一种轮缘润滑装置的控制方法及控制系统
阅读说明：本技术 一种轮缘润滑装置的控制方法及控制系统 (Control method and control system of rim lubricating device ) 是由 邵安仓 杨进权 李昌健 于 2021-08-02 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种轮缘润滑装置的控制方法及控制系统。所述控制系统包括电源模块、MCU模块、用于接收外部信号的输入模块、用于将所述MCU模块的控制信号转换为功率输出以喷润滑剂的输出模块、倾角传感器模块；所述倾角传感器模块,使用的坐标系为东北天坐标系,采集Z-Y-X坐标的角度、加速度信息；所述MCU模块通过所述倾角传感器模块获取机车角度、加速度信息参数进行运算解析；运算处理和逻辑判断,将获取的加速度值、角度值与加速度阈值和角度阈值作比较,来确定是否定时喷脂或者强制喷脂；该控制方法及控制系统实施采集机车的数据,根据机车运行的工况来润滑轮缘,增强了轮缘在机车上运行的稳定状态,有效减少轮缘损耗,延长器使用寿命。(The invention discloses a control method and a control system of a rim lubricating device. The control system comprises a power supply module, an MCU module, an input module for receiving external signals, an output module for converting control signals of the MCU module into power to be output so as to spray lubricant, and an inclination angle sensor module; the tilt angle sensor module uses a coordinate system of a northeast sky coordinate system and collects angle and acceleration information of Z-Y-X coordinates; the MCU module acquires the locomotive angle and acceleration information parameters through the tilt angle sensor module to perform operation analysis; performing operation processing and logic judgment, and comparing the acquired acceleration value and angle value with an acceleration threshold and an angle threshold to determine whether to perform timing grease spraying or forced grease spraying; the control method and the control system are used for acquiring data of the locomotive, lubricating the wheel rim according to the operating condition of the locomotive, enhancing the stable state of the wheel rim operating on the locomotive, effectively reducing the loss of the wheel rim and prolonging the service life of the device.)
技术领域
