活塞式空压机故障预警方法、活塞式空压机及轨道列车

摘要

本申请公开了一种活塞式空压机故障预警方法，利用能够反映活塞式空压机工作状态的实际电流值与正常工作状态下的正常电流值间的差异作为故障预警的判断基础，当以使用三相交流电的活塞式空压机为例时，通过任一项实际电流值与正常电流值上限间的电流比值和任两相实际电流值间差值与正常电流值上限的差值比值两个参数，分别与预设的电流阈值和差值阈值进行比较，并在同时满足大于两个阈值且维持超过预设时长后得到故障等级和发出相应的故障预警。相比于现有故障预警方式，使用更能够准确反映空压机工作状态的电流值，方式更加科学、人力成本更低、故障预警更佳准确、及时。本申请还同时公开了一种活塞式空压机及轨道高速列车，均具有上述有益效果。

说明书

技术领域

本申请涉及工程设备故障预警领域，特别涉及一种活塞式空压机故障预警方法、活塞式空压机以及轨道列车。

背景技术

轨道车辆制动系统普遍使用高压气体进行制动，常见为使用空压机来对空气进行压缩，以使用压缩空气对高速行驶的列车进行制动，因此空压机的工作状态直接关系到制动系统的功能，而列车制动系统的功能完整则是保证列车上所有乘客生命安全的重要前提。

目前国内地铁车辆及城际动车组车辆普遍采用活塞式空压机，该类活塞式空压机在实现故障预警是主要存在两种方式：一是在线故障预警，由于活塞式空压机具有100％的工作周期(无中间停止工作的时间)，因此可以通过监测活塞式空压机运转时的时间特征来实现故障和异常判断，但此种方式误报率较高且十分依靠经验；二是由外部维护人员定期检查活塞式空压机的外部表现结合自身经验进行故障判断，即通过接线情况、润滑油颜色、过滤器滤芯状态等部件来判断，此种方法不仅需要人力成本较高且费时耗力。

因此，如何克服现有活塞式空压机故障机制存在的各项技术缺陷，提供一种人力成本更低、更加科学和故障预警更准确的活塞式空压机故障预警机制是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本申请其中一个目的是提供一种活塞式空压机故障预警方法，利用能够反映活塞式空压机工作状态的实际电流值与正常工作状态下的正常电流值间的差异作为故障预警的判断基础，当以使用三相交流电的活塞式空压机为例时，通过任一项实际电流值与正常电流值上限间的电流比值和任两相实际电流值间差值与正常电流值上限的差值比值两个参数，分别与预设的电流阈值和差值阈值进行比较，并在同时满足大于两个阈值且维持超过预设时长后得到故障等级和发出相应的故障预警。相比于现有故障预警方式，使用更能够准确反映空压机工作状态的电流值，方式更加科学、人力成本更低、故障预警更佳准确、及时。

本申请的另一目的在于提供了一种活塞式空压机以及设置有该活塞式空压机的高速轨道列车。

为实现上述目的，本申请提供一种活塞式空压机故障预警方法，包括：

利用电流传感器获取活塞式空压机三相电源输入端各相的实际电流值；

计算得到任一相实际电流值与对应相预设电流值上限的电流比值；

计算得到任两相实际电流值间差值与通用电流值上限的差值比值；

判断所述电流比值是否大于预设的电流阈值、所述差值比值是否大于预设的差值阈值；

若均大于，则为所述活塞式空压机附加异常标记，直至不同时大于所述电流阈值和所述差值阈值时才去除所述异常标记；

统计所述活塞式空压机上所述异常标记的存在时间，得到实际异常时长；

当所述实际异常时长大于预设异常时长上限时，根据超过所述电流阈值和所述差值阈值大小的不同判定所述活塞式空压机处于相应故障等级，并通过预设路径发送相应的故障预警信号。

