本發(fā)明涉及鐵路車輛空氣制動機，更具體地說，涉及一種用于鐵路車輛的空氣制動機檢測裝置。

背景技術(shù)：

目前我國鐵路車輛制動裝置普遍采用空氣制動機。在編組列車中有一根貫通所有車輛的制動主管（也叫列車管），里面充滿壓縮空氣，空氣的壓力由機車（火車頭）控制。列車管內(nèi)的壓縮空氣通過每個車輛的截斷塞門輸送到控制閥或三通閥或分配閥（分屬于不同的車型，簡稱主閥），由后者進行壓縮空氣的控制、分配、壓力變換后，部分壓縮空氣從主閥輸送到空重車調(diào)整閥，經(jīng)過調(diào)整閥進行再次的壓力變換后送入制動缸，控制鞲鞴推桿的伸出和縮回，鞲鞴推桿連接著車輛的制動機執(zhí)行機構(gòu)，通過執(zhí)行機構(gòu)的傳動將制動力最終作用于車輪，產(chǎn)生制動、緩解等效果。圖1是現(xiàn)有鐵路車輛空氣制動機構(gòu)的原理簡圖。從以上的過程描述可以看出，列車車輛的制動缸的空氣壓力與作用于車輪的制動力大小有直接的對應(yīng)關(guān)系，而截斷塞門后面控制支管的空氣壓力、副風缸的空氣壓力、制動上游的空氣壓力（即主閥與調(diào)整閥之間的空氣壓力），都與制動缸的空氣壓力有關(guān)聯(lián)關(guān)系，屬于關(guān)鍵位置的壓力。在制動機工作正常的情況下，各個位置的壓力呈現(xiàn)出特定的對應(yīng)關(guān)系，反過來說，如果這個特定的對應(yīng)關(guān)系被破壞，則可以判定制動機性能異常，并可進一步判斷故障發(fā)生的位置。

實際的列車空氣制動機構(gòu)是由很多組件經(jīng)過各種管路連接在一起，當然比圖1給出的示意圖的結(jié)構(gòu)復(fù)雜得多，任何一個位置發(fā)生管道漏泄或零部件損壞，都可能會破壞各個位置的壓力的對應(yīng)關(guān)系。作為保障列車運行安全的部件，空氣制動機構(gòu)的性能監(jiān)測重要性很高。在現(xiàn)有技術(shù)中，通常實際應(yīng)用中的方案是在列車的最后一節(jié)車輛上安裝一個“列尾風表”，實時監(jiān)測貫通全列的制動主管內(nèi)的壓力。但是，這種方案無法檢測每個車輛制動機的狀態(tài)，是一種比較粗略的整體性檢測。也有一種直接檢測每個車輛制動缸內(nèi)空氣壓力的方案，該方案在安裝“列尾風表”的基礎(chǔ)上，還在每個車輛的制動缸測試孔上安裝一個壓力監(jiān)測裝置，實時采集和存儲制動缸內(nèi)的空氣壓力。因為制動缸內(nèi)的壓力直接決定了車輛的制動力，所以后面這種方案可以達到直接檢測車輛制動性能的目的。但是，這個方案也有不足之處，對于每個車輛來講，因為只有一個檢測點---制動缸內(nèi)壓力（即最終作用于鞲鞴推桿的空氣壓力），不能檢測空氣制動機其他部分的壓力，無法得到較為完整的空氣制動機整體性能，也無法對性能不良的制動機進行故障原因分析和故障位置定位。因此，在現(xiàn)有技術(shù)中，不能在車輛出現(xiàn)制動不良的情況下進行故障原因分析和故障位置定位。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述不能進行故障原因分析和故障位置定位的缺陷，提供一種可以進行故障原因分析和故障位置定位的一種用于鐵路車輛的空氣制動機檢測裝置。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：構(gòu)造一種用于鐵路車輛的空氣制動機檢測裝置，包括設(shè)置在空氣制動機上多個不同位置上的壓力采集單元和與所述壓力采集單元連接的通信單元組成，所述通信單元通過總線分別與多個所述壓力采集單元連接，接收所述多個壓力采集單元采集的壓力數(shù)據(jù)，將其存儲在存儲器中，在設(shè)定時刻將得到的壓力數(shù)據(jù)通過無線傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送出去。

