[发明专利]基于GPRS数据传输的高速列车动应力测试实时数据监控系统

说明书

[技术领域]

本发明申请涉及列车数据传输系统，具体涉及一种列车结构强度及疲劳分析设备及列车运行状况监控以及数字信号处理系统。

[背景技术]

世界各国经济的发展，都离不开交通运输业的发展。由于受气候和自然条件影响较小且运输能力及单车装载量大，铁路运输在运输的经常性和低成本性中占据一定优势；再加上车辆类型较多，使之承载量大且不受重量和容积的限制，这些都是公路和航空运输方式所不能比拟的，因此铁路运输在我国经济社会发展中具有重要地位。铁路运输经过1997年至2007年的六次大规模提速，客运服务质量得到了很大的改进，铁路运输在客运市场的竞争能力大大增强，但同时也产生了一系列问题，尤其突出的是疲劳破坏的问题，如提速客车209HS型转向架的联系梁、吊杆、牵引座的疲劳断裂；提速客车SW-160型转向架的吊杆、构架和横向控制杆的疲劳断裂；提速机车SS8型转向架的端梁断裂以及提速货车转8AG型转向架的交叉杆系统的疲劳破坏等，这些问题造一旦发生可能使国民经济遭受巨大损失，严重威胁人们的出行安全。

针对列车疲劳破坏问题，国内专家在此领域内进行了广泛深入的研究。从上世纪末开始，国内陆续有研究人员开始着手研究货车载荷谱的工作，随着近几年来高速列车的飞速发展，我国又着手进行高速列车关键部位疲劳损伤问题的研究，建立了适合我国铁路线路状态的车钩、转向架、车体等列车关键部位的载荷谱的编制方法。

目前对机车车辆关键部位进行疲劳强度研究及寿命预测时，所采用的主要研究方法有以下三种：(1)实测数据法：通过实际线路试验测试得到构件的动应力或应变，结合标定试验和载荷线路识别，处理分析得到所需要的载荷谱；或者将部分构件设计为测力传感器，可以直接测试得到结构上的载荷。(2)估算数据法：根据研究目标分析工况，结合车辆设计经验和线路状况对载荷谱进行估算，该方法需要一定的经验积累。(3)动力学仿真法：通过动力学(如SIMPACK、ADAMS等软件)仿真，结合相关试验所得的实测数据，获得不同线路工况下的应力-时间历程，再依据载荷-应力传递关系，获得载荷谱。

上述三种方法中，实测数据法的准确度最高。对于结构应力时间历程的采集，目前仍然通过应变测量系统获得。经过近十几年的逐步探索与研究，针对列车动应力测试数据采集的方法上，已经成形了一套完整的体系。图1为传统的动应力数据测量系统，它由应变片、应变片电路、数据采集设备和数据分析软件组成。但是由于目前列车运行对实时性与安全需求的提升，越来越多的设备状态及其所处环境条件需要进行采集记录并进行监控，对数据异常的监控和及时报警显得至关重要。目前测试方法并不能实现此功能，主要表现在：

(1)自动采集设备本身可以存储大量数据，由于交路或者列车调度的原因，测试人员可能数日甚至数周都无法对已采集数据进行下载，在这期间传感器发生的故障将无法及时得到反馈，这将直接影响测试的质量。若测试的信号质量不符合要求，会对后期研究造成巨大影响；若重新进行测试，时间、金钱成本将会剧增。

(2)目前动应力数据测试不具备实时监测的功能，这就导致列车某些关键部位由于线路、运行条件的改变以及损耗等因素，其服役性能发生改变，加重其疲劳损伤情况。

[发明内容]

针对上述问题，急需要在列车动应力测试中，用一种方法来对采集信号的质量以及列车动应力情况进行实时监测。本发明申请基于GPRS数据传输方式，设计了实时数据记录与处理、数据异常监控和警报于一体的列车动应力测试试验实时数据监控系统。该系统用于在列车测试过程中，对列车数据采集设备及列车运行状态进行监测，确定采集的数据质量并实时监控列车关键部位动应力情况，保证列车安全运行。

本发明申请的技术方案如下：

本发明申请的列车动应力测试试验实时数据监控系统主要由数据采集设备、车载计算机、GPRS数据传输单元及终端设备四部分组成。其中车载计算机内搭载数据预处理软件，用于对信号进行预处理得到待传送参数；终端设备搭载监控及预警软件，主要实现数据记录与异常预警功能。数据传输部分采用了中国移动通信公司的商用GPRS传输网。该系统具有网络信息覆盖广、通信成本低、抗干扰能力强及容易编程实现等优点。

(1)数据采集设备

根据动应力数据采集特点，常用的数据采集设备有IMC、Agilent、eDAQ等设备。

(2)车载计算机

数据采集设备在采集数据的过程中，分时间段向车载计算机中传输样本数据。车载计算机中配套数据处理及分析软件，根据终端设备设置的相应参数，自动完成数据的预处理，得到相应的待传送的监测参数及样本数据。