一种高铁轴温监测原理虚拟现实培训装置

本技术涉及轨道交通车辆，尤其涉及一种高铁轴温监测原理虚拟现实培训装置。

背景技术：

1、轴承作为高速列车的关键组件，运行过程中需长时间高速转动，承受较大的载荷与振动，若出现载荷或振动过大、润滑不良等现象导致滚动体失效，轴承所受摩擦力增大使局部温度短时间内异常升高，若不能在行驶过程中对轴温异常做到及时应对，可能引发严重的热轴和切轴问题。因此，高速列车轴温监测系统的运行稳定性、检维修过程中对轴温监测系统以及轴承自身的维护和保养都关系着列车的安全运行。然而，我国铁路类院校以及相关运维单位就轴温监测、轴承检修问题，在教学、培训过程中仍存有诸多的不足与限制：

2、(1)配置1:1的车载轴温监测系统设备来搭建实物教学平台，只能采用传统授课方式对轴温监测原理及检维修技术进行讲解，因此课堂并不具备实物教学以及具体过程演示的条件；

3、(2)铁路运维单位虽有较为便利的场地条件进行实操训练，但实操过程需带电作业，轴承、转向架等大型、重型组件拆装需要用到吊车等大型设备，操作风险较大，并且受场地、设备占用等多方面因素影响，单次培训人数受限，无法在规定时间内保质保量完成培训任务。

4、综上，实物教学的缺失使受训人员对轴温监测流程、信号传输原理、转向架结构等内容理解不透彻，无法满足实操要求，导致受训人员缺乏动手能力；对tcn总线一类抽象理论的单一讲解更是加大了授课及学习理解的难度，致使最终培训效果达不到预期，影响后期检维修工作的质量和效率。

5、伴随着虚拟现实技术的发展与应用，多所铁路院校及部分路段已经采用虚拟现实系统开展培训教学工作并取得了一定成果。总结现有技术成果，已开发系统功能多集中于模拟驾驶、受电弓、转向架等重要组件检维修、铁路系统训练等，而针对轴温监测系统的开发却少之又少，系统框架、功能等均有待补充和完善。

技术实现思路

1、根据上述提出高铁轴温监测系统培训过程存在的诸多不足与限制，而提供一种高铁轴温监测原理虚拟现实培训装置，意在解决培训过程中教学设备、教学方法、教学场地等因素受限所致的培训效果不佳问题，为更新教学资源和教学方法提供较为可靠的技术支持。

2、本实用新型采用的技术手段如下：

3、一种高铁轴温监测原理虚拟现实培训装置，包括：数据采集模块、温度监测模块、超温制动模块以及信号处理模块，信号处理模块通过plc设备分别连接数据采集模块、温度监测模块和超温制动模块，其中：

4、所述数据采集模块，用于采集模拟轴承升温的温度信号；

5、所述温度监测模块，用于监测传感器故障、轴承温度信息，并将信息显示在hmi模拟显示屏上；

6、所述信号处理模块，接收数据采集模块传输的温度信号和温度监测模块监测的传感器故障、轴承温度信息，并对接收的信息进行处理，得到制动信号，将制动信号发送至超温制动模块，控制超温制动模块动作；