更進一步地，所述多個壓力采集單元分別采集所述空氣制動機的控制支管、副風缸、制動缸上游（即主閥和調(diào)整閥之間）和制動缸下游（即制動缸內(nèi)部）的空氣壓力值，并傳輸?shù)剿鐾ㄐ艈卧?/p>

更進一步地，所述壓力采集單元包括控制器、壓力傳感器和總線接口；所述壓力傳感器通過控制器的SPI總線連接在所述控制器上，取得該壓力傳感器所在位置的壓力值并傳輸?shù)娇刂破魃?；所述控制器通過所述總線接口將取得的壓力值傳輸?shù)剿鐾ㄐ艈卧?/p>

更進一步地，所述壓力傳感器通過設(shè)置在所述空氣制動機設(shè)定位置上的主閥壓力導(dǎo)出板或調(diào)整閥壓力導(dǎo)出板上的測試孔取得設(shè)定位置上的空氣壓力數(shù)據(jù)，并傳送到其連接的控制器。

更進一步地，所述壓力傳感器安裝在電路板上，所述電路板安裝在中空的橡膠密封柱的一端，并封閉該端，所述橡膠密封柱的另一端安裝在所述主閥壓力導(dǎo)出板或調(diào)整閥壓力導(dǎo)出板的外表面，并包圍設(shè)置在其上的測試孔，形成一密閉空間，使得壓縮空氣由所述測試孔導(dǎo)出并被封閉在所述密閉空間內(nèi)，所述壓力傳感器的感應(yīng)面位于所述密閉空間內(nèi)。

更進一步地，所述壓力采集單元包括第一壓力采集單元和第二壓力采集單元，所述第一壓力采集單元包括三個連接在其SPI總線上的壓力傳感器；所述第二壓力采集單元包括一個連接在其SPI總線上的壓力傳感器；所述第一壓力采集單元、第二壓力采集單元和通信單元通過串行總線連接在一起并進行數(shù)據(jù)交互；所述第一壓力采集單元、第二壓力采集單元和通信單元還通過各自的控制器的輸入輸出端口相互連接，所述相互連接的輸入輸出端口用于傳輸所述串行通信總線的占用狀態(tài)，以及由第一壓力采集單元向第二壓力采集單元和通信單元傳輸同步脈沖信號。

更進一步地，所述第一壓力采集單元的三個傳感器分別設(shè)置在所述空氣制動機的控制支管、副風缸和制動缸上游的預(yù)設(shè)位置上，分別采集控制支管壓力值、副風缸壓力值和制動缸上游壓力值并通過同一個SPI總線傳輸?shù)狡淇刂破鳌?/p>

更進一步地，所述第一壓力采集單元的三個傳感器分別由設(shè)置在所述主閥壓力導(dǎo)出板的三個測試孔取得控制支管壓力值、副風缸壓力值和制動缸上游壓力值；所述第二壓力采集單元由設(shè)置在所述調(diào)整閥壓力導(dǎo)出板上的測試孔取得制動缸下游的空氣壓力值。

更進一步地，所述通信單元包括通信控制器、射頻載波檢測模塊、射頻收發(fā)模塊、存儲模塊、串行通信接口模塊、天線和電源；所述存儲模塊連接在所述通信控制器上，存儲通過所述串行通信接口模塊傳輸?shù)剿鐾ㄐ趴刂破鞯臄?shù)據(jù)輸入端的傳感器數(shù)據(jù)；所述射頻收發(fā)模塊連接在所述通信控制器的數(shù)據(jù)輸出端和天線之間，所述射頻載波檢測模塊電連接于所述天線和所述通信控制器的射頻檢測輸入端之間；所述電源為所述通訊單元、所述第一壓力采集單元和第二壓力采集單元供電。

更進一步地，所述射頻收發(fā)模塊連接在所述通信控制器的SPI總線端口上，所述射頻載波檢測模塊由所述天線上耦合得到射頻信號，并輸出檢測結(jié)果到所述通信控制器的一個I/O端口上。

實施本發(fā)明的一種用于鐵路車輛的空氣制動機檢測裝置，具有以下有益效果：由于在列車車輛的空氣制動機構(gòu)的多個位置上設(shè)置有壓力傳感器，并將這些壓力傳感器取得數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵ㄐ艈卧⒋鎯Γ诹熊囓囕v通過設(shè)置在鐵路邊的數(shù)據(jù)讀取設(shè)備時，通過通信單元將其使用無線傳輸?shù)姆绞絺鞒?，使得接收到這些數(shù)據(jù)的設(shè)備能夠分析這些壓力數(shù)據(jù)，并通過比較這些壓力數(shù)據(jù)之間的數(shù)值關(guān)系，發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的制動不良的原因及出現(xiàn)故障的部位，所以，其可以進行故障原因分析和故障位置定位。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中列車車輛的空氣制動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明一種用于鐵路車輛的空氣制動機檢測裝置實施例中采集壓力的位置示意圖；

