鐵路車輛運(yùn)行故障監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)的應(yīng)用淺析

于凱

（中鐵建軌道運(yùn)營(yíng)有限公司，北京 100038）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人們出行需求的不斷增加，我國(guó)的鐵路建設(shè)已經(jīng)在各個(gè)方面取得了重大突破，不管是在鐵路的覆蓋里程數(shù)還是運(yùn)輸資源體量上都已經(jīng)處于世界前列。當(dāng)前已經(jīng)深刻認(rèn)識(shí)到了交通運(yùn)輸對(duì)于地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的作用，同時(shí)鐵路車輛運(yùn)輸已經(jīng)是目前最安全、高效運(yùn)輸方式，但是鐵路車輛在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中也會(huì)出現(xiàn)一定的故障。而且由于鐵路車輛的故障監(jiān)測(cè)難度大、維修困難等因素，一直都是各國(guó)鐵路車輛運(yùn)行管理的重要研究點(diǎn)。伴隨著近幾年電子技術(shù)與信息化發(fā)展，更需要鐵路車輛運(yùn)行具備完善的故障監(jiān)測(cè)技術(shù)作為安全運(yùn)行的保障。

1 鐵路機(jī)車車輛運(yùn)行故障監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)基礎(chǔ)以及系列產(chǎn)品

1．1 故障診斷以及安全監(jiān)測(cè)的技術(shù)基礎(chǔ)

一般情況下，為了確保車輛能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行，都會(huì)定期對(duì)車輛進(jìn)行檢查與維修，但是，人為目測(cè)檢查故障的方法容易出現(xiàn)疏漏，對(duì)于一些車輛走行部輪對(duì)、軸承材質(zhì)內(nèi)部與不可見部分的故障問(wèn)題很難發(fā)現(xiàn)，很多故障問(wèn)題都是在車輛運(yùn)行中的突發(fā)問(wèn)題，所以需要通過(guò)車輛運(yùn)行故障監(jiān)測(cè)技術(shù)，來(lái)提前發(fā)現(xiàn)輪、軸故障，以保證車輛安全運(yùn)行。

目前，鐵路機(jī)車車輛運(yùn)行的故障監(jiān)測(cè)主要采用振動(dòng)與溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)，通過(guò)對(duì)運(yùn)行過(guò)程中的振動(dòng)與溫度變化進(jìn)行輪軸質(zhì)量的判斷，一旦出現(xiàn)不合理的振動(dòng)波動(dòng)或溫升，就很有可能是走行部故障出現(xiàn)的先兆。振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)很早就在鐵路車輛運(yùn)行中進(jìn)行應(yīng)用。早期主要借助的振動(dòng)傳感器來(lái)對(duì)車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)的收集，然后，再結(jié)合信號(hào)的頻率、時(shí)間進(jìn)行分析，但是在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，由于車輛運(yùn)行結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性與運(yùn)行環(huán)境的影響，導(dǎo)致車輛運(yùn)行的振動(dòng)會(huì)被其他環(huán)境振動(dòng)所影響，從而降低監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確度。

現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展使得故障監(jiān)測(cè)技術(shù)在應(yīng)用方式與信息收集量上得到了快速發(fā)展，并且多種技術(shù)的融合也使得車輛運(yùn)行的安全性得到了有效保證，相關(guān)技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了鐵路車輛運(yùn)行故障監(jiān)測(cè)的需求。如何將監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行針對(duì)性的應(yīng)用是當(dāng)前鐵路車輛運(yùn)行管理的重點(diǎn)。

1．2 故障監(jiān)測(cè)以及診斷的傳統(tǒng)技術(shù)

傳統(tǒng)鐵路車輛運(yùn)行監(jiān)測(cè)技術(shù)的出現(xiàn)對(duì)我國(guó)車輛運(yùn)行安全的保障產(chǎn)生了非常積極的作用，通常用紅外線技術(shù)、超聲波技術(shù)、振動(dòng)分析技術(shù)來(lái)對(duì)運(yùn)行車輛的中大型部件進(jìn)行斷裂監(jiān)測(cè)，軸承接觸面之間的聯(lián)合監(jiān)測(cè)以及車體內(nèi)部裂縫的監(jiān)測(cè)。通過(guò)故障監(jiān)測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛運(yùn)行安全隱患的控制，目前，車輛的故障管理仍然以這些傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)為主，對(duì)大多數(shù)車輛在故障監(jiān)測(cè)方式與問(wèn)題的診斷上已經(jīng)有一定效果，同時(shí)，也會(huì)根據(jù)監(jiān)測(cè)時(shí)效性與質(zhì)量需求進(jìn)行分批改進(jìn)優(yōu)化，基本上可以滿足車輛運(yùn)行中主要問(wèn)題的提前預(yù)防。