可选的，根据超过所述电流阈值和所述差值阈值大小的不同判定所述活塞式空压机处于相应故障等级，包括：

当所述电流比值大于第一电流阈值、小于第二电流阈值且所述差值比值大于第一差值阈值、小于第二差值阈值时，判定所述活塞式空压机当前处于轻微故障状态；

当所述电流比值大于所述第二电流阈值且所述差值比值大于所述第二差值阈值时，判定所述活塞式空压机当前处于严重故障状态。

可选的，利用电流传感器获取活塞式空压机三相电源输入端各相的实际电流值，包括：

利用三个所述电流传感器分别从所述活塞式空压机三相电源输入端的接电柱处获取各相输入电流的初步电流值；

对获取到的初步电流值进行延迟处理直至所述初步电流值在预设时间间隔内的波动小于预设误差范围，得到所述实际电流值。

可选的，该活塞式空压机故障预警方法还包括：

预先为各故障等级设置预设数量的故障解决及维护方案。

可选的，通过预设路径发送相应的故障预警信号，包括：

将与故障等级对应生成的故障预警信号通过列车总线发送至司机室。

可选的，所述第一电流阈值具体为115％、所述第二电流阈值具体为130％，所述第一差值阈值具体为10％、所述第二阈值比值具体为20％。

为实现上述目的，本申请还提供了一种活塞式空压机，该活塞式空压机包括：

活塞式空压机本体，使用三相交流电供电，用于压缩空气；

电流传感器模块，与所述活塞式空压机本体的三相电流输入端相连，用于获取并发送所述活塞式空压机本体各相的实际电流值；

逻辑控制单元，与所述电流传感器模块相连，用于根据接收到的各相实际电流值计算得到任一相实际电流值与对应相预设电流值上限的电流比值；计算得到任两相实际电流值间差值与通用电流值上限的差值比值；判断所述电流比值是否大于预设的电流阈值、所述差值比值是否大于预设的差值阈值；若均大于，则为所述活塞式空压机附加异常标记，直至不同时大于所述电流阈值和所述差值阈值时才去除所述异常标记；统计所述活塞式空压机上所述异常标记的存在时间，得到实际异常时长；当所述实际异常时长大于预设异常时长上限时，根据超过所述电流阈值和所述差值阈值大小的不同判定所述活塞式空压机处于相应故障等级，并通过预设路径发送相应的故障预警信号。

可选的，该活塞式空压机还包括：

声光报警器，与所述逻辑控制单元相连，用于根据接收到的故障预警信号的不同点亮相应颜色的指示灯和发出相应的语音提示。

可选的，该活塞式空压机还包括：

无线传输模块，与所述逻辑控制单元相连，用于将生成的故障预警信号通过无线信号发送至地面指挥中心。

为实现上述目的，本申请还提供了一种高速轨道列车，包括动力系统、制动系统，所述制动系统包括如上述内容所描述的活塞式空压机以及如上述内容所描述的活塞式空压机故障预警方法。

显然，本申请所提供的一种活塞式空压机故障预警方法，利用能够反映活塞式空压机工作状态的实际电流值与正常工作状态下的正常电流值间的差异作为故障预警的判断基础，当以使用三相交流电的活塞式空压机为例时，通过任一项实际电流值与正常电流值上限间的电流比值和任两相实际电流值间差值与正常电流值上限的差值比值两个参数，分别与预设的电流阈值和差值阈值进行比较，并在同时满足大于两个阈值且维持超过预设时长后得到故障等级和发出相应的故障预警。相比于现有故障预警方式，使用更能够准确反映空压机工作状态的电流值，方式更加科学、人力成本更低、故障预警更佳准确、及时。本申请同时还提供了一种活塞式空压机以及设置有该活塞式空压机的高速轨道列车，均具有上述有益效果，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种活塞式空压机故障预警方法的流程图；