圖3是所述實施例中鐵路車輛的空氣制動機檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是所述實施例中第一壓力采集單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是所述實施例中第二壓力采集單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是所述實施例中通信單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7是所述實施例中壓力導(dǎo)出板、橡膠密封柱的結(jié)構(gòu)圖以及與傳感器的位置關(guān)系示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例作進一步說明。

如圖2、3所示，在本發(fā)明的一種鐵路車輛的空氣制動機檢測裝置實施例中，該檢測裝置，包括設(shè)置在所述空氣制動機構(gòu)上多個（在本實施例中以，以兩個壓力采集單元為例進行說明）個不同位置上的壓力采集單元和與多個（在本實施例中以，以兩個壓力采集單元為例進行說明）所述壓力采集單元連接的通信單元，所述通信單元通過總線分別與多個所述壓力采集單元連接，接收所述多個壓力采集單元采集的壓力數(shù)據(jù)，將其存儲在存儲器中，在設(shè)定時刻將得到的壓力數(shù)據(jù)通過無線傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送出去。換句話說，在本實施例中，該空氣制動裝置是在現(xiàn)有的鐵路車輛的空氣制動機構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過對該車輛的空氣制動機構(gòu)上多個位置的壓力采集，得到多個壓力值，并將這些采集到的壓力值傳輸?shù)酵ㄐ艈卧M行存儲，在該車輛經(jīng)過設(shè)定的位置時，上述通信單元被激發(fā)，將其存儲的上述壓力數(shù)值通過無線的方式發(fā)送到事先設(shè)置在鐵路邊上的數(shù)據(jù)讀取設(shè)備。上述空氣制動機構(gòu)上的多個采集壓力值的位置是根據(jù)該車輛的空氣制動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)事先設(shè)定的，能夠全面地體現(xiàn)該鐵路車輛的空氣制動機構(gòu)的狀態(tài)，在空氣制動機構(gòu)的該種結(jié)構(gòu)之下，通過這些位置上的空氣壓力值以及比較這些壓力值之間的大小關(guān)系，就能夠判斷當前該車輛的空氣自動機構(gòu)是否存在問題以及在存在問題時，能夠分析指出問題所在，為車輛的維修和保養(yǎng)提供一個參考。總之，上述采集空氣壓力值的點決定了采集到的空氣壓力值能夠用于判斷該空氣制動機構(gòu)的狀態(tài)及其出現(xiàn)故障的位置。

請參見圖2，在本實施例中，設(shè)置兩個壓力采集單元分別采集空氣制動機構(gòu)上的控制支管、副風缸、制動缸上游和制動缸下游的空氣壓力值，并傳輸?shù)剿鐾ㄐ艈卧?。即采集圖2中的標記為A、C、D、E這幾個位置上的空氣壓力值，在圖2中，A點所在位置的空氣壓力，是調(diào)整閥輸出到制動缸的壓力或制動缸內(nèi)部的壓力，稱為制動缸下游壓力，可以由調(diào)整閥上的壓力導(dǎo)出板導(dǎo)出；C點所在位置的空氣壓力，是三通閥、控制閥或分配閥輸出給調(diào)整閥的壓力，稱為制動缸上游壓力；D點所在位置的空氣壓力，即三通閥、控制閥或分配閥輸出給副風缸的壓力或副風缸內(nèi)部的壓力，稱為副風缸壓力；E點所在位置的空氣壓力，即截斷塞門與三通閥、控制閥或分配閥之間氣管內(nèi)的壓力，稱為控制支管壓力。C、D、E點的壓力，可以由主閥上的壓力導(dǎo)出板導(dǎo)出。如果制動機性能異常，通過對這四個位置的壓力之間的相互關(guān)系進行分析判斷，可以推測出故障發(fā)生的原因和發(fā)生的位置，從而為檢修帶來很大的便利。

