铁路车辆及其转向架以及用于转向架的检测装置的制作方法

本发明涉及铁路车辆领域，具体地，涉及转向架和具有该转向架的铁路车辆，还涉及用于转向架的检测装置。

背景技术：

在相关技术中，铁路车辆运行状态监测在列车运行中的地位越来越重要。通过测量铁路车辆的车轮辐板的应力，可以推算出轮轨作用力，继而得出车轮脱轨系数、轮重减载率等铁路车辆运行安全性参数。

为了测量车轮辐板的应力，需要在车轴、车轮的轮毂、车轮的辐板上加工引线孔，通过该引线孔的线缆与安装于轴端的集流环相连接，通过集流环与外部的供电和数据处理系统连接，实现旋转部件和非旋转部件供电和数据的传输。然而，上述方案降低了车轮和车轴的强度，提高了车轮和车轴的制造成本。

而且，为了安装集流环，不仅需要特制轴端压盖和轴箱前盖，而且导致轴端检测设备(例如防滑器测速齿轮、接地装置等)都无法正常布置。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提出一种转向架和具有该转向架的铁路车辆以及用于转向架的检测装置。

根据本发明实施例的转向架包括：构架；车轴和车轮，所述车轴可旋转地设在所述构架上，所述车轮设在所述车轴上；轴箱和齿轮箱；第一线圈和第二线圈，所述第一线圈设在所述构架、所述轴箱和所述齿轮箱中的一者上，所述第二线圈设在所述车轴和所述车轮中的一者上，其中所述第二线圈与所述第一线圈耦合以便从所述第一线圈接收电能；应力检测器，所述应力检测器设在所述车轮上；数据采集器，所述数据采集器设在所述车轴和所述车轮中的一者上，所述数据采集器与所述第二线圈电连接，所述数据采集器与所述应力检测器相连；发射天线，所述发射天线设在所述车轴和所述车轮中的一者上，所述发射天线与所述第二线圈电连接，其中所述数据采集器与所述发射天线相连。

根据本发明实施例的转向架具有车轮和车轴的强度高、安全性高的优点，能够在基本无需对自身结构进行改造的情况下测量辐板的应力。

所述第二线圈设在所述车轮的轮毂的端面上，所述轴箱的第一侧面与所述轮毂的端面在所述车轴的轴向上相对，所述齿轮箱的第一侧面与所述轮毂的端面在所述车轴的轴向上相对，所述第一线圈设在所述轴箱的第一侧面和所述齿轮箱的第一侧面中的一者上。

所述应力检测器设在所述车轮的辐板上，所述数据采集器和所述发射天线设在所述第二线圈上。

所述第一线圈的绕线架为圆环状，所述第二线圈的绕线架为圆环状，所述第二线圈与所述第一线圈电磁感应耦合或电磁共振耦合。

所述转向架进一步包括安装架，所述安装架设在所述构架上，所述第一线圈设在所述安装架上，所述第二线圈设在所述车轴上，所述第一线圈与所述第二线圈在所述车轴的径向上相对。

所述第二线圈的绕线架为环状，所述第二线圈的绕线架套设在所述车轴上，所述第一线圈的绕线架为平板状；或者，所述第二线圈的绕线架为环状，所述第二线圈的绕线架套设在所述车轴上，所述第一线圈的绕线架为曲板状；或者，所述第二线圈的绕线架为环状，所述第二线圈的绕线架套设在所述车轴上，所述第一线圈的绕线架为环状，所述第一线圈的绕线架环绕所述第二线圈的绕线架设置；或者，所述第二线圈的绕线架为环状，所述第二线圈的绕线架套设在所述车轴上，所述第一线圈的绕线架包括第一曲部、第一直部和第二直部，所述第一直部与所述第一曲部的第一端部相连，所述第二直部与所述第一曲部的第二端部相连，其中所述第一直部与所述第二直部在所述车轴的径向上相对设置，所述第一线圈的绕线架绕所述第二线圈的所述绕线架设置。

所述应力检测器设在所述车轮的辐板上，所述数据采集器设在所述车轴上。

所述数据采集器在所述车轴的轴向上邻近所述应力检测器设置，所述第二线圈在所述车轴的轴向上设在所述车轴的中部，所述发射天线设在所述第二线圈上。

根据本发明实施例的铁路车辆包括转向架，所述转向架为根据本发明实施例的转向架；车体，所述车体设在所述转向架上；接收天线，所述转向架的发射天线与所述接收天线无线通信连接。