本发明涉及机车领域，具体涉及一种轮缘润滑装置的控制方法及控制系统。
背景技术
轨道交通车辆在运行过程中，车轮的轮缘会与轨道的侧面产生摩擦与接触，不仅会形成一定的阻力，还会使轨道与轮缘受到磨耗，特别是轨道车辆在曲线段运行时，这一问题更加明显。
在实际使用过程中，发明人发现车轮轮缘磨耗主要发生在线路小曲线半径处。通常情况下，曲线半径越小，转向架与轨道的冲角越大，车轮对钢轨的冲击也就越大，因而车轮轮缘磨损剧烈。当轮对运行到曲线区段时，轮对受到离心力作用，一侧车轮轮缘紧靠外轨，加剧单侧轮缘磨损；随着轮缘厚度的减少，使得轮轨间横向游隙增加，导致轮缘异常磨耗加剧。
轮缘润滑能够使车轮和轮缘的磨损情况得到减轻。轮缘润滑，摩擦系数减小，降低了出轨的危险系数，轮缘润滑后能耗也得到降低，尤其是对于客运列车而言，消除了车轮尖叫声从而提高了乘坐者的舒适度。
而如何在轮轨车辆的运行过程中对轮缘进行润滑，尤其是曲线段运行时的轮缘的润滑，确保轮缘的稳定状态，有效减少损耗，延长轮缘的使用寿命，从而进一步提高轨道交通车辆运行的稳定性是亟需解决的问题。
发明内容
为解决现有技术存在的不足，本发明提供了一种轮缘润滑装置的控制方法及控制系统。
本发明的技术方案为：
本发明提供了一种轮缘润滑装置的控制方法，该控制方法包括以下步骤：
S1：判断机车启动信号，当检测到机车启动信号，则控制系统进入调试控制模式，通过对机车的调试来设置加速度阈值、角度阈值，确定弯道润滑时间T1、直线润滑时间T2、弯道间歇时间N1、直线间歇时间N2；
S2：采样弯道检测数据，判断机车运行姿态，计算出机车加速度值和角度值，与步骤S1的加速度阈值、角度阈值作比较；
S3：如果当加速度值<加速度阈值，且角度值<角度阈值时，确定机车处于直线运行工况；当加速度值≥加速度阈值，和/或角度值≥角度阈值时，确定机车处于弯道运行工况；
所述加速度值计算公式：
ax＝((AxH＜＜8)|AxL)/32768×16g；
ay＝((AyH＜＜8)|AyL)/32768×16g；
az＝((AzH＜＜8)|AzL)/32768×16g；
其中，g——重力加速度，可取9.8m/s2；
|——是运算符；
＜＜——移位；
ax——X轴加速度值；
ay——Y轴加速度值；
az——Z轴加速度值；
AxH——X轴加速度值的高8位；
AxL——X轴加速度值的低8位；
AyH——Y轴加速度值的高8位；
AyL——Y轴加速度值的低8位；
AzH——Z轴加速度值的高8位；
AzL——Z轴加速度值的低8位；
所述角度值计算公式：
bx＝((BxH<<8)|BxL)/32768×180；
by＝((ByH<<8)|ByL)/32768×180；
bz＝((BzH<<8)|BzL)/32768×180；
其中，bx——X轴角度值；
by——Y轴角度值；
bz——Z轴角度值；
BxH——X轴角度值的高8位；
BxL——X轴角度值的低8位；
ByH——Y轴角度值的高8位；
ByL——Y轴角度值的低8位；
BzH——Z轴角度值的高8位；
BzL——Z轴角度值的低8位；
|——是运算符；
＜＜——移位；
S4：当系统为弯道运行工况时，控制系统进入弯道喷脂控制模式，润滑T1间歇N1；同时监控弯道运行工况的保持时间，防止喷脂过量；
当系统为直线运行工况时，控制系统进入直线喷脂控制模式，润滑T2间歇N2；
其中，弯道润滑时间T1、直线润滑时间T2、弯道间歇时间N1、直线间歇时间N2可以根据具体的轨道路线和环境因素设置。
相应的，本发明还提供了一种轮缘润滑装置控制系统，该控制系统包括电源模块、输入模块、输出模块、倾角传感器模块及MCU模块；
所述输入模块,与所述MCU模块相连，用于接收外部信号，所述外部信号包括但不限于：机车启动开关信号、调试开关信号、指令、参数设定；
所述输出模块，与所述MCU模块相连，用于将所述MCU模块的控制信号转换为功率输出以喷润滑剂；所述输出模块包括人机界面，显示当前工作模式与状态；
所述倾角传感器模块，所使用的坐标系为东北天坐标系，用于采集Z-Y-X坐标的角度、加速度信息；所述倾角传感器模块与所述MCU模块相连，所述MCU模块通过所述倾角传感器模块获取机车角度、加速度信息参数进行运算解析；
