專利名稱：機車空轉故障診斷記錄儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種機車輪對空轉故障診斷記錄儀。用于及時準確識別機車輪對 過熱從而保證機車的安全運行。
背景技術：
機車是高速和重載行駛的大型設備，它是由機車上的動力裝置驅動輪對，靠輪對 和鐵軌之間的粘著力向前滾動而行駛。隨著列車運行速度的不斷提高、遇上雨雪天氣 或機車在重載起動或爬坡時等因素會造成粘著力下降使機車輪對發(fā)生空轉。機車輪對 空轉時動輪轉速迅速上升，如轉速超過牽引電動機最大轉速時，還可能造成電機環(huán)火 等嚴重故障，影響使用壽命。因此在機車維修的項目中，排除機車空轉故障是十分重 要的 一項。
我國傳統(tǒng)的機車空轉故障診斷和記錄方法通常采用在機車上安裝安全監(jiān)控裝置， 該裝置是在機車動輪輪軸上安裝一個光電式速度傳感器，用它發(fā)出的信號對列車運行 速度的檢測。然后將機車運行速度信號送到機車電子柜，經(jīng)過電路處理和計算機分析 調整，發(fā)出控制指令，達到調整列車運行速度的目的；同時該安全裝置還有另一個功 能，即考慮到機車可能發(fā)生空轉，控制系統(tǒng)根據(jù)接收的速度傳感器信號，設計了空轉 識別和防范措施，當機車發(fā)生空轉，司機操作臺上的空轉指示燈亮，機車便自動撒沙 子，保證機車運行速度平穩(wěn)。
這種安全監(jiān)控裝置在實際使用中常有誤報現(xiàn)象。主要存在兩方面的原因，首先是速 度信號源方面的原因四路速度傳感器受震動或自身故障經(jīng)常出現(xiàn)信號波形失真；電 源線、信號線出現(xiàn)傳輸線路瞬間斷路或短路；其次是插件方面的原因由于防空轉控 制插件電子元件參數(shù)的漂移、故障，以及機車運行條件惡劣等因素的影響，造成電子 插件誤輸出空轉信號，使空轉燈亮同時作用防范措施機構，機車自動撒沙子。在正常 使用時也會發(fā)生誤報空轉故障的現(xiàn)象，但因故障部位復雜隱蔽，故障現(xiàn)象不可重復再 現(xiàn)等原因，常因不能及時發(fā)現(xiàn)空轉故障而損毀機車的電機和其它故障，造成極大的安 全隱患。
實用新型內容
為了解決現(xiàn)有技術中存在的上述缺陷，本實用新型的目的是提供一種能夠實時記 錄空轉發(fā)生時刻和顯示故障環(huán)節(jié)的機車空轉故障診斷記錄儀。
為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術方案 一種機車空轉故障診斷記錄 儀，它包括一轉儲器、設置在機車控制室的端子柜和一控制主機，其特點為在該端子柜內裝有4個輪對速度信號端子，1個機車空轉信號端子與1個電源端子；所述的 控制主機內固裝有MCU控制處理器與電源插口，與MCU控制處理器的多個引腳分別連
接的還有接口芯片的輸出端、存儲器、顯示鍵盤芯片、譯碼器電路、后備電池的輸出
端與轉儲接口的輸入端；所述接口芯片的輸入端并接有光電隔離電路的輸出端和濾波 整形電路的輸出端；上述的4個輪對速度信號端子分別通過與各自連接的電纜線并接 于上述的光電隔離電路的輸入端，上述的機車空轉信號端子通過電纜線與所述的濾波 整形電路的輸入端相接；該濾波整形電路的輸出端與所述光電隔離電路的輸出端均通 過接口芯片與MCU控制處理器的數(shù)據(jù)總線連接；上述的存儲器接收該MCU控制處理器 發(fā)出的信息進行存儲，經(jīng)過該存儲器的存儲處理后通過數(shù)據(jù)總線返回至MCU控制處理 器；上述的譯碼電路芯片的輸入端連接有一用于記錄空轉發(fā)生時間的時鐘電路。
上述的電源端子接入110伏電源電壓，且通過與其連接的電纜與控制主機的電源 插座相接。
上述的控制主機通過一固定于該機車控制室內后壁上方的支架固定。 上述的轉儲存儲器一般不固定在機車上，為活動安裝。
本實用新型采用如上技術方案，其有益效果如下(1)本實用新型的核心是控制
