[發明專利]一種自供電輪軸檢測裝置

有效

• 申請號: 201710726963.3
• 申請日: 2017-08-17
• 公開（公告）號: CN107508491B
• 公開（公告）日: 2019-03-15
• 發明（設計）人: 溫建明;錢前程;費翔
• 申請（專利權）人: 浙江師范大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種自供電輪軸檢測裝置，屬檢測技術領域。輪軸裝在車架上，車架的殼體裝有端蓋；輪軸的端部裝有帶環槽的軸套，軸套的一端套在輪軸上并頂靠在軸承的內圈上；軸套的環槽兩側壁上都均布地裝有數量相等的激勵磁鐵；車架殼體的凸臺上安裝有一組壓電振子和一個簧片，簧片自由端的兩側安裝有壓板、一組懸浮磁鐵及一塊受激磁鐵，受激磁鐵置于壓板的端部，受激磁鐵與激勵磁鐵之間為吸引力；壓電振子為由基板和壓電片粘接而成弧形懸臂梁，壓電振子對稱地裝在簧片兩側；與簧片相鄰的壓電振子的基板與簧片之間壓接有墊片，相鄰的兩個壓電振子的固定端之間壓接有隔墊；壓電振子的端部裝有被懸磁鐵，被懸磁鐵與懸浮磁鐵的同性磁極相對安裝。

技術領域

本發明屬于軌道交通監測及壓電發電技術領域，具體涉及一種自供電輪軸檢測裝置。

背景技術

軌道列車輪對是確保軌道車輛安全運行的關鍵。以往，軌道車輛輪系等關鍵部件的健康狀況是以定期維護、檢修加以保障的；隨著車輛運行速度的不斷提高以及人們安全意識的提升，車輛運行期間輪對的實時在線監測技術研究受到了國內外學者的廣泛關注，所需監測要素包括軸及軸承的溫度、轉速、動態剛度、磨損及振動等諸多方面。對于輪對監測系統而言，理想的方法是將各類傳感監測系統安裝在輪對上或靠近輪對安裝，從而實現其運行狀態的直接在線監測；但這種監測方案因無法為傳感監測系統提供可靠、充足的電力供應而難于推廣應用，因為：輪系處于運動狀態、且輪系與車廂間存在高頻顛簸振動，采用電纜供電時可靠性低；如采用電池供電，因電池使用壽命有限而需經常更換，當電池電量不足而未及時更換時將無法實現有效的監測、甚至造成嚴重的安全隱患。限于電力供應問題的制約，目前依然普遍采用非實時的、間接的測量方法，即將傳感監測系統置于路基之上，不隨車體移動或不隨輪軸轉動。為解決列車軸系實時監測系統的供電問題，國內外學者提出了可與監測系統集成的微小型壓電發電機，但現有壓電發電機是周期激勵的且壓電片承受交變的拉壓應力，故可靠性較低、有效帶寬窄。

發明內容

本發明提出一種自供電輪軸檢測裝置，本發明采用的實施方案是：輪軸經軸承安裝在車架上，車架上的殼體的端部經螺釘安裝有端蓋；輪軸的端部經壓板及螺釘安裝有帶環槽的軸套，軸套的一端套在輪軸上并頂靠在軸承的內圈上；軸套的環槽的兩側壁上都經螺釘均布地安裝有激勵磁鐵，兩個軸截面上所有激勵磁鐵在同一軸截面上的投影依然均布且投影的數量與兩個軸截面上所有激勵磁鐵的個數相同，即兩個圓周方向上相鄰的激勵磁鐵的投影間的夾角為Q＝180°/N，其中N為環槽一側側壁上安裝的激勵磁鐵的數量；車架的殼體的凸臺上經壓塊和螺釘安裝有一組壓電振子和一個簧片，簧片自由端的兩側經鉚釘安裝有壓板、一組懸浮磁鐵及一塊受激磁鐵，懸浮磁鐵及受激磁鐵鑲嵌在壓板內，受激磁鐵置于壓板的端部，受激磁鐵與激勵磁鐵之間為吸引力；受激磁鐵上的任一點到軸套中心的距離都比激勵磁鐵到軸套中心的距離短，即受激磁鐵沿軸套軸向擺動時撞擊不到激勵磁鐵；壓電振子為由基板和壓電片粘接而成弧形懸臂梁，基板的彎曲半徑小于壓電片的彎曲半徑，壓電振子對稱地安裝在簧片的兩側且基板靠近簧片安裝；與簧片相鄰的壓電振子的基板與簧片之間壓接有墊片，相鄰的兩個壓電振子的固定端之間壓接有隔墊；壓電振子的端部經螺釘安裝有被懸磁鐵，被懸磁鐵與懸浮磁鐵的同性磁極相對安裝；受激磁鐵不受激勵磁鐵作用、即簧片不發生彎曲變形時，壓電振子的變形量為其許用值的一半；簧片向環槽某一側的激勵磁鐵彎曲且激勵磁鐵與被激磁鐵之間吸引力最大時，壓電振子的變形量小于其許用值；車架上安裝有電路板和傳感器，壓電振子經導線與電路板連接，電路板經導線與傳感器連接。

工作時，輪軸帶動軸套及激勵磁鐵轉動，激勵磁鐵與被激磁鐵間的吸引力使簧片產生彎曲變形，使懸浮磁鐵與被懸磁鐵間距離及相互作用力發生變化，進而使壓電振子形狀及壓電片上的應力分布狀態發生變化并將機械能轉換成電能：簧片彎曲變形時，一側的壓電振子變形量逐漸增加、另一側壓電振子在其自身彈性力的作用下逐漸復位；壓電振子所生成的電能經電路板上的轉換電路處理后為傳感器供電，傳感器實時地獲得軸承的溫度、轉速或振動信息并經無線發射系統發射出去。