一种基于TADS、TPDS的客车车轮轮辋缺陷综合预警系统及方法与流程

本发明属于铁路安全监测领域，具体是基于车辆滚动轴承早期故障轨边声学诊断系统(tads)和车运行状态车辆运行品质轨边动态监测系统(tpds)的铁路客车车轮轮辋缺陷综合预警方法。

背景技术：

1、车轮是影响铁道车辆运行安全的一个重要部件，车轮在运用过程中常见的损伤主要有轮辋、车轮踏面相关的缺陷、擦伤、剥离、失圆、轮辋裂等故障，车轮相关故障若不及时发现，会严重危及行车安全。

2、目前车轮轮辋相关故障主要通过tpds系统进行预报，预报内容包含车轮踏面相关的缺陷、擦伤、剥离、失圆等，但当车速较低、轮辋内部出现裂纹等轮轨力较弱情况下，无法通过tpds设备传感器有效识别出相应故障。既有tads设备目前主要用于车辆轴承故障的早期预警，但并不对车轮踏面、车轮轮辋等走行部位进行监测和故障识别。

3、鉴于车轮作为车辆至关重要的组成部分，其故障发生频率较高，通过轨旁设备实施有效的车轮故障检测对于保障列车安全、推动智能化运维具有极为重要的意义。

技术实现思路

1、针对上述问题，鉴于车轮和轨道相互作用时会同时产生振动和声音，本发明为了解决上述一个或多个缺陷和缺点，提出一种基于tads、tpds的客车车轮轮辋缺陷综合预警系统及方法，通过综合tpds及tads设备探测信息，组合两种传感器的探测信号，对车轮轮辋缺陷进行动态跟踪和检测，实现对车轮轮辋、车轮踏面相关的缺陷、擦伤、剥离、失圆、轮辋裂等故障的识别和预警。

2、本发明的一种基于tads、tpds的客车车轮轮辋缺陷综合预警系统，包括：tads数据接口模块、tpds数据接口模块、车轮状态数据整合模块、车轮状态信息履历模块、车轮故障识别模块、以及故障预警信息推送模块。

3、tads数据接口模块负责接收铁路沿线各tads设备发送过来的报文信息，并按照各车轮位置将相关数据分别进行封装打包，生成各车轮状态声音数据。

4、tpds数据接口模块负责接收铁路沿线各tpds设备发送过来的报文信息，并按照各车轮位置将相关数据分别进行封装打包，生成各车轮状态振动数据。

5、车轮状态数据整合模块将tads数据接口模块、tpds数据接口模块对应生成的车轮状态声音数据、振动数据进行归一化整合，生成各时间点的基于声音数据或振动数据的车轮状态信息。

6、车轮状态信息履历模块负责接收车轮状态数据整合模块生成的各车轮不同时间的声音和振动车轮状态信息，并按照一定规则迭代存储，形成各车轮状态历史数据。

7、车轮故障识别模块负责调取各车轮状态信息历史数据，进行声音和振动信息的相关性分析和趋势性判断，并比对故障模型库进行故障类型识别和严重度评价。

8、故障预警信息推送模块负责接收车轮故障识别模块生成的各车轮故障信息形成故障报文，推送至各监测中心。

9、基于上述系统，本发明的一种基于tads、tpds的客车车轮轮辋缺陷综合预警方法，包括：

10、当火车经过各tads、tpds设备探测后，tads数据接口模块、tpds数据接口模块接收对应tads、tpds设备所产生的报文，并将报文中的数据按照各车轮进行重新组合；车轮状态数据整合模块将组合后的各车轮的声音或振动数据进行归一化处理；由车轮状态信息履历模块将各车轮归一化后的数据进行迭代存储；车轮故障识别模块调取相应车轮的历史迭代数据，进行故障类型和严重度识别；识别完成后由故障预警信息推送模块形成报文，推送至各监测中心。

11、其中，进行客车车轮轮辋缺陷故障类型及严重度识别的方法，包括如下步骤：

12、步骤一：调取车轮状态信息履历模块中对应车轮振动历史迭代数据，进行振动特征提取，生成振动特征参数组vc[v1,v2,……vn](n为振动特征参数数量)。

13、步骤二：调取车轮状态信息履历模块中对应车轮声音历史迭代数据，进行声音特征提取,生成声音特征参数组sc[s1,s2,……vm](m为声音特征参数数量)。

14、步骤三：通过特征相关性分析模型

15、fc＝ffc(vc,wvc,sc,wsc)

16、其中，vc为各振动特征参数，wvc为对应权重系数，sc为各声音特征参数，wsc为对应权重系数。

17、计算特征相关性系数。

18、步骤四：通过设定对应特征相关性系数阈值，特征相关性系数大于阈值，进行故障模型匹配。

19、步骤五：通过比对故障模型库，查找车轮故障类型进行故障类型识别。

20、步骤六：使用车轮状态信息履历模块中对应车轮振动历史迭代数据，进行振动特征趋势计算，生成振动特征趋势系数vt。

21、步骤七：使用车轮状态信息履历模块中对应车轮声音历史迭代数据，进行声音特征趋势计算，生成声音特征趋势系数st。

22、步骤八：通过故障严重度评价模型

23、fs＝ffs(vc,wvc,sc,wsc,vt,st)

24、其中，vt是振动特征趋势系数，st是声音特征趋势系数。

25、对故障严重度进行评价系数。

26、步骤九：通过设定故障严重度分级区间，判定对应故障严重度等级。

27、本发明的优点在于：

28、(1)本发明在对车轮轮辋故障振动信号分析的基础上，增加了车轮轮辋故障声音信号分析的技术手段，可提高车轮轮辋故障的发现能力。

29、(2)本发明通过迭代各车轮的历史振动信号和声音信号数据，通过两种信号的相关性分析和趋势变化分析，可提高车轮轮辋故障的识别准确度。

1.一种基于tads、tpds的客车车轮轮辋缺陷检测的综合预警系统，其特征在于，包括：tads数据接口模块、tpds数据接口模块、车轮状态数据整合模块、车轮状态信息履历模块、车轮故障识别模块、故障预警信息推送模块。

2.如权利要求1所述的一种基于tads、tpds的客车车轮轮辋缺陷检测的综合预警系统，其特征在于，所述探测系统的工作原理如下：

3.一种基于tads、tpds的客车车轮轮辋缺陷检测的综合预警方法，其特征在于，还包括客车车轮轮辋缺陷故障类型及严重度识别方法，具体步骤如下：