主機內的嵌入式MCU控制處理器系統(tǒng)，通過譯碼電路芯片與各個部件連接成一個整體 系統(tǒng)。微控制處理器的數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線分別加到接口芯片、存儲器、 轉儲接口、譯碼電路芯片和顯示鍵盤芯片。顯示鍵盤芯片由一塊HD7279A芯片構成， 同時完成鍵盤和LED顯示功能；日歷時間由一塊時鐘芯片產生，斷電不停，始終保持 連續(xù)運行。整機通電后，系統(tǒng)顯示工作提示信息，通過面板按鍵設置好工作參數(shù)，進 入工作狀態(tài)后，MCU控制處理器連續(xù)采集四路速度傳感器的信號，經(jīng)過MCU控制處理 器計算處理后將最新的IO秒數(shù)據(jù)記錄在存儲器內；為了保證斷電時不會丟失數(shù)據(jù)，與 該存儲器雙向連接的控制主機可為其提供后備電源。即在采集速度信號的同時檢測空 轉狀態(tài)信號的發(fā)生，如果發(fā)生了空轉，就將空轉前最新的10秒速度數(shù)據(jù)和空轉后10 秒的速度數(shù)據(jù)保存在存儲器內，利用轉儲接口可以將數(shù)據(jù)轉儲到地面計算機，對空轉 狀態(tài)進行分析和統(tǒng)計處理。空轉狀態(tài)信號是機車原有電子柜的狀態(tài)輸出，為了不影響 電子柜的狀態(tài)輸出，本實用新型設計了濾波整形電路，與電子柜無直流通路。為了不 影響機上原有電路的工作，本實用新型同樣設計了用于電平變換的光電隔離電路，安 全可靠，克服了現(xiàn)有技術中因四路傳感器因受震動或自身故障經(jīng)常出現(xiàn)信號波形失真、 電源線、信號線出現(xiàn)傳輸線路瞬間斷路或短路而出現(xiàn)的誤報或丟失數(shù)據(jù)現(xiàn)象。
(2)能夠自動實時監(jiān)測、準確記錄發(fā)生空轉時刻及發(fā)生空轉前IO秒和發(fā)生空轉 過程(最長10秒)的4路速度傳感器輸出的速度值和空轉信號；能診斷空轉故障是有 電子插件還是哪一個傳感器及線路引起的。使檢修人員能夠準確獲知空轉故障出現(xiàn)的位置，及時得到維護和處理，提高了機車安全運行的穩(wěn)定性和設備的使用壽命。

圖1為本實用新型組合部件的連接示意圖
圖2為圖1中控制主機7內部結構的連接框圖
圖3為本實用新型與輪對信號端子連接的光電隔離電路原理圖與濾波整形電路原
理圖
具體實施方式
以下通過附圖對本實用新型的技術方案做進一步的說明。
如圖1所示，在機車操作室(1)后面的機車控制室(2)內設置有端子柜10與
控制主機7;控制主機7位于機車控制室(2)內后壁板上方固定安裝的機架9上；端
子柜10內設置有輪對速度信號端子1、輪對速度信號端子2、輪對速度信號端子3、 輪對速度信號端子4、機車空轉信號端子5與電源端子6。
由于空轉狀態(tài)信號是機車原有安全裝置的狀態(tài)輸出，為了不影響電子柜的狀態(tài)輸 出，本實用新型在控制主機7內設計了濾波整形電路，使控制主機7與機車電子柜無 直流通路。同樣，為了不影響機車原有電路的工作，還設計有一光電隔離電路，4個 輪對速度信號端子的輸出端分別通過4條電纜線Ll并聯(lián)于上述的光電隔離電路75的 輸入端；裝在車輪上的4個輪對速度傳感器通過各自分別連接的電纜線(圖中未示) 與機車端子柜10中相應的輪對速度信號端子(1、 2、 3、 4)螺接；當該機車空轉故障 診斷記錄儀的控制主機7工作時，用來接收輪對速度傳感器發(fā)出的的速度信號。機車 空轉信號端子5的輸出端通過另外的1條電纜線Ll連接于上述的濾波整形電路76的 輸入端，裝在機車車輪上的空轉故障信號裝置通過電纜(圖中未示)與該機車空轉信 號端子5的輸入端連接，當機車空轉故障診斷記錄儀工作時，用來接收機車原有安全 裝置發(fā)出的空轉狀態(tài)信號。電源端子6用螺紋連接在機車端子柜10中的110V電源端 子上，通過電纜線L2與控制主機7的電源插座連接，電源端子6為控制主機7提供 110伏直流電源。
轉儲器8 —般不固定在機車控制室(2)內，當需要進行轉儲數(shù)據(jù)的時候，轉儲 器8通過連接一轉儲器電纜與控制主機7的轉儲接口 710連接，同時，轉儲器8再通 過一轉儲電纜與外設的用于分析數(shù)據(jù)的電腦連接，然后即可工作。
