 结 语
本文在对近岸海域目标监测的背景下, 介绍了一种车载毫米波SAR系统, 该系统能实现高分辨二维成像, 主要用于近岸水域监测, 能全天候、全天时地对水上目标如渔船及低空飞行目标进行检测, 以维护近岸水域的安全问题, 文中对某次实验获得的实测SAR数据进行了SAR成像处理, 提供了近岸海域的高分辨SAR图像, 为进一步对海上可疑目标进行跟踪定位提供了有力基础, 该SAR系统是车载的, 相对机载、星载SAR系统而言, 设备简单、费用低廉、操作方便、机动性强, 同时具有毫米波雷达的各种优点, 虽然没有星载系统巨大的作用范围, 但对近岸一定范围的水域来说已能够达到作用效果, 并能为SAR图像海面舰船目标检测算法的进一步研究提供真实数据支持, 该车载SAR系统在对近岸海域的监测应用方面具有一定的潜力。
参考文献
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车载状态监测论文 篇4
转向架车载监测系统 (以下简称车载监测系统) 通过安装在车辆电机、齿轮箱、轮轴上的振动传感器, 采集车辆运行时关键传动装置的运行状态, 并将处理后的数据通过无线装置发送至远程诊断中心, 利用专业的振动分析软件对数据进行分析和处理, 了解车辆关键部位的振动状态和故障隐患, 从而实现预防设备事故和预测性维修的目的, 其运营模式如图1所示。目前该系统在对瑞典MTAB和德国西门子2个公司生产的机车的振动数据采集工作中都有较好的运用经验。
2 使用车辆及预期效果
2.1 使用车辆
本次安装试验的车辆为普通轮轨制式A型车, 采用4动2拖的6辆编组方式。列车最高时速为80 km/h, 平均速度约为35 km/h, 最小的曲线半径是294 m, 系统通过DC1 500 V架空接触网供电。该车辆每节动车每轴1个电机。车辆转向架采用无摇枕结构, 悬挂系统由金属橡胶弹簧和空气弹簧组成, H型构架以及中央牵引杆装置, 电机悬挂采用全架悬结构, 齿轮箱一端悬挂于构架、另一端抱轴设计。电机的扭矩通过联轴节、小齿轮再传动到安装在车轴上的大齿轮。其中电机轴承为圆柱滚子轴承、小齿轮轴承为圆柱滚子轴承、大齿轮箱轴承为圆锥滚子轴承、轮对轴承为密封式双列圆锥滚子轴承 (TBU) 。该列车已运行60万km左右, 已进入架修期, 上述驱动装置及走行装置均需进行不同程度的维修。
2.2 装车目的及预期效果
目前该车辆有少部分电机出现烧损现象, 且存在轮轨受力异常, 车轮椭圆、轮轨冲击大等问题。利用车载监测系统可得出在不同的线路区间内, 被检测部件随时间、速度、轨道情况变化的振动情况, 进而分析车辆运行中电机及轮轨的冲击力, 得出被检测车辆的整体运行状态 (见图2) , 从而在维修过程中采取一定措施来缓解此类故障。
3 实施方案
本次装车试验, 选择地铁车辆中的1个转向架, 安装在线监测系统, 实时监测该转向架的电机、轴箱、轮对、齿轮箱的振动加速度。从生产安排来看, 应选用正在架修或更换电机的车辆, 在车间装车及调试时间较长, 适合借机安装在线监测系统, 避免重复扣车, 不影响正常运营供车。
3.1 传感器布置及安装方法
布置原则为:离振动源最近;测点安装位置刚性好;测点位置不影响机车运行安全。
所有振动传感器采用AB 胶粘安装方式, 需要在振动检测安装点进行打磨并粘贴金属安装底座。AB胶为丙烯酸酯双组份高强度结构胶, 也称第2代丙烯酸酯类胶粘剂, 具有室温快速固化、粘接强度高、可油面粘接, 使用方便等特点, 并具有一定的耐冲击、耐振动性能。粘接后1 h强度可达最大强度的70%～80%, 24 h完全固化, 对材料的油面粘接强度可达无油时强度的90%。为提高传感器及电缆的抗振性能, 利用专用的传感器及电缆保护系统, 振动传感器及其电缆被一种高压钢织软管保护, 安装位置如表1所示, 实际装车位置如图3所示。
3.2 数据传输和处理装置
振动加速度传感器和转速计的信号通过高温屏蔽电缆接入地铁机车上的数据采集单元, 数据采集单元对数据进行处理后, 通过GPRS无线路由器将数据传输至远程控制中心的数据管理服务器, 专业工程师将定期查看和分析数据, 并向地铁运营部门出具数据分析报告。通过GPRS的无线数据传输方式, 不占用地铁通讯频率, 不会对地铁机车的无线通讯造成干扰, 且数据传输安全可靠。
4 装车安全性及日常维护
装车的所有部件均采用安全可靠的设计和安装方式, 数据采集单元机壳外为铝质散热片, 坚固可靠, 安装在地铁机车车厢电气柜中。振动加速度传感器采用不锈钢纯密闭设计, 利用专门的传感器安装胶水将传感器牢固地安装在设备表面, 无需对机车电机、齿轮箱表面进行处理和机加工。所有的传感器接头达到IP68防护等级, 所有电缆均为抗高温双芯屏蔽电缆, 电缆采用高压钢织软管保护方式安装固定。在打磨后的安装表面用AB胶粘接传感器, 安装24 h后, 粘接面的剪切强度可达25 MPa。
为了保证系统安全有效地运行, 须定期检查装车系统的情况特别是传感器、数据采集单元及电缆的状况, 一旦出现异常应及时整改。
5 运行结果
装车后经3个月的实际运行, 得出各监测位置的振动情况, 其中第1轴的监测结果如图4～图6所示。经分析, 电机在频谱图上无轴承损坏频率出现 (见图4) , 振动趋势平稳, 振动正常, 齿轮箱振动趋势平稳, 振动正常 (见图5) , 轴箱驱动端 (齿轮箱侧) 振动正常, 非驱动端在加速度包络图上无明显的轴承损坏频率出现, 振动趋势平稳, 但在加速度时域波形上有较大的冲击 (见图6) , 这有可能是该侧轴箱其他机械振动引起的, 应对该侧轴箱处其他机械部位如减振、其他机械连接处等仔细排查。现场拆卸检查该轴, 重新安装后各相对位置满足工艺要求, 异常情况消除。第2轴的分析方法类似, 结果显示运行状态良好。