[发明专利]监视铁路车辆的轮轴

说明书

一种用于监视铁路车辆的轮对组件的轮轴的装置，该装置包括装配到轮对组件的无线传感器节点，轮对组件包括安装在相对的车轮之间的轮轴，每个车轮装配到轮轴的相应的相对的端部，无线传感器节点包括用于将来自轮对组件中的振动的机械能转换成电能的振动能量收集器、用于测量参数的传感器，以及用于无线地传输测得的参数或与其相关联的数据的无线发送器，并且该装置还包括用于处理测得的参数以产生经处理的数据的处理器，其中传感器是安装到轮轴的端部的加速度计，并且传感器和处理器分别布置为测量和处理以沿着轮轴的共振振动形式的轮轴冲击振动频率。

本发明提供了一种用于监视铁路车辆的轮对组件的轮轴的装置。本发明还提供了一种用于监视铁路车辆的轮对组件的轮轴的方法。

导轨轮轴断裂是整个导轨历史上重大导轨事故的原因之一，并开始了对金属疲劳的研究。防止使用中的导轨轮轴断裂造成大量的附加维护工作–既要执行轮轴检查，又要在轮轴断裂检查之后对轮轴端部装置进行的不正确的重新组装之后的损坏进行修复。

已经进行了大量工作来研究在使用中或在维护过程中很少干预的轮轴断裂的形成，但是还没有成功地大量部署轮轴断裂监视装备(使用中)的成功试验。这部分地是由于，使用中的列车中存在的所有其它噪声的情况下，与目标裂纹相关的被测量本质上难以执行，并且还由于对于能量和通信而言都难以接近而难以监视导轨轮轴端部的振动和噪声。

安装在轮轴端部的由振动能量采集器供电的无线传感器节点的最新发展解决了这个问题的一部分，但是仍然难以区分由于轮轴断裂而引起的附加振动与轨道上的车轮的相互作用产生的噪声，两者具有由车轮以给定速度旋转而驱动的相同的基本频率。

在现有技术中，用于测量导轨轮轴断裂的先前努力已经着眼于或者随着轮轴弯曲而从断裂处产生的声发射，或者由于轮轴屈曲而造成的振动，以及随着裂纹的扩展而引起的振动的变化。这些测试是在测试平台上进行的，而不是在使用中测试进行的。

振动供电的无线传感器节点(WSN)已被用于检测导轨车辆的轴承、轨道和车轮健康状况。如上面所讨论的，传感器监视振动，但是监视频率限制为500Hz。

因此，在本领域中需要用于监视铁路车辆的轮对组件的轮轴的装置和方法，与已知的装置和方法相比，该装置和方法可以提供改进的测量。

在本领域中还需要用于监视铁路车辆的轮对组件的轮轴的装置和方法，该装置和方法可以在使用中，优选地实时地，监视轮轴状况。

在本领域中，还需要用于监视铁路车辆的轮对组件的轮轴的装置和方法，该装置和方法可以监视使用中的轮轴状况，并且还可以提供轮轴的至少一个附加的操作或性能参数，再次是在使用中，优选地实时地。

本发明至少部分地旨在满足这些需求中的一个或多个。

因而，本发明提供了一种用于监视铁路车辆的轮对组件的轮轴的装置，该装置包括装配到轮对组件的无线传感器节点，轮对组件包括安装在相对的车轮之间的轮轴，每个车轮装配到轮轴的相应的相对的端部，无线传感器节点包括用于将来自轮对组件中的振动的机械能转换成电能的振动能量收集器、用于测量参数的传感器，以及用于无线地传输测得的参数或与其相关联的数据的无线发送器，并且该装置还包括用于处理测得的参数以产生经处理的数据的处理器，其中传感器是安装到轮轴端部的加速度计，并且传感器和处理器分别布置为测量和处理以沿着轮轴的共振振动形式的轮轴冲击(percussion)振动频率。

本发明还提供了一种监视铁路车辆的轮对组件的轴的方法，该轮对组件包括安装在相对的车轮之间的轮轴，每个车轮装配到轮轴的相应的相对的端部，该方法包括以下步骤：

a.提供装配到轮对组件的无线传感器节点，该无线传感器节点包括用于将来自轮对组件中的振动的机械能转换成电能的振动能量收集器、用于测量参数的传感器，以及用于无线地传输测得的参数或与其相关联的数据的无线发送器，其中传感器是安装到轮轴的端部的加速度计；

b.在铁路车辆运动的同时，振动能量采集器接收输入的振动能量，该振动能量被转换成电能以便为无线发送器供电；