高速鐵路道岔故障診斷方法分析

王猛

摘 要：我國(guó)鐵路事業(yè)的快速發(fā)展，促使其運(yùn)輸效率迅速提升的同時(shí)，也增加了維護(hù)壓力，特別是作為重要信號(hào)設(shè)備的道岔。現(xiàn)階段道岔維護(hù)主要選取周期修的模式，主要依據(jù)維護(hù)經(jīng)驗(yàn)診斷道岔故障。因此，無法及時(shí)獲取故障道岔運(yùn)行情況，尤其是維護(hù)人員沒有豐富經(jīng)驗(yàn)的情況下，對(duì)道岔故障原因判斷準(zhǔn)確性不足，無法實(shí)現(xiàn)維護(hù)目標(biāo)。為避免此類問題，必須有針對(duì)性地對(duì)高速鐵路道岔故障進(jìn)行診斷，選擇科學(xué)有效的方法進(jìn)行故障診斷。為此，本文主要對(duì)高速鐵路道岔常見故障模式、診斷方法進(jìn)行了分析與探究。

關(guān)鍵詞：故障模式；高速鐵路；道岔；故障診斷

1 高速鐵路道岔常見故障模式

隨著社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展與科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，作為鐵路信號(hào)的主要構(gòu)成成分，道岔故障診斷是鐵路信號(hào)系統(tǒng)發(fā)展為安全、可靠、網(wǎng)絡(luò)化及數(shù)字化的重要途徑。是確保行車安全、強(qiáng)化信號(hào)設(shè)備管理及提高應(yīng)用質(zhì)量的主要手段。為充分了解、熟悉現(xiàn)階段高速鐵路道岔運(yùn)行狀態(tài)，必須先對(duì)其常見故障模式進(jìn)行分析，具體如下：

1、道岔卡阻或轉(zhuǎn)轍機(jī)空轉(zhuǎn)

作為道岔頻繁發(fā)生的故障，道岔卡阻是大多數(shù)故障向程度嚴(yán)重方向發(fā)展的主要體現(xiàn)形式，這種情況下，道岔鎖閉、解鎖功能往往無法實(shí)現(xiàn)，正常轉(zhuǎn)換動(dòng)作不能快速完成，進(jìn)而導(dǎo)致轉(zhuǎn)換曲線長(zhǎng)度增加及小臺(tái)階不會(huì)出現(xiàn)于緩放區(qū)。

轉(zhuǎn)轍機(jī)空轉(zhuǎn)過程中其功率曲線等同于卡阻。為實(shí)現(xiàn)以上2者之間的有效區(qū)分，需對(duì)具體出現(xiàn)的異常道岔器件進(jìn)行檢查。在識(shí)別功率曲線時(shí)故障診斷中，可把以上2者看作一種故障模式進(jìn)行識(shí)別。

2、轉(zhuǎn)換過程存在異常阻力

轉(zhuǎn)換實(shí)施中，為對(duì)各類阻力進(jìn)行克服，轉(zhuǎn)轍機(jī)需對(duì)尖軌推動(dòng)進(jìn)行做功，因此在功率曲線轉(zhuǎn)換區(qū)段可充分反映其阻力變化情況，如道岔局部產(chǎn)生異?，F(xiàn)象，將增加其阻力，或?qū)D(zhuǎn)換時(shí)間造成嚴(yán)重影響，進(jìn)而出現(xiàn)道岔鎖閉不正?，F(xiàn)象。實(shí)際應(yīng)用中，增加道岔轉(zhuǎn)換阻力的因素較多，其故障模式還有以下幾種，具體如下：

（1）滑床板異常：在滑床板上尖軌需實(shí)施左右移動(dòng)，其轉(zhuǎn)換阻力與其存在密切關(guān)聯(lián)性，當(dāng)損壞滑床板情況發(fā)生，將大大增加道岔轉(zhuǎn)換阻力，甚至出現(xiàn)道岔卡阻問題。

（2）道岔尖軌爬行：氣候改變，因熱脹冷縮原理道岔尖軌常常出現(xiàn)伸長(zhǎng)縮短現(xiàn)象，這種情況叫做尖軌爬行。此時(shí)，利用鎖閉桿轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)作桿和尖軌出現(xiàn)連接情況，伴隨尖軌爬行變化鎖閉桿位置也會(huì)隨之改變，致使動(dòng)作桿無法與鎖閉桿同時(shí)在相同直線上，且出現(xiàn)分解轉(zhuǎn)轍機(jī)轉(zhuǎn)換力，在轉(zhuǎn)換時(shí)功率將大大增加。

（3）道岔不方正：道岔所有部件安裝時(shí)如與標(biāo)準(zhǔn)不符，將出現(xiàn)其幾何尺寸不方正現(xiàn)象，進(jìn)而在道岔轉(zhuǎn)換時(shí)將增加阻力，甚至出現(xiàn)道岔卡阻問題。