根据本发明实施例的铁路车辆具有车轮和车轴的强度高、安全性高的优点，能够在基本无需对转向架的结构进行改造的情况下测量辐板的应力。

所述转向架包括构架、轴箱和齿轮箱，所述接收天线设在所述车体、所述构架、所述轴箱和所述齿轮箱中的一者上。

根据本发明实施例的用于转向架的检测装置包括：第一线圈和第二线圈，所述第一线圈设在所述转向架的构架、轴箱和齿轮箱中的一者上，所述第二线圈设在所述转向架的车轴和车轮中的一者上，其中所述第二线圈与所述第一线圈耦合以便从所述第一线圈接收电能；应力检测器，所述应力检测器能够设在所述车轮上；数据采集器，所述数据采集器能够设在所述车轴和所述车轮中的一者上，所述数据采集器与所述第二线圈电连接，所述数据采集器与所述应力检测器相连；发射天线，所述发射天线能够设在所述车轴和所述车轮中的一者上，所述发射天线与所述第二线圈电连接，其中所述数据采集器与所述发射天线相连。

通过利用根据本发明实施例的检测装置测量辐板的应力，从而不会影响车轮和车轴的结构强度、不影响转向架和铁路车辆的功能、提高转向架和铁路车辆的安全性。

附图说明

图1是根据本发明实施例的列车的转向架的局部结构示意图；

图2是根据本发明实施例的列车的转向架的局部结构示意图；

图3是根据本发明实施例的检测装置的第一线圈的结构示意图；

图4是根据本发明实施例的检测装置的第二线圈的结构示意图；

图5是根据本发明实施例的列车的转向架的局部结构示意图；

图6是根据本发明实施例的列车的转向架的局部结构示意图；

图7是根据本发明实施例的列车的转向架的局部结构示意图；

图8是根据本发明实施例的列车的转向架的局部结构示意图；

图9是根据本发明实施例的列车的转向架的局部结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述根据本发明实施例的转向架1。如图1-图9所示，根据本发明实施例的转向架1包括构架120、车轴210、车轮220、轴箱110、齿轮箱(图中未示出)、第一线圈310、第二线圈320、应力检测器330、数据采集器340和发射天线(图中未示出)。车轴210可旋转地设在构架120上，车轮220设在车轴210上。

第一线圈310设在构架120、轴箱110和齿轮箱中的一者上，第二线圈320设在车轴210和车轮220中的一者上，第二线圈320与第一线圈310耦合以便从第一线圈310接收电能。应力检测器330设在车轮220上，数据采集器340设在车轴210和车轮220中的一者上。数据采集器340与第二线圈320电连接以便从第二线圈320接收电能，数据采集器340与应力检测器330相连。数据采集器340可以通过已知的方式与应力检测器330相连，数据采集器340可以通过已知的方式与第二线圈320电连接。

该发射天线设在车轴210和车轮220中的一者上，该发射天线与第二线圈320电连接以便从第二线圈320接收电能。数据采集器340与该发射天线相连。数据采集器340可以通过已知的方式与该发射天线相连，该发射天线可以通过已知的方式与第二线圈320电连接。

第一线圈310可以与外部的交变电流源电连接，即可以向第一线圈310通入交变电流，以便第一线圈310产生变化的电磁场。第一线圈310可以通过已知的方式与外部的交变电流源电连接。第二线圈320通过感应第一线圈310产生的变化电磁场来产生电流。由于数据采集器340和该发射天线与第二线圈320电连接，因此第二线圈320可以向数据采集器340和该发射天线提供电能。

由于数据采集器340与应力检测器330和该发射天线相连，因此数据采集器340可以将应力检测器330采集到的信号(例如电阻信号)转换为体现应力的数字信号，该发射天线通过无线方式将该数据信号传输至接收天线。该接收天线可以通过有线方式或无线方式将该数据信号传输至列车上的数据处理系统。

根据本发明实施例的转向架1通过在非旋转部件上设置第一线圈310、在车轴210和车轮220中的一者上设置第二线圈320，且通过第一线圈310和第二线圈320耦合来传递电能，从而无需通过集流环和线缆来传递电能。由此无需在车轴210、轮毂221和辐板222上加工引线孔，从而不仅提高车轮220和车轴210的强度，提高转向架1和铁路车辆的安全性，降低车轮220和车轴210的制造成本。另外，由于无需对转向架1的零部件的现有结构进行改动，因此可以减少转向架1的零部件的种类数量，降低管理成本。