上述的電纜線Ll、 L2均固定在機車端子柜間的后壁板上，其長度為3. 2 3. 5米; 轉儲器電纜長度為0.1米，轉儲電纜長度為l米，這兩根電纜不作固定，使用時連接， 不用時可收起。
如圖2所示，本實用新型控制主機7是本實用新型的核心部件，該控制主機7內 裝有嵌入式MCU控制處理器71，與該MCU控制處理器71單向連接有接口芯片74的輸出端、后備電池79的輸入端與轉儲接口 710的輸入端；其中，接口芯片74的輸入端 分別連接有光電隔離電路75輸出端與濾波整形電路76輸出端，光電隔離電路75的輸 入端與4個輪對速度信號端子1、輪對速度信號端子2、輪對速度信號端子3與輪對速 度信號端子4并接；濾波整形電路76的輸入端通過與空轉故障信號端子5連接；轉儲 接口 710的輸出端通過轉儲器電纜與外設的轉儲器8的輸入端相接。
MCU控制處理器71的數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線按照各自的技術規(guī)格分別加 到接口芯片、存儲器、轉儲接口、譯碼電路芯片和顯示鍵盤芯片。
與MCU控制處理器71雙向連接的還有存儲器芯片72、顯示鍵盤芯片73、譯碼電 路芯片78，與譯碼電路芯片78的輸入端還接入有一用于記錄車輪空轉發(fā)生時間的時 鐘77。
上述MCU控制處理器71采用型號為MCS-51芯片、顯示鍵盤芯片73采用一塊型 號為HD7279A的芯片完成信息的計算處理、顯示和系統(tǒng)設置；譯碼電路芯片78、存儲 器芯片72均可采用市售的任意型號的產品；本實例中，譯碼電路芯片78采用型號為 74LS133;存儲器芯片72的型號為HY6264。
如圖3所示，光電隔離電路、濾波整形電路與4個輪對速度信號端子1、 2、 3、 4 分別連接的電路原理圖。以輪對速度信號端子1為例，與輪對速度信號端子1連接的 輪對1由其連接的車輪轉速傳感器將接收到的轉速信號轉換成電平信號，通過電阻Rll 送至光電隔離電路U1A的輸入端，U1A的輸出端直接連接濾波整形電路U2A的輸入端， U2A的輸出端連接至接口電路，同時U2A的輸入端連接電容C11的一端，Cll的另一端 接地。電源VCC通過電阻R12送至U1A的輸出端和U2A的輸入端，車輪正常運轉時的 信號通過光電隔離電路即可直接通過LED顯示器顯示正常；若車輪出現(xiàn)空轉，此時的 信號便會送入濾波整形電路處理后通過LED顯示器顯示空轉發(fā)生的數(shù)據(jù)。
同理，輪對速度信號端子2、輪對速度信號端3與輪對速度信號端4的電路原理 與輪對速度信號端子l電路原理相同，在此不再贅述。
本實用新型的工作原理如下-
本實用新型的機車空轉故障診斷記錄儀，其主要功能是由MCU控制處理器71完 成的。該MCU控制處理器71為一嵌入式微機控制處理器，它通過譯碼電路芯片78和 接口芯片74與各個部件連接成一個整體系統(tǒng)。微機控制處理器的數(shù)據(jù)總線、地址總線 和控制總線分別加到接口芯片74、存儲器72、后備電池79、時鐘電路和顯示鍵盤芯 片73。顯示鍵盤芯片73為一塊HD7279A芯片，LED顯示由一塊HD7279A芯片完成。日 歷時間有一塊時鐘芯片(型號DS12C887)產生，由后備電池(型號CR2032)保證它斷 電不停，始終保持連續(xù)運行。整機通電后，系統(tǒng)顯示工作提示信息，通過面板按鍵設 置好檢測和記錄所需的工作參數(shù)，進入工作狀態(tài)后，MCU控制處理器連續(xù)紀錄四路速度傳感器信號，計算處理后將最新的10秒數(shù)據(jù)記錄在存儲器72內，存儲器72有后備 電池79供電，可以保證保證即使斷電不會丟失數(shù)據(jù)。采集速度信號的同時，還檢測空 轉故障信號，如果發(fā)生空轉，就將空轉前最新的IO秒速度數(shù)據(jù)和空轉后(最多10秒) 的速度數(shù)據(jù)保存在存儲器72內。將來通過轉儲接口 710和轉儲器8將數(shù)據(jù)轉儲到地面 數(shù)據(jù)服務器(臺式機或筆記本計算機)，對空轉故障進行分析和統(tǒng)計處理。