所述MCU模块,与所述输入模块、所述输出模块、所述倾角传感器模块相连，基于所述输入模块的外部信号和所述倾角传感器模块的数字信号进行运算处理和逻辑判断，最终将控制信号发送给输出模块；
所述MCU模块包括定时器单元、记忆单元、输入采集单元、运算单元、比较单元、判断单元、以及控制输出单元；
所述定时器单元，包括对润滑时间和间歇时间的计时；
所述记忆单元，用于存储设置参数；
所述输入采集单元，用于采集所述倾角传感器模块的机车姿态角度和加速度信息；
所述运算单元，用于根据所述输入采集单元的数据信息运算得到加速度值和角度值：
所述加速度值计算公式：
ax＝((AxH＜＜8)|AxL)/32768×16g；
ay＝((AyH＜＜8)|AyL)/32768×16g；
az＝((AzH＜＜8)|AzL)/32768×16g；
其中，g——重力加速度，可取9.8m/s2；
|——是运算符；
＜＜——移位；
ax——X轴加速度值；
ay——Y轴加速度值；
az——Z轴加速度值；
AxH——X轴加速度值的高8位；
AxL——X轴加速度值的低8位；
AyH——Y轴加速度值的高8位；
AyL——Y轴加速度值的低8位；
AzH——Z轴加速度值的高8位；
AzL——Z轴加速度值的低8位；
所述角度值计算公式：
bx＝((BxH<<8)|BxL)/32768×180；
by＝((ByH<<8)|ByL)/32768×180；
bz＝((BzH<<8)|BzL)/32768×180；
其中，bx——X轴角度值；
by——Y轴角度值；
bz——Z轴角度值；
BxH——X轴角度值的高8位；
BxL——X轴角度值的低8位；
ByH——Y轴角度值的高8位；
ByL——Y轴角度值的低8位；
BzH——Z轴角度值的高8位；
BzL——Z轴角度值的低8位；
|——是运算符；
＜＜——移位；
所述比较单元，其设置有加速度阈值和角度阈值，用于将接收到的加速度值和角度值进行比较；
所述判断单元，用于根据所述比较单元的比较结果，确定机车所述的运行工况；
所述控制输出单元，用于根据所述判断单元确定的机车所述的运行工况来产生是否喷润滑剂的控制信号。
进一步地，所述控制系统的控制模式包括调试控制模式，直线喷脂控制模式，弯道喷脂控制模式；
所述调试控制模式，确定润滑时间和间歇时间；针对不同的机车和运行环境进行调试，从而确定加速度阈值和角度阈值；
直线喷脂控制模式，设置在调试控制模式之后，用于计时润滑，控制直线润滑时间和直线间歇时间；
弯道喷脂控制模式，设置在调试控制模式之后，强制润滑，控制弯道润滑时间和弯道间歇时间。
进一步地，所述输入模块采用光电耦合芯片。
进一步地，所述MCU模块选用32位ARM处理芯片。
进一步地，所述电源模块连接40VDC-160VDC宽电压输入。
进一步地，所述运行工况包括直线运行工况，弯道运行工况。
进一步地，所述判断单元通过以下方式确定运行工况：
当加速度值<设置加速度阈值，且角度值<设置角度阈值时，确定机车处于直线运行工况；
当加速度值≥设置加速度阈值，和/或角度值≥设置角度阈值时，确定机车处于弯道运行工况。
本发明实施例所达到的有益效果为：
本发明实施例的控制系统及控制方法采用定时模式与弯道模式叠加应用，利用控制系统中的倾角传感器模块实时获取机车角度、加速度信息，并与控制系统设置的角度阈值和加速度阈值做对比并做出判断，使得控制系统能够准确的判断机车运行工况是直线运行工况还是弯道运行工况，根据不同的工况有针对性的控制润滑时间和间歇时间，使得轮缘的润滑剂在机车直线运行工况时不会过渡给润滑剂，在机车弯道运行工况时不会少给润滑剂，保证了轮缘润滑装置给出的润滑剂始终处于合适的润滑量，增强了轮缘在机车上运行的稳定状态，有效减少轮缘损耗，延长轮缘的使用寿命。
附图说明
图1是本发明一实施例的轮缘润滑装置的控制系统线框示意图。
图2是本发明一实施例的轮缘润滑装置的控制方法流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当组件被称为“装设于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1所示，本发明提供了一种轮缘润滑装置的控制系统，该控制系统包括电源模块、输入模块、输出模块、倾角传感器模块及MCU模块。