而且，由于无需设置集流环，从而不仅无需特制轴端压盖和轴箱前盖，而且避免影响轴端检测设备的布置，不影响转向架1和铁路车辆功能的完整性。

根据本发明实施例的转向架1能够在基本无需对自身结构进行改造的情况下测量辐板222的应力，进而实现转向架1和铁路车辆的运行状态的监测。因此，根据本发明实施例的转向架1具有车轮220和车轴210的强度高、安全性高、功能不受影响等优点。

如图1-图9所示，在本发明的一些实施例中，转向架1包括构架120、车轴210、车轮220、轴箱110、齿轮箱(图中未示出)、第一线圈310、第二线圈320、应力检测器330、数据采集器340和发射天线。第二线圈320与第一线圈310耦合以便从第一线圈310接收电能，即电能从第一线圈310传递到第二线圈320。可选地，第二线圈320与第一线圈310电磁感应耦合或电磁共振耦合。

车轴210可以通过已知的方式安装在构架120上，车轮220可以通过已知的方式安装在车轴210上。由于这与本申请的发明点无关，因此不再详细地描述。

如图1和图2所示，第二线圈320设在车轮220的轮毂221的端面上。轴箱110的第一侧面与轮毂221的该端面在车轴210的轴向上相对，齿轮箱的第一侧面与轮毂221的该端面在车轴210的轴向上相对。其中，第一线圈310设在轴箱110的第一侧面和该齿轮箱的第一侧面中的一者上。车轴210的轴向如图1中的箭头a所示。

应力检测器330可以设在车轮220的辐板222上。可选地，应力检测器330可以是应变片。数据采集器340和该发射天线可以设在第二线圈320上，即数据采集器340和该发射天线可以通过第二线圈320设在车轴210和车轮220中的一者上。例如，数据采集器340和该发射天线可以集成在第二线圈320上。

该发射天线通过无线方式将该数据信号传输至接收天线。该接收天线可以设在铁路车辆的车体上，此时该接收天线可以不是转向架1的一部分。该接收天线还可以设在构架120、轴箱110和该齿轮箱中的一者上，此时该接收天线可以是转向架1的一部分。该接收天线可以与电源相连，该接收天线还可以与第一线圈310电连接以便从第一线圈310接收电能，即第一线圈310为该接收天线供电。该接收天线可以通过已知的方式与电源相连，该接收天线可以通过已知的方式与第一线圈310电连接。

如图1所示，第一线圈310和第二线圈320在车轴210的轴向上相对设置。由此可以提高电能从第一线圈310传递到第二线圈320的效率。如图3和图4所示，第一线圈310的绕线架311为圆环状，第二线圈320的绕线架321为圆环状。由此第一线圈310可以将更多的电能传递给第二线圈320，从而可以更好地为数据采集器340和该发射天线提供电能。

如图5所示，转向架1还可以包括安装架130，安装架130设在构架120上。第一线圈310设在安装架130上，第二线圈320设在车轴210上，第一线圈310与第二线圈320在车轴210的径向上相对。通过在构架120上设置安装架130且将第一线圈310设在安装架130上，从而可以减小第一线圈310与第二线圈320的距离。由此可以提高电能从第一线圈310传递到第二线圈320的效率，从而第一线圈310可以将更多的电能传递给第二线圈320，以便更好地为数据采集器340和该发射天线提供电能。

可选地，构架120包括竖向部121和横向部122，横向部122的延伸方向与车轴210的轴向一致，竖向部121的延伸方向垂直于车轴210的轴向。横向部122与竖向部121相连，安装架130设在横向部122上。

应力检测器330设在车轮220的辐板222上，数据采集器340设在车轴210上。如图5所示，可选地，第二线圈320在车轴210的轴向上设在车轴210的中部，数据采集器340在车轴210的轴向上邻近应力检测器330设置。也就是说，数据采集器340在车轴210的轴向上邻近车轮220设置。

由于车轮220的辐板222上通常设置多个应力检测器330，每个应力检测器330通过线缆40与数据采集器340相连。通过使数据采集器340在车轴210的轴向上邻近应力检测器330设置，从而可以降低布线难度以及缩短用于连接应力检测器330和数据采集器340的线缆的长度。而且，通过使第二线圈320在车轴210的轴向上设在车轴210的中部，从而可以降低因转向架1的部件相对运动而造成的检测难度。