1．3 故障監(jiān)測(cè)以及診斷技術(shù)的系列產(chǎn)品

除了上面常用的車輛運(yùn)行故障監(jiān)測(cè)技術(shù)外，在信息技術(shù)與機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展環(huán)境下，我國(guó)也研發(fā)出了很多新型的鐵路機(jī)車車輛故障監(jiān)測(cè)產(chǎn)品。比如，對(duì)于機(jī)車運(yùn)行部件監(jiān)測(cè)的JK00430和軸承故障監(jiān)測(cè)的JK03412故障監(jiān)測(cè)機(jī)，多種監(jiān)測(cè)技術(shù)與產(chǎn)品的應(yīng)用極大地提升了我國(guó)鐵路機(jī)車車輛的行駛安全性與可靠性，也足以看出我國(guó)對(duì)鐵路機(jī)車車輛運(yùn)行故障監(jiān)測(cè)的重視性。

2 軌道交通運(yùn)載設(shè)備故障診斷和安全監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究

2．1 車載和地面系統(tǒng)的建立

鐵路車輛故障監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用不僅僅是對(duì)車輛本身的故障監(jiān)測(cè)管理，更重要的是要實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛內(nèi)部結(jié)構(gòu)、運(yùn)行環(huán)境、監(jiān)控技術(shù)的統(tǒng)一化管理，需要結(jié)合遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)、信息傳遞技術(shù)與故障聯(lián)動(dòng)協(xié)調(diào)技術(shù)等方式，實(shí)現(xiàn)車輛運(yùn)行故障監(jiān)測(cè)與地面管理系統(tǒng)的整合，相關(guān)人員可以在遠(yuǎn)程終端設(shè)備隨時(shí)隨地的查看車輛運(yùn)行的安全水平。同時(shí)，對(duì)出現(xiàn)的故障問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行預(yù)警鎖定并采取有效的處理措施。這個(gè)過(guò)程主要分為三個(gè)部分，首先，是鐵路車輛運(yùn)行故障監(jiān)測(cè)的終端收集管理，保證每輛車都配比了故障診斷信息搜集傳遞設(shè)備。然后，通過(guò)故障診斷數(shù)據(jù)進(jìn)行主動(dòng)診斷收集，針對(duì)無(wú)法判定的故障信息自動(dòng)推送給專家系統(tǒng)進(jìn)行主動(dòng)診斷。最后，根據(jù)鐵路車輛運(yùn)行監(jiān)測(cè)與地面管理系統(tǒng)的反饋效果，及時(shí)對(duì)故障監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)信息進(jìn)行展示，以實(shí)現(xiàn)故障管理技術(shù)的信息化發(fā)展。

2．2 故障診斷系統(tǒng)的建立

早期鐵路機(jī)車車輛故障診斷都是在出現(xiàn)故障后，然后，安排相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行故障問(wèn)題的排查、診斷，這種處理方式一是不具備足夠的時(shí)效性，而且后期的監(jiān)測(cè)并不足以全面處理問(wèn)題。而信息技術(shù)與傳感技術(shù)的結(jié)合可以隨時(shí)對(duì)鐵路機(jī)車車輛的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行跟蹤記錄。然后，將這些記錄數(shù)據(jù)保存在系統(tǒng)后臺(tái)，同時(shí)，作為后期運(yùn)行數(shù)據(jù)問(wèn)題的參考使用。如果后續(xù)記錄的運(yùn)行數(shù)據(jù)與之前后臺(tái)保存數(shù)據(jù)出現(xiàn)過(guò)大波動(dòng)或者一直呈一個(gè)變化趨勢(shì)，就需要進(jìn)行格外的注意，一旦記錄故障監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)波動(dòng)超過(guò)限定值就要及時(shí)進(jìn)行預(yù)警。而且相關(guān)技術(shù)人員也能夠根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)的波動(dòng)情況進(jìn)行問(wèn)題的監(jiān)測(cè)分析，確定是新故障問(wèn)題的產(chǎn)生還是由于設(shè)備長(zhǎng)期使用而出現(xiàn)的磨損問(wèn)題。針對(duì)一些新型的運(yùn)行數(shù)據(jù)變化可以建立相應(yīng)的自動(dòng)修復(fù)功能。診斷系統(tǒng)建立的本身是針對(duì)各種故障提供完善的解決方式，是故障監(jiān)測(cè)技術(shù)系統(tǒng)建立目的、目標(biāo)。