在本實施例中，一個壓力采集單元包括控制器、壓力傳感器和總線接口；所述壓力傳感器通過控制器的SPI總線連接在所述控制器上，取得該壓力傳感器所在位置的壓力值并傳輸?shù)娇刂破魃?；所述控制器通過所述總線接口將取得的壓力值傳輸?shù)剿鐾ㄐ艈卧?。而所述壓力傳感器通過設(shè)置在空氣制動機主閥、調(diào)整閥上的壓力導(dǎo)出板的測試孔，取得該設(shè)定位置上的空氣壓力數(shù)據(jù)，并傳送到其連接的控制器。在本實施例，一個壓力傳感器是通過設(shè)置在所述空氣制動機設(shè)定位置上的主閥壓力導(dǎo)出板或調(diào)整閥壓力導(dǎo)出板上的測試孔取得設(shè)定位置上的空氣壓力數(shù)據(jù)，并傳送到其連接的控制器的。具體的結(jié)構(gòu)請參見圖7，在圖7中，壓力傳感器71安裝在電路板72上，而電路板72安裝在中空的橡膠密封柱73的一端，并封閉該端，所述橡膠密封柱73的另一端安裝在所述主閥壓力導(dǎo)出板或調(diào)整閥壓力導(dǎo)出板（圖7中統(tǒng)一視為壓力導(dǎo)出板74）的外表面75，并包圍設(shè)置在其上的測試孔77，形成一密閉空間，使得壓縮空氣由所述測試孔77導(dǎo)出并被封閉在所述密閉空間內(nèi)，所述壓力傳感器的感應(yīng)面位于所述密閉空間內(nèi)。在本實施例中，圖7中的壓力導(dǎo)出板74可以是主閥壓力導(dǎo)出板，也可以是調(diào)整閥壓力導(dǎo)出板，主閥壓力導(dǎo)出板和調(diào)整閥壓力導(dǎo)出板的結(jié)構(gòu)相似，只是其安裝位置不同以及上面設(shè)置的測試孔77的數(shù)量不同。

更具體地，在本實施例中，請參見圖3、圖4和圖5，所述壓力采集單元包括第一壓力采集單元和第二壓力采集單元，所述第一壓力采集單元包括三個連接在其SPI總線上的壓力傳感器；所述第二壓力采集單元包括一個連接在其SPI總線上的壓力傳感器；所述第一壓力采集單元、第二壓力采集單元和通信單元通過串行總線連接在一起并進行數(shù)據(jù)交互。其中，所述第一壓力采集單元、第二壓力采集單元和通信單元還通過各自的控制器的輸入輸出端口相互連接，所述相互連接的輸入輸出端口用于傳輸所述串行通信總線的占用狀態(tài)，以及由第一壓力采集單元向第二壓力采集單元和通信單元傳輸同步脈沖信號。

在本實施例中，所述第一壓力采集單元的三個傳感器分別對應(yīng)聯(lián)通空氣制動機主閥壓力導(dǎo)出板的三個測試孔，分別采集控制支管壓力值、副風缸壓力值和制動缸上游壓力值并通過同一個SPI總線傳輸?shù)狡淇刂破?。第二壓力采集單元的一個傳感器設(shè)置在所述空氣制動機構(gòu)的調(diào)整閥壓力導(dǎo)出板的預(yù)設(shè)位置上，采集制動缸下游壓力值并通過一個SPI總線傳輸?shù)狡淇刂破?。值得一提的是，在本實施例中的另外一些情況下，如果選擇的壓力測量點不同或由于空氣制動機的結(jié)構(gòu)不同，上述第一壓力采集單元和第二壓力采集單元上連接的壓力傳感器的數(shù)量也是可以改變的。

請參見圖6，在本實施例中所述通信單元包括通信控制器、射頻載波檢測模塊、射頻收發(fā)模塊、存儲模塊、串行通信接口模塊、天線和電源；所述存儲模塊連接在所述通信控制器上，存儲通過所述串行通信接口模塊傳輸?shù)剿鐾ㄐ趴刂破鞯臄?shù)據(jù)輸入端的傳感器數(shù)據(jù)；所述射頻收發(fā)模塊連接在所述通信控制器的數(shù)據(jù)輸出端和天線之間，所述射頻載波檢測模塊電連接于所述天線和所述通信控制器的射頻檢測輸入端之間；所述電源為所述通訊單元、所述第一壓力采集單元和第二壓力采集單元供電。所述射頻收發(fā)模塊連接在所述通信控制器的SPI總線端口上，所述射頻載波檢測模塊由所述天線上耦合得到射頻信號，并輸出檢測結(jié)果到所述通信控制器的一個I/O端口上。