7、所述超温制动模块，用于接收信号处理模块发出的制动信号，并根据制动信号控制电磁阀模拟空气制动，控制三相异步电机模拟电制动。

8、进一步地，所述数据采集模块包括：圆锥滚子轴承、轴承温度加热器和pt100双路电阻传感器，其中：

9、所述圆锥滚子轴承，固定于所述轴承温度加热器的加热棒上，用于模拟轴承升温，并对温度信号进行采集；

10、所述轴承温度加热器，用于对所述圆锥滚子轴承加热，进而模拟轴承温度升高效果；

11、所述pt100双路电阻传感器，吸附固定于所述圆锥滚子轴承外圈上，用于采集前端温度信号。

12、进一步地，所述温度监测模块包括：轴温监测hmi模拟显示屏、超温蜂鸣报警器和制动手柄，其中：

13、所述轴温监测hmi模拟显示屏，用于模拟司机室中的显示屏；

14、所述超温蜂鸣报警器，通过导线与plc设备输出端子相连接，用于在轴温达到暖轴预警及以上温度条件时发出警报；

15、所述制动手柄，用于模拟对车辆施加制动，通过与信号处理模块中的plc设备连接，进而控制超温制动模块。

16、进一步地，所述超温制动模块包括：中间继电器、变频器、电磁阀和三相异步电机，其中：

17、所述中间继电器与plc设备输出端子相连接，通过中间继电器触点触发实现电磁阀的开闭；

18、所述变频器与plc设备输出端子相连接，通过导线与所述三相异步电机连接实现正反转动作；

19、所述电磁阀用于模拟空气制动；

20、所述三相异步电机用于模拟电制动。

21、进一步地，所述信号处理模块包括：模拟网关、modbus通讯协议和plc设备；

22、所述plc设备用于接收pt100双路电阻传感器采集的温度信号并对温度信号进行处理，处理后的温度信号用于传感器故障监测以及温度监测模块中的温度显示，在超温工况下接收用户层发出的制动信号并控制超温制动模块动作。

23、较现有技术相比，本发明具有以下优点：

24、1、本实用新型提供的一种高铁轴温监测原理虚拟现实培训装置，相比现场培训，装置培训更加安全可靠。装置借助前端轴承温度加热器可以模拟轴承正常升温过程，对实际场景中无法实现的特殊、危险工况(如轴温超出400℃的极端工况)亦可进行模拟；需在工厂环境下进行的转向架装配培训工作可在装置子系统内进行模拟，避免现场实操过程因触电、违规操作等事件导致人身伤亡事故的发生。

25、2、本实用新型提供的一种高铁轴温监测原理虚拟现实培训装置，系统功能还原度高，结构简单、便于组装。装置1:1复刻车载轴承温度监测系统的功能并进行原理展示，对系统内成本较高的网关等硬件设备以及对应通讯协议进行简化，使用plc设备以及modbus通讯协议进行替代，在保留系统完整功能性前提下，合理简化降低开发成本。

26、基于上述理由本实用新型可在轨道交通车辆技术领域广泛推广。

技术特征：

1.一种高铁轴温监测原理虚拟现实培训装置，其特征在于，包括：数据采集模块、温度监测模块、超温制动模块以及信号处理模块，信号处理模块通过plc设备分别连接数据采集模块、温度监测模块和超温制动模块，其中：

2.根据权利要求1所述的高铁轴温监测原理虚拟现实培训装置，其特征在于，所述数据采集模块包括：圆锥滚子轴承、轴承温度加热器和pt100双路电阻传感器，其中：

3.根据权利要求1所述的高铁轴温监测原理虚拟现实培训装置，其特征在于，所述温度监测模块包括：轴温监测hmi模拟显示屏、超温蜂鸣报警器和制动手柄，其中：

4.根据权利要求1所述的高铁轴温监测原理虚拟现实培训装置，其特征在于，所述超温制动模块包括：中间继电器、变频器、电磁阀和三相异步电机，其中：

5.根据权利要求1所述的高铁轴温监测原理虚拟现实培训装置，其特征在于，所述信号处理模块包括：模拟网关、modbus通讯协议和plc设备；

技术总结本技术提供一种高铁轴温监测原理虚拟现实培训装置，包括：数据采集模块、温度监测模块、超温制动模块以及信号处理模块，信号处理模块通过PLC设备分别连接数据采集模块、温度监测模块和超温制动模块。数据采集模块，用于采集模拟轴承升温的温度信号；温度监测模块，用于监测传感器故障、轴承温度信息，并将信息显示在HMI模拟显示屏上；信号处理模块，接收数据采集模块传输的温度信号和温度监测模块监测的传感器故障、轴承温度信息，并对接收的信息进行处理，得到制动信号并发送至超温制动模块，控制超温制动模块动作；超温制动模块，用于接收信号处理模块发出的制动信号，并根据制动信号控制电磁阀模拟空气制动，控制三相异步电机模拟电制动。技术研发人员：温佳澄,马思群受保护的技术使用者：大连交通大学技术研发日：20231109技术公布日：2024/5/16