3、緩放區(qū)異常

因IDQJ緩放特征將出現(xiàn)道岔電流、功率曲線“小臺(tái)階”，該部分異常情況可由功率曲線、電流曲線獲取。按照S700K道岔進(jìn)行分析，在正常時(shí)值情況下其功率曲線小臺(tái)階約為0.2，0.5為電流曲線小臺(tái)階，當(dāng)小臺(tái)階不見情況下，則無法接通電路回路。產(chǎn)生的原因可能為保護(hù)電阻斷路、燒壞二極管導(dǎo)致斷路等。

2 高速鐵路道岔故障診斷方法研究

作為一個(gè)極為復(fù)雜的程序系統(tǒng)，鐵路信號(hào)故障診斷系統(tǒng)必須對(duì)各個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)備的合理應(yīng)用進(jìn)行分析，如道岔故障診斷，需先進(jìn)行道岔動(dòng)作電流曲線特征提取方式的確定，在根據(jù)實(shí)例對(duì)其故障診斷方法進(jìn)行分析，且按照多種故障診斷方法對(duì)比分析，找出最佳診斷方式，只有這樣才能對(duì)故障診斷水平進(jìn)行有效提升。

1、道岔動(dòng)作電流曲線特征提取方式

以S700K型轉(zhuǎn)轍機(jī)提速道岔作為分析研究對(duì)象，選取三相交流電動(dòng)機(jī)作為S700K型轉(zhuǎn)轍機(jī)的主要構(gòu)成部分，其動(dòng)作電流曲線可進(jìn)行4個(gè)區(qū)間的劃分：

第一，解鎖區(qū)。IDQJ吸起時(shí)間與2DQJ轉(zhuǎn)極時(shí)間之和需控制在0.3秒以下，該情況下道岔具有極大的啟動(dòng)電流，道岔解鎖完成，且與尖軌緊貼開始動(dòng)作；

第二，運(yùn)行區(qū)，選取三條線代表三相電機(jī)動(dòng)作，具有相對(duì)平滑的直流電機(jī)，根據(jù)轉(zhuǎn)換阻力大小準(zhǔn)確確定時(shí)間，一般在0.5秒到7.2秒?yún)^(qū)間；

第三，鎖閉區(qū)，尖軌緊貼到道岔鎖閉時(shí)間，鎖閉電流具有較小相對(duì)動(dòng)作電流；

第四，緩放區(qū)，IDQJ緩放時(shí)間。

按照分析道岔動(dòng)作電流曲線數(shù)據(jù)特點(diǎn)結(jié)果，選取相應(yīng)指標(biāo)作為其特征指標(biāo)，如最大值、最小波谷值、平均值等。且進(jìn)行特征參數(shù)提取及優(yōu)化，以此對(duì)模型分類計(jì)算速度、效率進(jìn)行全面提升。

2、高速鐵路道岔故障診斷實(shí)例分析

通過對(duì)比分析FOA-LSSVM方法分類性能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法與時(shí)間序列分析法，可充分體現(xiàn)FOA-LSSVM方法的優(yōu)勢(shì)。如由某高速鐵路車站相應(yīng)時(shí)間段內(nèi)微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提速道岔動(dòng)作電流曲線數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)對(duì)1000個(gè)涵蓋四類故障形式訓(xùn)練樣本進(jìn)行人工選取與訓(xùn)練，以此對(duì)其分類規(guī)律進(jìn)行查詢。在測(cè)試環(huán)節(jié)，可運(yùn)用訓(xùn)練環(huán)節(jié)獲取的模型分類2000個(gè)測(cè)試樣本，其具有道岔無表示、軌枕不平正、啟動(dòng)電路接點(diǎn)接觸不良與道岔轉(zhuǎn)換過程中卡阻四類故障形式。

相同的方式可獲取其他3類故障曲線特征指標(biāo)，共5個(gè)。于道岔故障類型診斷而言，該5個(gè)指標(biāo)作用明顯。根據(jù)FOA-LSSVM模型需求標(biāo)準(zhǔn)將以上5個(gè)特征數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，利用既定故障道岔電流曲線樣本訓(xùn)練獲取核函數(shù)，在核函數(shù)內(nèi)準(zhǔn)確代入樣本特征向量，在FOA-LSSVM道岔故障診斷算法內(nèi)按照不同曲線特征向量組合的差異測(cè)定故障類型。最終分析三種方式，得出了結(jié)果如表1所示。

由表1得知，以道岔轉(zhuǎn)換中途卡阻故障診斷而言，相比神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法與時(shí)間序列分析法，F(xiàn)OA-LSSVM方法分類正確率要高出許多。其他故障診斷總，其分類正確率也具有極大優(yōu)勢(shì)。由此可見，在樣本有限的情況下，選取FOA-LSSVM方法能夠?qū)⒔Y(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)降到最低。

3 結(jié)束語

綜上所述，作為鐵路運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)備之一，鐵路信號(hào)設(shè)備擔(dān)負(fù)著路網(wǎng)上各類行車設(shè)備狀況的信息傳輸與調(diào)度指令控制的作用。特別是高速鐵路道岔故障將存在重大事故隱患，如處理不到位，將給鐵路行車安全造成極大的影響。FOA-LSSVM方法的應(yīng)用，可準(zhǔn)確進(jìn)行道岔故障分類、診斷，進(jìn)而滿足高速鐵路安全運(yùn)行的需求。

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