图2为本申请实施例提供的另一种活塞式空压机故障预警方法的流程图；

图3为本申请实施例提供的一种活塞式空压机的结构框图；

图4为本申请实施所提供的一种活塞式空压机的实际结构示意图。

图3和图4中标号说明如下：

活塞式空压机本体.110 电流传感器模块.120 逻辑控制单元.130

具体实施方式

本申请的核心在于提供一种活塞式空压机故障预警方法、活塞式空压机以及设置有该活塞式空压机的轨道高速列车，利用能够反映活塞式空压机工作状态的实际电流值与正常工作状态下的正常电流值间的差异作为故障预警的判断基础，当以使用三相交流电的活塞式空压机为例时，通过任一项实际电流值与正常电流值上限间的电流比值和任两相实际电流值间差值与正常电流值上限的差值比值两个参数，分别与预设的电流阈值和差值阈值进行比较，并在同时满足大于两个阈值且维持超过预设时长后得到故障等级和发出相应的故障预警。相比于现有故障预警方式，使用更能够准确反映空压机工作状态的电流值，方式更加科学、人力成本更低、故障预警更佳准确、及时。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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它实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例一

以下结合图1，图1为本申请实施例提供的一种活塞式空压机故障预警方法的流程图，本申请以常见应用于高速轨道列车上使用三相交流电供电的活塞式空压机为对象，其具体包括以下步骤：

S101：利用电流传感器获取活塞式空压机三相电源输入端各相的实际电流值；

本步骤旨在利用电流传感器测量得到活塞式空压机三相电源输入端各相的实际电流值。具体的，活塞式空压机的三相电流输入端通常都设有便于连接的接电柱，因此可将电流传感器设置在供电电源与接电柱之间，由于使用的是三相交流电，也就相应的需要三个电流传感器来实现测量。当然，也可以将电流传感器与活塞式空压机整合为一体，但在电路连接上依然要设置在交流电接入端后、工作电路前，只需通过外接的数据传输线完成实际电流值的传输即可。

进一步的，为使获取到可供后续步骤计算使用的、准确的实际电流值，防止因活塞式空压机在启动/通断时通常存在的电流波动对采集到的实际电流值造成干扰，还可以使用延迟稳定策略获取其处于稳定状态时的电流值。

S102：计算得到任一相实际电流值与对应相预设电流值上限的电流比值；

S103：计算得到任两相实际电流值间差值与通用电流值上限的差值比值；

S102、S103结合高速轨道列车这一实际应用场景，给出了如何处理获取到的各相实际电流值的方式，即计算任一项的实际电流值是否超出额定工作电流范围和计算任两相实际电流值差值与额定工作电流范围的比值。

首先，每台活塞式空压机在制造出厂时均设定有额定工作电流范围，即该活塞式空压机处于正常工作状态下每一相电流值应处于的正常工作电流范围。根据实际情况的不同，在三相中各相的额定工作电流范围差别很小时，可使用一个通用的额定工作电流范围同时对每一相的实际电流值进行判断，而在判断时通常主要看是否超过额定工作电流范围的上限，因为绝大多数情况下都不会小于下限。

S102计算的是每一相的实际电流值与对应预设电流值上限间的比值(对应相额定工作电流上限值或通用额定工作电流上限值)，旨在得到一个描述各相实际电流值与基准参考值间大小关系的比值；S103计算的是任两相的实际电流值间的差值与通用电流值上限(通用额定工作电流上限值，因为此处涉及多相)之间的比值，旨在得到一个描述任两相实际电流值间差值与基准参考值间大小关系的比值。既然计算得到了描述两个不同大小关系的比值，后续将基于其与相同空压机处于故障时的同类参数进行比较，以便基于电流特征进行故障预警。

S104：判断电流比值是否大于预设的电流阈值、差值比值是否大于预设的差值阈值；

在S102和S103的基础上，本步骤旨在同时判断电流比值是否大于预设的电流阈值、差值比值是否大于预设的差值阈值。上面描述过，比值计算过程中是以基准参考值为分母，而基准参考值又等同于对应活塞式空压机的额定工作电流上限值，因此电流比值的理论取值范围为：(0,∞)，但考虑到实际情况，当电流比值小于1时则说明设备处于正常工作电流范围内，而电流比值为2时设备就已经处于很严重的损毁状态了，因此只需要判断该电流取值是否大于一个大于1的电流阈值，且具体取值还需要根据实际情况灵活设定。

同样的，差值比值由于分子是任意两项实际电流值的差值，因此其差值的理论取值范围为：[0,1]，但考虑到实际情况，是取不到两端的，通常当该差值比值大于0.3(30％)时损毁也已经很严重了，因为三相交流电各相之间差异实际较小，该差值阈值也需要根据实际情况而灵活设定。

