牵引电机转向无线检测系统

牵引电机转向无线检测系统

刘清 易文祺 柳彬

中车株洲电力机车有限公司

摘要：本文主要对机车牵引电机转向无线检测装置的功能原理以及运用方式进行介绍。采用自行研制的无线检测传感器来检测牵引电机与齿轮箱之间的传动轴轻微偏转角度,就能在机车保持静止的情况下检测出牵引电机的旋转方向。对无线检测及控制原理进行了简要的说明，对研发同类型列车信号无线检测系统有一定借鉴意义。

关键词：无线检测；牵引电机；转向检测；智能诊断；

0 引言

目前公司在对机车某位牵引电机进行转向测试时，需要拆除与之并联的牵引电机大线，从而保持每一转向架只有一位电机与牵引系统连接。测试时需要驾驶工程车在调试库内低速移动，通过运动方向，来判断电机转向；库内动车存在安全隐患。为了杜绝库内动车带来的安全隐患，提升试验效率。研制一套牵引电机转向无线检测装置，无需驾驶机车在库内移动，无需拆除电机大线，在静止状态下就能同时测量出每一位牵引电机的旋转方向。实现了无线检测和智能化工装，极大提高作业安全性、生产效率和产品质量。

一、现状分析

库内动车试验，是为了验证机车牵引电机的转向是否符合原理图设计要求。一台（节）机车一般有4个或者6个牵引电机，因此该试验需要司机驾驶机车在库内前后移动各4～6次。具有严重的安全隐患，而且动车试验需要多名试验人员一起才能完成，试验效率低。

二、改进方案

为了提高库内动车牵引电机转向测试效率，研制一套牵引电机转向无线检测装置，无需驾驶机车在库内移动，无需拆除电机大线，在静止状态下就能测量出每一位牵引电机的旋转方向。

1、系统设计原理框图

牵引电机无线检测系统主要由4个转向传感器和WEB显示界面组成。四个转向传感器内置陀螺仪和WIFI无线通讯网络，四个无线传感器能够通过自身的无线WIFI局域网络互相通讯。在通讯过程中互相交换彼此检测到的电机传动轴转动角度和传感的ID号。通过这种方式实现每一个传感器内部记载了所有传感检测到的电机传动轴偏转数据。用户只需要通过平板电脑访问任意一个无线传感器内置的WEB网页服务器就能通过浏览器查看每一位牵引电机的转向。

2、无线检测传感器

无线检测传感器微机处理控制单元采用ESP32-S2 WiFi SoC，是一种小体积的、低功耗的、低成本的、高计算性能的IoT型嵌入式系统。控制系统支持WiFi(2.4GHz)高速无线网络接口。可以通过平板电脑连接WIFI无线局域网络TCP协议观测信号和发出控制指令。

传感器：MPU6050 内部整合了 3 轴陀螺仪和 3 轴加速度传感器，用来检测电机传动轴的偏转。

无线检测传感器背面安装了强力磁铁方便检测时直接贴在牵引电机传动轴上。无线检测传感器的液晶显示屏，显示内容有ID号（如：牵引电机1、2……）、实时偏转角度、传感器电量、设备IP以及访问设备IP。见图1

图1 无线检测传感器

3、转向检测原理

机车牵引电机是通过传动轴把转矩传递给齿轮箱，通过齿轮箱变速最终把转矩传递给车轮。

图2 车轮驱动系统

  如图2所示：当车轮被机车制动系统抱闸处于刹车状态时，驱动牵引电机向前转动，此时由齿轮箱中齿轮与齿轮间咬合间隙的存在，牵引电机传动轴还是会有5～15度的角度偏转。这样安装在传动轴上的传感器就能根据检测到的偏转角度判断电机的转向。

4、WEB网页显示界面

每个无线转向检测传感器都内置WEB网页服务器，用户只需要用平板电脑连接任意传感器的内部网络例如：传感器1无线热点“motor1”，用浏览器登录“192.168.4.1”将进入WEB网页界面。通过网页就能查看每一位电机的转向。界面显示车号、自检、互检人信息，具有试验数据自动记录下载功能。

三、无线检测装置的运用

1、把图1中的四个无线检测模块安装在牵引电机的传动轴上就能实时检测出电机的真实旋转方向。

2、通过平板电脑连接无线检测传感器。进行库内动车试验时，只需要让机车闸缸压力大于350kpa，方向向前（后）、将牵引手柄置牵引位，牵引力矩应在20KN～30KN范围内。此时平板电脑无线检测界面就能显示每一位牵引电机的旋转方向（如图3）。如果检测到牵引电机转向不一致则立即报警。

图3 牵引向前

四、结语

本文从实际问题出发 ，针对机车辆在做牵引电机转向检测试验时，要驾驶机车前后移动的落后试验方法。根据牵引电机传动原理研发智能工装设备，实现在机车静止的情况下就能同时检测所有牵引电机的旋转方向是否正确一致。整个试验只需要1个人操作10分钟。杜绝了因库内驾驶车辆移动带来的安全隐患，实现智能无线检测和智能化工装，有效的提高了生产效率和产品质量。在国家提倡智能制造生产的大环境下，为后续研发无线检测智能工装设备提供借鉴和参考。

作者简介：姓名：刘清，1987年，性别：男，民族:汉，藉贯：湖南省衡阳市，职位：电力机车试验员，中车首席专家，高级技师，研究方向轨道交通制造方向