各模块功能如下：
电源模块：与与MCU模块相连；连接40VDC-160VDC宽电压输入，通过滤波、整流等措施，对输入的110V直流电源进行处理，以防止电极接反、过压、电压波动、浪涌冲击等对控制系统造成不利影响。经过对110V直流电源DC-DC转换，一路转换为执行系统的驱动源需要的DC24V电源，另一路转换为控制系统需要的DC3.3V直流电源。
输入模块：与所述MCU模块相连，用于接收外部信号，所述外部信号包括但不限于：机车启动开关信号、调试开关信号、指令、参数设定。输入模块可以采用光电耦合芯片，有效解决高低压隔离。
参数设定包括但不限于加速度阈值、角度阈值、弯道润滑时间T1、直线润滑时间T2、弯道间歇时间N1、直线间歇时间N2。
输出模块：与MCU模块相连，用于将MCU模块的控制信号转换为功率输出以喷润滑剂。该输出模块包括人机界面，可以显示当前工作模式与状态。
倾角传感器模块：所使用的坐标系为东北天坐标系，用于采集Z-Y-X坐标的角度、加速度信息。该倾角传感器模块与MCU模块相连，MCU模块通过倾角传感器模块获取机车角度、加速度信息参数进行运算解析。
MCU模块：与输入模块、输出模块、倾角传感器模块相连，基于输入模块的外部信号和倾角传感器模块的数字信号进行运算处理和逻辑判断，最终将控制信号发送给输出模块。
MCU模块选用32位ARM处理芯片。
MCU模块通过输入采集单元采集信号和数据，运算出当前的机车姿态角度和加速度，对比角度阈值和加速度阈值，判断当前机车的运行工况是直线运行工况还是弯道运行工况，对相应的运行工况进行相应的输出控制。
该MCU模块包括定时器单元、记忆单元、输入采集单元、运算单元、比较单元、判断单元、以及控制输出单元。
定时器单元，包括对润滑时间和间歇时间的计时。
记忆单元，储存加速度阈值、角度阈值、弯道润滑时间T1、直线润滑时间T2、弯道间歇时间N1、直线间歇时间N2等参数。
输入采集单元，用于采集倾角传感器模块的机车姿态角度和加速度信息。
运算单元，用于根据输入采集单元的数据信息运算得到加速度值和角度值：
加速度值计算公式：
ax＝((AxH＜＜8)|AxL)/32768×16g；
ay＝((AyH＜＜8)|AyL)/32768×16g；
az＝((AzH＜＜8)|AzL)/32768×16g；
其中，g——重力加速度，可取9.8m/s2；
|——是运算符；
＜＜——移位；
ax——X轴加速度值；
ay——Y轴加速度值；
az——Z轴加速度值；
AxH——X轴加速度值的高8位；
AxL——X轴加速度值的低8位；
AyH——Y轴加速度值的高8位；
AyL——Y轴加速度值的低8位；
AzH——Z轴加速度值的高8位；
AzL——Z轴加速度值的低8位；
角度值计算公式：
bx＝((BxH<<8)|BxL)/32768×180；
by＝((ByH<<8)|ByL)/32768×180；
bz＝((BzH<<8)|BzL)/32768×180；
其中，bx——X轴角度值；
by——Y轴角度值；
bz——Z轴角度值；
BxH——X轴角度值的高8位；
BxL——X轴角度值的低8位；
ByH——Y轴角度值的高8位；
ByL——Y轴角度值的低8位；
BzH——Z轴角度值的高8位；
BzL——Z轴角度值的低8位；
|——是运算符；
＜＜——移位。
比较单元，其设置有加速度阈值和角度阈值，用于将接收到的加速度值和角度值进行比较；
判断单元，用于根据所述比较单元的比较结果，确定机车所述的运行工况。
控制输出单元，用于根据判断单元确定的机车所述的运行工况来产生是否喷润滑剂的控制信号。
具体来说，运行工况包括直线运行工况，弯道运行工况。直线运行工况指的是机车为直线行驶状态，弯道运行工况指的是机车为弯道行驶状态。
判断单元通过以下方式确定运行工况：当加速度值<设置加速度阈值，且角度值<设置角度阈值时，确定机车处于直线运行工况；当加速度值≥设置加速度阈值，和/或角度值≥设置角度阈值时，确定机车处于弯道运行工况。