可选地，数据采集器340为柔性数据采集器。由此可以使数据采集器340能够安装在不同直径的车轴210上，从而可以扩大检测装置的应用范围。该柔性数据采集器能够很好地适应曲面形状部件表面的安装。例如，该柔性数据采集器能够很好地适应车轴210表面的安装。而且，该柔性数据采集器能够适应安装表面的局部不平顺，比如局部凸起。

如图6所示，第二线圈320的绕线架321为环状，第二线圈320的绕线架321套设在车轴210上，第一线圈310的绕线架311为平板状。可选地，第一线圈310与第二线圈320在竖向部121的延伸方向上相对。

如图7所示，第二线圈320的绕线架321为环状，第二线圈320的绕线架321套设在车轴210上，第一线圈310的绕线架311为曲板状。由此可以提高电能从第一线圈310传递到第二线圈320的效率，从而第一线圈310可以将更多的电能传递给第二线圈320，以便更好地为数据采集器340和该发射天线提供电能。

可选地，第一线圈310的绕线架311为弧板状，例如第一线圈310的绕线架311为圆弧板状。可选地，第一线圈310与第二线圈320在竖向部121的延伸方向上相对。

如图8所示，第二线圈320的绕线架321为环状，第二线圈320的绕线架321套设在车轴210上，第一线圈310的绕线架311为环状，第一线圈310的绕线架311环绕第二线圈320的绕线架321设置。由此可以提高电能从第一线圈310传递到第二线圈320的效率，从而第一线圈310可以将更多的电能传递给第二线圈320，以便更好地为数据采集器340和该发射天线提供电能。

可选地，第二线圈320的绕线架321为圆环状，第一线圈310的绕线架311为圆环状。

如图9所示，第二线圈320的绕线架321为环状，第二线圈320的绕线架321套设在车轴210上。第一线圈310的绕线架311包括第一曲部322、第一直部323和第二直部324，第一直部323与第一曲部322的第一端部相连，第二直部324与第一曲部322的第二端部相连。其中，第一直部323与第二直部324在车轴210的径向上相对设置，第一线圈310的绕线架311绕第二线圈320的绕线架321设置。由此可以提高电能从第一线圈310传递到第二线圈320的效率，从而第一线圈310可以将更多的电能传递给第二线圈320，以便更好地为数据采集器340和该发射天线提供电能。

例如，第一线圈310的绕线架311可以是u型。

本发明还提供用于转向架1的检测装置。根据本发明实施例的检测装置包括第一线圈310、第二线圈320、应力检测器330、数据采集器340和发射天线。

第一线圈310能够设在转向架1的构架120、轴箱110和该齿轮箱中的一者上，第二线圈320能够设在转向架1的车轴210和车轮220中的一者上，第二线圈320与第一线圈310耦合以便从第一线圈310接收电能。应力检测器330能够设在车轮220上，数据采集器340能够设在车轴210和车轮220中的一者上，数据采集器340与第二线圈320电连接，数据采集器340与应力检测器330相连。该发射天线能够设在车轴210和车轮220中的一者上，该发射天线与第二线圈320电连接。其中，数据采集器340与该发射天线相连，该发射天线可以与接收天线无线通信连接。该发射天线可以通过已知的方式与接收天线无线通信连接。

通过利用根据本发明实施例的检测装置测量辐板222的应力，从而不仅无需在车轴210、轮毂221和辐板222上加工引线孔，而且无需设置集流环，进而不仅无需特制轴端压盖和轴箱前盖，而且避免影响轴端检测设备的布置，不影响转向架1和铁路车辆功能的完整性。

因此，通过利用根据本发明实施例的检测装置测量辐板222的应力，从而不会影响车轮220和车轴210的结构强度、不影响转向架1和铁路车辆的功能、提高转向架1和铁路车辆的安全性。

本发明还提供铁路车辆。根据本发明实施例的铁路车辆包括根据本发明上述实施例的转向架1、车体和接收天线。该车体设在该转向架1上，该转向架1的发射天线与该接收天线无线通信连接。

因此，根据本发明实施例的铁路车辆具有车轮220和车轴210的强度高、安全性高、功能不受影响、能够在线监测车轮的应力等优点。

转向架包括构架120、轴箱110和齿轮箱，该接收天线设在该车体、构架120、轴箱110和该齿轮箱中的一者上。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

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