地鐵車輛走行部故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

馮舒

摘 要：城市軌道交通行業(yè)憑借其對城市交通特點的良好適應(yīng)性，進入了一個快速發(fā)展的時期。同時，對車輛的可靠性和安全性提出了更高的要求。由于車輛在高強度模式下運行，其走行部往往容易出現(xiàn)各種故障。本文對車輛走行部進行故障監(jiān)測與診斷方法研究，以預(yù)防和減少事故的發(fā)生，提高機車運行的安全性。

關(guān)鍵詞：走行部 故障診斷 實時監(jiān)測

引言：當(dāng)前我國的城軌列車發(fā)展迅速，但隨著我國城軌列車的飛速發(fā)展的同時，地鐵安全事故卻不斷發(fā)生，地鐵列車安全性仍然有待提高。走行部是地鐵車輛的重要部件，它的運行狀態(tài)直接關(guān)系到車輛的運行安全。在故障出現(xiàn)的初期，如果沒有任何有效的手段提前檢測和發(fā)現(xiàn)，單純依靠日常的維修和檢查，已無法避免問題的發(fā)生，以至于直到發(fā)展為肉眼可見的程度后才發(fā)現(xiàn)時，則已處于發(fā)生事故的危險邊緣，甚至已經(jīng)發(fā)生嚴(yán)重的事故。因此，需要應(yīng)用新的在線故障診斷及安全監(jiān)測技術(shù)，及早發(fā)現(xiàn)故障，及時指導(dǎo)維修，以保障安全和運營秩序。

1走行部常見故障

通過分析機車走行部長期的運用和檢修數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，對行車安全影響較大、發(fā)生故障頻率相對較高且定期檢修時不易發(fā)現(xiàn)的機車走行部故障主要是輪對踏面、軸承、電機齒輪等旋轉(zhuǎn)部件，其中踏面發(fā)生故障的頻率最高，其次為軸承。

由于地鐵車輛的快啟動、快制動和頻繁啟停的特點，除了常見的踏面磨損、失圓、碾皮、剝離、擦傷、內(nèi)部空洞，裂紋等故障外，特別地還存在由頻繁制動引起的高溫所致的表面裂紋，存在軌道波磨對車輪的咯傷、咬傷。

此外，齒輪的斷齒、裂紋、崩落和組合螺釘松動、脫落、折斷；軸箱的松動與裂損；軸承內(nèi)、外圈和滾子的磨損、剝離、擦傷、裂紋、折斷、劈裂和崩落，轉(zhuǎn)動體與非轉(zhuǎn)動體的碰撞非轉(zhuǎn)動體之間的摩擦、碰撞等，也是軌道交通車輛走行部常見故障。

2走行部故障診斷系統(tǒng)

針對于軌道車輛走行部的關(guān)鍵部件的安全監(jiān)測的需要，基于廣義共振和共振解調(diào)的故障診斷技術(shù)，上海地鐵12號線增購項目采用JK16450城軌車輛走行部車載故障診斷系統(tǒng)，運用分布式診斷和集中式數(shù)據(jù)管理相結(jié)合的工作模式，以滿足診斷的快速性、實時性的要求。

2.1系統(tǒng)介紹

JK16450系統(tǒng)是一種走行部安全監(jiān)測裝備，通過安裝在軸箱、齒輪箱、電機上的復(fù)合傳感器，同時監(jiān)測振動、沖擊、溫度3個物理量，并通過基于廣義共振與共振解調(diào)的故障診斷技術(shù)，實現(xiàn)走行部關(guān)鍵部件的車載在線實時診斷，對于故障實現(xiàn)早期預(yù)警和分級報警，準(zhǔn)確指導(dǎo)車輛的運用和維修。有以下功能：

（1）走行部關(guān)鍵部件（軸承、齒輪、踏面等）故障的準(zhǔn)確識別和早期預(yù)警，并實現(xiàn)分級診斷、通過接口將信息輸出到TCMS；

（2）車載監(jiān)測數(shù)據(jù)通過車載診斷儀集中下載，并可轉(zhuǎn)儲到地面系統(tǒng)；

（3）地面系統(tǒng)實現(xiàn)詳細數(shù)據(jù)回放分析，故障發(fā)生發(fā)展的歷史和趨勢分析，診斷信息統(tǒng)計分析等功能，并實現(xiàn)維修指導(dǎo)；

（4）網(wǎng)絡(luò)化管理及遠程診斷支持；

（5）涵蓋軸溫報警器全部功能；

（6）振動狀態(tài)監(jiān)測。

2.2系統(tǒng)構(gòu)成

JK16450系統(tǒng)，由6臺診斷儀、24臺前置處理器、48只復(fù)合傳感器與48只振動傳感器組成本監(jiān)測系統(tǒng)，頭尾車診斷儀需引入轉(zhuǎn)速脈沖信號。

全列車由貫通的屏蔽雙絞電纜組成總線通信網(wǎng)絡(luò)，形成數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)和轉(zhuǎn)速脈沖信號實時通信網(wǎng)絡(luò)，車載診斷儀通過MVB將實時監(jiān)測信息和診斷報警信息傳輸給列車TCMS；同時通過以太網(wǎng)接口進行數(shù)據(jù)下載及系統(tǒng)升級。系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示。

車載系統(tǒng)配置：測點配置，如表1所示。車載系統(tǒng)測點安裝位置如圖2所示。地面系統(tǒng)配置：地面系統(tǒng)1套（包括維護下載器、地鐵車輛走行部信息地面分析管理軟件及計算機）

2.3系統(tǒng)原理

JK16450系統(tǒng)基于廣義共振與共振解調(diào)的故障診斷技術(shù)原理，見圖3：

（1）傳感器敏感機械運動過程中的振動、沖擊和溫度信息；

（2）信號變換、采集、處理模塊，對信息進行共振解調(diào)變換和濾波等處理后，由AD采集進入嵌入式計算機；

（3）故障自動診斷專家系統(tǒng)軟件進行數(shù)據(jù)分析和診斷，輸出故障診斷結(jié)論。

準(zhǔn)確指導(dǎo)列車走行部的運用與維修，見表2。

3結(jié)語

面對走行部軸承和傳動齒輪容易產(chǎn)生的材料疲勞，以及構(gòu)架、車軸容易產(chǎn)生的裂紋等故障，傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)往往不能滿足要求。JK16450走行部故障診斷系統(tǒng)利用基于廣義共振與共振解調(diào)的故障診斷技術(shù)，對地鐵車輛走行部關(guān)鍵部件的沖擊、振動及溫度信息的車載在線實時監(jiān)測，并自行診斷，實現(xiàn)故障的早期預(yù)警和分級報警，為地鐵車輛的走行部安全運行和狀態(tài)維修提供保障。為了進一步提高故障診斷能力，診斷系統(tǒng)將會借助大數(shù)據(jù)和云計算來提升走行部狀態(tài)評估的時效性和準(zhǔn)確性。相信更多新技術(shù)的應(yīng)用，會進一步保障城市軌道交通的行車

安全。

參考文獻：

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