还需要注意的是，本步骤只有在电流比值大于预设电流阈值的同时，差值比值也大于预设差值阈值才认为通过本步骤的判断，进而跳转至通过判断的后续处理步骤，若两种比值的任一种不大于对应的预设阈值是，则认为不满足判断通过条件，即只能跳转至未通过判断的处理步骤。

S105：为活塞式空压机附加异常标记，直至不同时大于电流阈值和差值阈值时才去除异常标记；

本步骤建立在S104的判断结果为两种比值均大于对应的预设阈值的基础上，说明从反馈的实际电流的大小特征上已经初步满足异常判定条件，因此为存在此种情况的活塞式空压机附加异常标记，并在S104的判断条件不满足时去除该异常标记，以便后续步骤根据该异常标记进行时长判断。

S106：统计活塞式空压机上异常标记的存在时间，得到实际异常时长；

在S105的基础上，本步骤旨在统计各活塞式空压机上异常标记的存在时间，以得到实际异常时长，便于在满足S104判断条件的基础上结合维持时长得到一个更加准确的故障预警和后续故障判定。

S107：当实际异常时长大于预设异常时长上限时，根据超过电流阈值和差值阈值大小的不同判定活塞式空压机处于相应故障等级，并通过预设路径发送相应的故障预警信号。

在S106的基础上，本步骤旨在判断实际异常时长是否大于预设异常时长上限，并在大于时根据电流比值超过预设电流阈值、差值比值超过预设差值阈值的大小不同判定活塞式空压机处于相应的故障等级，并发送相应的故障预警信息。

根据超过数值的大小来做故障等级的定级，方式多种多样，例如，可以设定多个大小不同的电流阈值和差值阈值，看实际电流比值和差值比值具体大于哪个阈值或大于多少个阈值等方式。同时表现不同故障等级对应的故障预警信息的方式也有很多，利用发送给不同的上层管理人员、发送包含不同内容的预警信息、调用相应的信号预警装置等等，此处并不对存在多种可选方式的步骤进行具体限定，可结合实际情况灵活选择。

基于上述技术方案，本申请实施例提供的一种活塞式空压机故障预警方法，利用能够反映活塞式空压机工作状态的实际电流值与正常工作状态下的正常电流值间的差异作为故障预警的判断基础，当以使用三相交流电的活塞式空压机为例时，通过任一项实际电流值与正常电流值上限间的电流比值和任两相实际电流值间差值与正常电流值上限的差值比值两个参数，分别与预设的电流阈值和差值阈值进行比较，并在同时满足大于两个阈值且维持超过预设时长后得到故障等级和发出相应的故障预警。相比于现有故障预警方式，使用更能够准确反映空压机工作状态的电流值，方式更加科学、人力成本更低、故障预警更佳准确、及时。

实施例二

以下结合图2，图2为本申请实施例提供的另一种活塞式空压机故障预警方法的流程图，其具体包括以下步骤：

S201：利用三个电流传感器分别从活塞式空压机三相电源输入端的接电柱处获取各相输入电流的初步电流值；

S202：对获取到的初步电流值进行延迟处理直至初步电流值在预设时间间隔内的波动小于预设误差范围，得到实际电流值；

S201通过三个电流传感器分别获取三相电源输入端的三个输入端的初步电流值，并在S202中采用延迟处理方式消除不稳定现象，以使得到在预设时间间隔内的波动小于预设误差范围的实际电流值。