總之，在本實施例中，該鐵路車輛的空氣制動裝置由該車輛的空氣制動機構(gòu)以及和該空氣制動機構(gòu)連接的一個通信單元、兩個壓力采集單元和電池組成。壓力采集單元負責采集該空氣制動機構(gòu)多個（四個）位置的空氣壓力數(shù)據(jù)，通信單元負責通過有線通信的方式從上述壓力采集單元取得這些壓力數(shù)據(jù)并通過無線通信的方式發(fā)送出去。上述各單元都是由一塊電路板（PCBA）和外殼組成。三個單元之間通過RS485總線和I/O線互相連接，組成一個整體。電池直接連接到通信單元，通信單元提供電源給兩個壓力采集單元。

通信單元包括通信控制器、存儲器、RS485接口、電源、射頻收發(fā)模塊、射頻載波檢測模塊和天線。其中，通信控制器和存儲器通過SPI總線連接，通信控制器（MCU）通過SPI總線對存儲器實現(xiàn)讀取和寫入操作；通信控制器和RS485接口通過通用串行總線連接，當對外發(fā)送數(shù)據(jù)時，通信控制器（MCU）串行發(fā)送引腳（TXD）發(fā)送的單端電平信號通過RS485接口電路轉(zhuǎn)換為符合RS485通信規(guī)范的差分電信號。當接收外部發(fā)來的數(shù)據(jù)信號時，外部電路發(fā)來的符合RS485通信規(guī)范的差分電信號通過RS485接口電路轉(zhuǎn)換為單端電平信號輸入MCU的串行接收引腳(RXD)；通信控制器和射頻收發(fā)模塊通過SPI總線連接，通信控制器的微控制器的SPI引腳連接到射頻收發(fā)模塊的射頻收發(fā)芯片。射頻收發(fā)模塊包括一片射頻收發(fā)芯片及其外圍電路，以及帶通濾波器、耦合器、射頻開關(guān)、射頻前端芯片和平衡不平衡轉(zhuǎn)換器(balun)組成；射頻載波檢測模塊包括一個運算放大器、檢波電路和與射頻收發(fā)模塊共用的耦合器。其運算放大器的輸出連接到通信控制器的微控制器I/O引腳。

通信控制器通過RS485接口的RS485總線與三路壓力采集單元和單路壓力采集單元進行串行通信，從采集單元取得其采集的各種壓力數(shù)據(jù)，然后存儲在存儲器種。

當射頻載波檢測模塊檢測到符合要求的射頻信號時輸出一個電平跳變信號給通信控制器的MCU，后者將存儲器中存儲的壓力數(shù)據(jù)輸出到射頻收發(fā)模塊，進一步由天線發(fā)射到空中。

在本實施例中，一個壓力采集單元包括控制器（MCU）、RS485接口芯片、石英晶體振蕩器、溫補晶體振蕩器以及三個壓力傳感器。MCU的串行接收、發(fā)送引腳連接到RS485接口芯片上，三個壓力傳感器與MCU通過SPI總線連接。石英晶體振蕩器和溫補晶體振蕩器的輸出連接到MCU的頻率輸入引腳上。該微控制器從兩個振蕩器取得頻率源，產(chǎn)生定時，按照特定的間隔時間，依次輪流通過SPI總線控制三個壓力傳感器進行壓力采樣和讀取結(jié)果。讀取的壓力數(shù)據(jù)緩存在MCU的內(nèi)存中，在合適的時機通過RS485接口芯片發(fā)送到RS485總線上。

而在本實施例中的另外一個壓力采集單元包括微控制器（MCU）、RS485接口芯片、石英晶體振蕩器以及1個壓力傳感器。MCU的串行接收、發(fā)送引腳連接到RS485接口芯片上，壓力傳感器與MCU通過SPI總線連接。石英晶體振蕩器的輸出連接到MCU的頻率輸入引腳上。該微控制器從振蕩器取得頻率源，產(chǎn)生定時，按照特定的間隔時間，通過SPI總線控制壓力傳感器進行壓力采樣和讀取結(jié)果。讀取的壓力數(shù)據(jù)緩存在MCU的內(nèi)存中，在合適的時機通過RS485接口芯片發(fā)送到RS485總線上。

以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準。