2．3 注重總結(jié)診斷方法

列車由不同種類、型號(hào)的機(jī)車車輛編組，在運(yùn)行過(guò)程中，受線路狀況、環(huán)境溫度變化的因素影響，相同的故障振動(dòng)往往隱含著不同問(wèn)題，所以需要技術(shù)人員做好現(xiàn)場(chǎng)處理問(wèn)題的記錄，每個(gè)問(wèn)題都查找相關(guān)的防范處理方式。對(duì)于故障因何出現(xiàn)進(jìn)行研究，確定是由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題、材質(zhì)問(wèn)題，還是由于運(yùn)行環(huán)境的影響。然后，根據(jù)問(wèn)題處理方式整理出問(wèn)題社區(qū)。讓其他維護(hù)人員都可以高效率、高準(zhǔn)確的進(jìn)行管理，提高處理故障監(jiān)測(cè)水平。同時(shí)，對(duì)于問(wèn)題處理人員的能力也是很好的提升途徑，在處理問(wèn)題時(shí)快速提升自身的服務(wù)能力。

3 故障診斷技術(shù)在鐵路機(jī)車故障診斷中的應(yīng)用

目前，我國(guó)鐵路機(jī)車輪軸故障診斷技術(shù)還是以共振波動(dòng)管理實(shí)現(xiàn)。這種技術(shù)由于應(yīng)用的廣泛性、科學(xué)性，非常適合進(jìn)行鐵路機(jī)車故障監(jiān)測(cè)的全方位應(yīng)用。首先，振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)主要通過(guò)對(duì)運(yùn)行時(shí)的信號(hào)收集，同時(shí)，對(duì)某一節(jié)點(diǎn)的異常數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)預(yù)警管理，在這個(gè)過(guò)程中會(huì)用到聲波傳遞技術(shù)、信號(hào)發(fā)射學(xué)等內(nèi)容，最后運(yùn)用共振解調(diào)技術(shù)可以對(duì)很多常規(guī)振動(dòng)設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一應(yīng)用，經(jīng)過(guò)不斷地技術(shù)改進(jìn)提升，已經(jīng)可以對(duì)非常細(xì)微的振動(dòng)進(jìn)行捕捉，所以鐵路機(jī)車故障監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)能夠滿足當(dāng)前的故障監(jiān)測(cè)需要，如何通過(guò)信息共享平臺(tái)的建立提升故障問(wèn)題的分析處理效率，這才是我國(guó)信息化環(huán)境下鐵路機(jī)車故障監(jiān)測(cè)發(fā)展的目標(biāo)。

通過(guò)對(duì)輪軸振動(dòng)問(wèn)題的觀察分析，可以看出當(dāng)前的運(yùn)行狀況，不同振動(dòng)頻率、振幅方面雖然不同。但是故障環(huán)境下的振動(dòng)監(jiān)測(cè)自然會(huì)于其他時(shí)間振動(dòng)出現(xiàn)差異，如果能夠確定正常振動(dòng)與故障振動(dòng)的差異，同時(shí)給出故障預(yù)警信息。鐵路機(jī)車車輛故障監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用功能總結(jié)如下：首先，故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確判斷正常振動(dòng)與故障振動(dòng)之間的差異，精確的振動(dòng)狀態(tài)劃分才是車輛運(yùn)行監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)。其次，對(duì)于車輛傳感器收集到的振動(dòng)、溫度信息與故障信息及時(shí)進(jìn)行傳遞，將相關(guān)信息及時(shí)上傳到地面管理平臺(tái)，對(duì)于故障預(yù)警信息及時(shí)安排相關(guān)監(jiān)測(cè)維護(hù)人員進(jìn)行分析。最后，對(duì)車輛運(yùn)行故障監(jiān)測(cè)技術(shù)要有一個(gè)完善的總結(jié)管理平臺(tái)，后期車輛的運(yùn)行管理可以根據(jù)平臺(tái)數(shù)據(jù)做出統(tǒng)一改進(jìn)，設(shè)計(jì)出在故障預(yù)警后，系統(tǒng)根據(jù)故障等級(jí)給出維持運(yùn)行、減速或停車的處理信號(hào)，從而提升對(duì)故障問(wèn)題的處理效率。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)上述對(duì)鐵路機(jī)車故障監(jiān)測(cè)技術(shù)與應(yīng)用的分析，可以看出，鐵路車輛運(yùn)行故障監(jiān)測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀、技術(shù)內(nèi)容與應(yīng)用要點(diǎn)，對(duì)于我國(guó)鐵路車輛的運(yùn)行故障管理與信息化技術(shù)的結(jié)合提供了有效參考，同時(shí)也看出了當(dāng)前鐵路車輛運(yùn)行故障監(jiān)測(cè)技術(shù)的不足之處。相關(guān)技術(shù)人員對(duì)于機(jī)械故障進(jìn)行綜合的歸類、分析、診斷還需要進(jìn)行不斷研究，確保我國(guó)鐵路機(jī)車運(yùn)行時(shí)有良好的安全性保障。