控制系统的控制模式包括调试控制模式，直线喷脂控制模式，弯道喷脂控制模式。
调试控制模式，确定润滑时间和间歇时间；针对不同的机车和运行环境进行调试，从而确定加速度阈值和角度阈值。
直线喷脂控制模式，设置在调试控制模式之后，用于计时润滑，控制直线润滑时间和直线间歇时间。
弯道喷脂控制模式，设置在调试控制模式之后，强制润滑，控制弯道润滑时间和弯道间歇时间。
通过人机界面设置参数，设置的参数可以包括：
1、调试控制模式：润滑时间、间歇时间；弯道检测时的角度阈值、角加速度阈值；
2、直线喷脂控制模式：润滑时间、间歇时间；
3、弯道喷脂控制模式：润滑时间、间歇时间；
4、倾角传感器过报警时间；
5、倾角传感器缺报警时间；
其中，倾角传感器过报警时间与倾角传感器缺报警时间是监控传感器是否出现故障。
当控制系统一直处于弯道喷脂控制模式，时间超过了设定的倾角传感器过报警时间，系统输出传感器故障信号；具体的，该实施例中，倾角传感器过报警时间初始时间设置为1200s。
当控制系统一直处于直线喷脂控制模式，时间超过了设定的倾角传感器缺报警时间，系统输出倾角传感器故障信号；具体的，该实施例中，倾角传感器缺报警时间初始时间设置为1800s。
当倾角传感器出现故障后，控制系统只执行直线喷脂控制模式。
如图2所示，本发明实施例还提供了一种轮缘润滑装置的控制方法，包括
以下步骤：
S1：判断机车启动信号，当检测到机车启动信号，则控制系统进入调试控制模式，通过对机车的调试来设置加速度阈值、角度阈值，确定弯道润滑时间T1、直线润滑时间T2、弯道间歇时间N1、直线间歇时间N2。
其中，步骤S1所述的机车启动信号来自机车主控室，机车在运行速度达到15km/h，输出一个开关信号给润滑系统。润滑系统开始工作。
S2：采样弯道检测数据，判断机车运行姿态，计算出机车加速度值和角度值，与步骤S1的加速度阈值、角度阈值作比较。
其中，步骤S2的采集弯道检测数据，通过数字信号与MUC通讯。
S3：如果当加速度值<加速度阈值，且角度值<角度阈值时，确定机车处于直线运行工况；当加速度值≥加速度阈值，和/或角度值≥角度阈值时，确定机车处于弯道运行工况；
所述加速度值计算公式：
ax＝((AxH＜＜8)|AxL)/32768×16g；
ay＝((AyH＜＜8)|AyL)/32768×16g；
az＝((AzH＜＜8)|AzL)/32768×16g；
其中，g——重力加速度，可取9.8m/s2；
|——是运算符；
＜＜——移位；
ax——X轴加速度值；
ay——Y轴加速度值；
az——Z轴加速度值；
AxH——X轴加速度值的高8位；
AxL——X轴加速度值的低8位；
AyH——Y轴加速度值的高8位；
AyL——Y轴加速度值的低8位；
AzH——Z轴加速度值的高8位；
AzL——Z轴加速度值的低8位；
所述角度值计算公式：
bx＝((BxH<<8)|BxL)/32768×180；
by＝((ByH<<8)|ByL)/32768×180；
bz＝((BzH<<8)|BzL)/32768×180；
其中，bx——X轴角度值；
by——Y轴角度值；
bz——Z轴角度值；
BxH——X轴角度值的高8位；
BxL——X轴角度值的低8位；
ByH——Y轴角度值的高8位；
ByL——Y轴角度值的低8位；
BzH——Z轴角度值的高8位；
BzL——Z轴角度值的低8位；
|——是运算符；
＜＜——移位。
S4：当系统为弯道运行工况时，控制系统进入弯道喷脂控制模式，润滑T1间歇N1；同时监控弯道运行工况的保持时间，防止喷脂过量；具体的，该实施例中，可以为润滑6s间歇3s。
当系统为直线运行工况时，控制系统进入直线喷脂控制模式，润滑T2间歇N2；具体的，该实施例中，可以为润滑6s间歇120s。
其中，弯道润滑时间T1、直线润滑时间T2、弯道间歇时间N1、直线间歇时间N2可以根据具体的轨道路线和环境因素设置。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。
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