S203：计算得到任一相实际电流值与对应相预设电流值上限的电流比值；

S204：计算得到任两相实际电流值间差值与通用电流值上限的差值比值；

S205：判断电流比值是否大于预设的电流阈值、差值比值是否大于预设的差值阈值；

S206：为活塞式空压机附加异常标记，直至不同时大于电流阈值和差值阈值时才去除异常标记；

S207：统计活塞式空压机上异常标记的存在时间，得到实际异常时长；

S208：判断实际异常时长是否大于预设异常时长上限；

一种包括但不限于的预设异常时长上限的设定值为：7个自然日。

S209：当电流比值大于第一电流阈值、小于第二电流阈值且差值比值大于第一差值阈值、小于第二差值阈值时，判定活塞式空压机当前处于轻微故障状态；

本实施通过设定多个大小不同的电流阈值和差值阈值，以便确定电流比值和差值比值具体处于哪个区间，以便确定出相应的故障等级。

通过本步骤描述可知，第二电流阈值大于第一电流阈值，第二差值阈值大于第一差值阈值，因此当电流比值处于第一电流阈值与第二电流阈值之间、差值比值处于第一差值阈值与第二差值阈值之间时，将维持此种情况超过预设异常时长的活塞式空压机判定处于轻微故障状态。

S210：当电流比值大于第二电流阈值且差值比值大于第二差值阈值时，判定活塞式空压机当前处于严重故障状态；

与S209同理，区别于S209的电流比值和差值比值所处阈值区间，本步骤中的电流比值不仅大于第一电流阈值也大于第二电流阈值，差值比值不仅大于第一差值阈值也大于第二差值阈值，说明此种情况下的活塞空压机在电流大小特征上已经比S209对应的故障状况更加严重，因为某一相的实际电流值明显大于基准参考值、任两相实际电流值间的差值占基准参考值的比例也明显增大，因此将此种情况对应的活塞式空压机判定为处于严重故障状态。

本实施例结合实际设置在高速轨道列车上的活塞式空压机的电流参数特征，给出一种参考的阈值设定值：第一电流阈值具体为115％、第二电流阈值具体为130％，第一差值阈值具体为10％、所述第二差值阈值具体为20％。

S211：将与故障等级对应生成的故障预警信号通过列车总线发送至司机室。

本实施例是在实施例一的基础上对一些步骤进行限定和增加一些步骤得到的，具有实施例一的所有有益效果，并通过新增延迟处理方式使得后续计算使用的实际电流值更加准确，最终结果可信度更高，同时设定两个不同大小的电流阈值和差值阈值便于进一步确定空压机所处故障等级，并发送相应的故障预警信号，实际使用效果更佳。

因为情况复杂，无法一一列举进行阐述，本领域技术人员应能意识到根据本申请提供的基本方法原理结合实际情况可以存在很多的例子，在不付出足够的创造性劳动下，应均在本申请的保护范围内。

下面请参见图3，图3为本申请实施例提供的一种活塞式空压机的结构框图，该活塞式空压机100可以包括：

活塞式空压机本体110，使用三相交流电供电，用于压缩空气；

电流传感器模块120，与活塞式空压机本体110的三相电流输入端相连，用于获取并发送活塞式空压机本体110各相的实际电流值；

逻辑控制单元130，与电流传感器模块120相连，用于根据接收到的各相实际电流值计算得到任一相实际电流值与对应相预设电流值上限的电流比值；计算得到任两相实际电流值间差值与通用电流值上限的差值比值；判断电流比值是否大于预设的电流阈值、差值比值是否大于预设的差值阈值；若均大于，则为活塞式空压机100附加异常标记，直至不同时大于电流阈值和差值阈值时才去除异常标记；统计活塞式空压机100上异常标记的存在时间，得到实际异常时长；当实际异常时长大于预设异常时长上限时，根据超过电流阈值和差值阈值大小的不同判定活塞式空压机100处于相应故障等级，并通过预设路径发送相应的故障预警信号。

进一步的，该活塞式空压机100还可以包括：

声光报警器，与逻辑控制单元120相连，用于根据接收到的故障预警信号的不同点亮相应颜色的指示灯和发出相应的语音提示；

无线传输模块，与逻辑控制单元120相连，用于将生成的故障预警信号通过无线信号发送至地面指挥中心。

本申请还通过图4提供了一种活塞式空压机的实际结构示意图，图中的LCU的英文全称为：Logic Control Unit，中文名为逻辑控制单元。

基于上述实施例，本申请还同时提供了一种高速轨道列车，包括动力系统、制动系统，制动系统包括如上述内容所描述的活塞式空压机以及如上述内容所描述的活塞式空压机故障预警方法。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。