[发明专利]一种基于数字孪生的列车转向架自动换装系统

说明书

本申请公开了一种基于数字孪生的列车转向架自动换装系统，包括：物理实体模块，用于表现转向架结构和自动换装设备的动作；感知控制模块，用于对所述物理实体模块运行状态数据的采集和传输，以及根据指令对自动换装设备进行运行状态调控；数据管理模块，用于存储和管理数据以及提供数据接口；孪生模型模块，用于根据所述数据管理模块输入的数据建立与所述物理实体模块相对应的孪生模型，以基于所述孪生模型对转向架换装过程进行指导。其可以解决现有转向架换装过程中数据采集、处理和分析能力弱，各换装环节之间关联性差，导致换装效率低、人工成本高以及通过人工换装容易出现漏换、换装工序间不匹配的问题。

技术领域

本申请涉及城市轨道交通车辆运用维护技术领域，更具体地，涉及一种基于数字孪生的列车转向架自动换装系统。

背景技术

转向架作为铁道车辆关键性的走行机构，轨道车辆结构中最重要的部件之一，对铁道车辆运行的安全性起着直接性的作用，因此必须确保转向架良好的运行状态及综合性能。当轨道车辆运行到一定里程或者转向架出现故障时需要对转向架进行架修作业，转向架架修作业需要用到专门的轨道车辆更换设备。转向架更换设备是用来完成铁道车辆检修的重要设备。

在相关现有技术中，对转向架进行换装时，龙门架车机托头托架、升降平台小车、活动轨道桥和活动盖板翻盖装置等换装设备在作业中的运行状态很难被监控。而在整个转向架换装系统中基础数据的采集、实时处理和分析能力薄弱。各个换装环节之间比较独立，关联性较差，导致对于整个换装过程的控制水平与决策能力较低，大大降低了转向架换装的效率，增加了人工成本。

并且，上述转向架换装的周期长，且人工换装极易出现漏换、换装工序间不匹配的问题，这些会导致转向架换装的效率和可靠性大大降低。

发明内容

针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于数字孪生的列车转向架自动换装系统，旨在解决现有转向架换装过程中数据采集、处理和分析能力弱，各换装环节之间关联性差，导致换装效率低、人工成本高以及通过人工换装容易出现漏换、换装工序间不匹配的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种基于数字孪生的列车转向架自动换装系统，包括：物理实体模块，用于表现转向架结构和自动换装设备的动作；感知控制模块，用于对所述物理实体模块运行状态数据的采集和传输，以及根据指令对自动换装设备进行运行状态调控；数据管理模块，用于存储和管理数据以及提供数据接口；孪生模型模块，用于根据所述数据管理模块输入的数据建立与所述物理实体模块相对应的孪生模型，以基于所述孪生模型对转向架换装过程进行指导。

在本发明的一个实施例中，所述物理实体模块包括：龙门架车机托头和托架、升降平台小车、活动轨道桥和活动盖板装置。

在本发明的一个实施例中，所述感知控制模块包括：安装于龙门架车机托头和托架上的速度传感器和位移传感器，用于监测托头和托架的安装定位和运动轨迹；安装于升降平台小车四角支撑处的压力传感器和速度传感器，用于实时获取升降平台小车升降位置、升降时间与举升力数据；安装于活动轨道桥上的位移传感器和平衡检测仪，用于实时获取轨道升降、对位和平衡数据。

在本发明的一个实施例中，所述数据管理模块采用关系数据库模型搭建，用于接收和存储自动换装设备的运行监控数据、孪生模型模块的计算分析与模拟数据，并为孪生模型模块调用和处理数据提供数据接口。

在本发明的一个实施例中，所述孪生模型模块包括：转向架自动换装关键部件可视化管理模块，用于将转向架自动换装设备的机械结构进行3D建模，并实时反应实际物理场景下的机械动作，以及显示机械运行状态参数信息。

在本发明的一个实施例中，所述转向架自动换装关键部件可视化管理模块包括：三维信息模块，针对转向架、转向架换装设备和换装组件通过三维建模软件建立虚拟工厂BIM模型；分析计算模块，基于设备运行状态的力学模型计算检验结构的应力和应变指标；行为演化模块，以力学模型为基础创建运动模型中的变换矩阵，实现虚拟设备机械运动与物理实体的实时动态运动相关联。