為了不影響機車上原有電路的工作，機車空轉故障診斷記錄儀的速度信號處理電 路具有光電隔離電路75，與機車電路無直流通路。速度傳感器信號是高速編碼信號， 隔離器件選用了光電隔離電路75;裝在車輪上的速度傳感器信號輸出電平是15V，需 要經(jīng)過電平變換，變成TTL電平信號才能送給MCU控制處理器。
空轉狀態(tài)信號是端子柜10的狀態(tài)輸出，為TTL電平。為了不影響電子柜的工作 狀態(tài)，機車空轉故障診斷記錄儀的空轉故障信號檢測用的濾波整形電路76是一具有高 速的光電隔離電路，與電子柜無直流通路。為了防止尖峰干擾，經(jīng)過濾波整形電路76 處理后才能送給MCU控制處理器。
為了調試方便以及現(xiàn)場安裝使用時輸入配置參數(shù)，擴展了一個專用的顯示與鍵盤 接口電路73。采用高效的3鍵復用控制，在實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入功能的前提下，使得面板非 常簡單明了。
轉儲接口 710是一個位于面板上的標準串行接口 (物理接口不同)，在轉儲模式 下，記錄儀保持對串行口的響應，只要轉儲的設備通過串行口連接到記錄儀時，將自 動下載存儲的空轉故障數(shù)據(jù)。
權利要求1、一種機車空轉故障診斷記錄儀，它包括一轉儲器(8)、設置在機車控制室的端子柜(0)和一控制主機(7)，其特征在于所述端子柜內裝有4個輪對速度信號端子(1、2、3、4)，1個機車空轉信號端子(5)與1個電源端子(6)；所述控制主機(7)內固裝有MCU控制處理器(71)與電源插口，與所述MCU控制處理器(71)多個引腳分別連接的還有接口芯片(74)的輸出端、存儲器(72)、顯示鍵盤芯片(73)、譯碼器電路(78)、后備電池(79)的輸出端與轉儲接口(710)的輸入端；所述接口芯片(74)的輸入端分別與光電隔離電路(75)的輸出端和濾波整形電路(76)的輸出端插接；所述4個輪對速度信號端子(1、2、3、4)分別通過與各自連接的電纜線(L1)并接于所述光電隔離電路的輸入端，所述機車空轉信號端子(6)通過第5條電纜線(L1)與所述濾波整形電路(76)的輸入端相接；該濾波整形電路(76)的輸出端與所述光電隔離電路(75)的輸出端均通過所述接口芯片(74)與所述MCU控制處理器(71)的數(shù)據(jù)總線連接；所述存儲器(72)接收所述MCU控制處理器(71)發(fā)出的信息進行存儲，經(jīng)過該存儲器(72)的存儲處理后通過數(shù)據(jù)總線返回至該MCU控制處理器(71)；所述譯碼電路芯片(78)的輸入端連接有一記錄空轉發(fā)生時間的時鐘電路(77)。
2、 根據(jù)權利要求1所述的機車空轉故障診斷記錄儀，其特征在于所述電源端子(6) 與車載110伏電源電壓相接，且通過連接電纜(L2)與所述控制主機(7)的電 源插座相接。
3、 根據(jù)權利要求l所述的機車空轉故障診斷記錄儀，其特征在于所述控制主機 (7) 通過一固定于所述機車控制室內后壁上方的支架(9)固定。
4、 根據(jù)權利要求1所述的機車空轉故障診斷記錄儀，其特征在于所述轉儲器(8) 為活動安裝。
專利摘要本實用新型公開一種機車輪對空轉故障診斷記錄儀。它包括轉儲器、端子柜和控制主機，其特點為端子柜內裝有4個輪對速度信號端子、一機車空轉信號端子與一電源端子；控制主機內嵌裝有MCU控制處理器與電源插口，MCU的多個引腳分別連接有接口芯片的輸出端、存儲器、顯示鍵盤芯片、譯碼器電路、后備電池輸出端與轉儲接口輸入端；接口芯片輸入端分別與光電隔離電路輸出端和濾波整形電路輸出端連接；光電隔離電路輸入端與4個輪對速度信號端子并接，濾波整形電路的輸入端與機車空轉信號端子相接；該記錄儀可連續(xù)采集四路速度傳感器的信號，同時檢測空轉狀態(tài)，安全可靠，實現(xiàn)其自動實時監(jiān)測、記錄；準確提示空轉故障發(fā)生的位置，有效保證該機車安全運行。
文檔編號G05B23/02GK201348738SQ20092010536
公開日2009年11月18日 申請日期2009年2月6日 優(yōu)先權日2009年2月6日
發(fā)明者楊俊明, 胡偉力 申請人:北京藍天多維科技有限公司