減速頂故障在線監測系統的應用研究

殷 勇 中國鐵路上海局集團有限公司運輸部

減速頂是一種鐵路編組站駝峰自動化調速設備，作為中國鐵路駝峰調速系統標準調速設備。減速頂有故障需要及時維修以消除安全隱患，保證運輸安全。減速頂故障的判別是維修的前提，目前減速頂故障判別方法主要是人工判別法。安慧[1]利用MIS系統探討減速頂信息最優管理模式，陳延龍[2]等提出利用計算機信息技術和RFID技術構建減速頂管理系統；郭琦[3]結合金州站實際情況，設計了一套減速頂管理系統。閆志強[4]設計了一套鐵路減速頂狀態參數遠程傳輸及管理系統；于文平[5]等通過B/S網絡結構,設計研發了減速頂設備巡檢管理系統。

1 人工判別減速頂故障的局限性分析

目前，減速頂故障判斷方法主要有人工判別法和檢測小車油氣壓力判別法。人工判別主要通過目測、腳踩的方法以判定減速頂是否有故障。近年來所發展出以檢測小車為代表的故障判別工具，通過判別減速頂的油氣壓力，替代減速頂工作壓力指標，來判斷減速頂是否存在故障。兩者均存在其局限性，主要表現在以下方面：

（1）判定方法與減速頂工作原理不符：上述兩種判別方法均使用靜態數據來判斷動態工作狀態，原理錯誤。實際應用中，人工直接判別法優于檢測小車判別法，檢測小車僅是測量減速頂靜態油氣壓力，不符合其工作原理，導致測試結果與減速頂實際工作狀態誤差太大，引起安全隱患。

（2）人工判別方法勞動強度大：上述兩種方法都具有勞動強度大的特點，直接判別需要人工大力快踩每一臺減速頂，檢測小車需工人推動小車，在軌道上對每一臺減速頂測試，速度慢，時間長，同樣不省力。

（3）人工判別法對運輸生產的干擾大：由于需要工人上道作業，所以需要封鎖股道，或者利用停輪時間，由此造成對運輸生產的干擾。

（4）人工判別是周期性判別而不是實時判別：由于人工判別法工作效率低、對運輸干擾大，所以無法做到實時判別，只能是周期性的判別，每月或每半年作業一次。減速頂一個月或半年的工作狀態變化不大，對故障判別不利。

（5）人工判別中的人為因素：一是經驗與技能，新工人普遍缺少勤學苦練的精神；二是責任心，主人翁的缺失感，業務外包的多種用工生態導致減速頂故障檢查工作流于形式；三檢測小車的非專業管理，量具缺少定期校準。

（6）人工判別質量堪憂：鑒于人工判別采用原理錯誤（檢測小車原理），勞動強度大，多采用定性判別，判別間隔周期長，人為因素干擾多，必然導致判別不能真實反映減速頂實際工作狀態，許多減速頂都是帶病工作，給運輸生產帶來安全隱患。

2 減速頂故障在線監測系統的研發

提高減速頂調速系統運行質量的關鍵在于及時消除減速頂的故障，及時消除故障的關鍵是準確的實時判別減速頂故障，以基于減速頂動態工作基本原理的現代科技方法實現高效、精準、科學的故障判別。

該系統對減速頂故障的判別原理為：以測試減速頂動態工作的作用反力作為減速頂是否發生故障的判別依據，由此可準確判別減速頂動態工作狀態。系統主要構成包括：供電子系統、數據采集子系統、數據傳輸子系統、數據存儲與分析子系統、用戶管理終端和用戶維修終端等。其系統組成和工作原理如圖1所示。

2.1 供電子系統

供電子系統主要負責為數據采集子系統供電，其采用變壓器將電網電壓220 V轉變成12 V低壓電源，通過輸電線向安裝在股道中數據采集子系統供電，供電子系統一般安裝在室內，所以可保證用電安全。

圖1 減速頂故障在線監測系統組成與工作原理圖

2.2 數據采集子系統

數據采集子系統是減速頂故障在線監測系統的關鍵部分，如圖1所示。該子系統包含若干采集終端，采集終端有采集網關和負荷傳感器終端兩個核心部件，采集網關負責給傳感器供電，并收集傳感器信號，將信號發送出去。若干采集終端成組為一個采集單元，若干采集單元組成采集子系統。

2.3 數據傳輸子系統

數據傳輸子系統負責將采集網關發送的數據傳輸到數據存儲于分析子系統。其包含無線中繼、天線和匯聚網關等。一個編組場在股道現場安裝若干無線中繼，其負責收集股道上采集單元實時發送來的數據，并將數據轉給天線；天線安裝在編組站站房的屋頂，收集編組場無線中繼發來的數據，傳輸給匯聚網關；一個編組場配置一個匯聚網關，安裝在室內，通過IP互聯網絡，將現場監測獲得減速頂工作數據發送到數據存儲于分析子系統。

2.4 數據存儲與分析子系統

數據存儲與分析子系統負責存儲減速頂實時工作數據，并對數據進行分析處理，給出處理結果，處理結果同樣存儲在子系統中。該子系統為一個服務器，服務器中安裝有數據處理軟件，負責對數據的處理。處理的核心數據為減速頂的工作壓力，并將壓力數據繪制成壓力曲線圖，并作出是否發生故障的判斷，對發生的疑似故障通過用戶管理終端給與預警提示。

2.5 用戶管理終端

用戶管理終端是基于網頁設計的友好用戶軟件。用戶可通過鐵路內網直接登錄相應的地址，就可以實現對監測系統的管理。管理終端可實現減速頂故障在線監測系統設備數據錄入、減速頂監測數據查看、疑似故障減速頂分析與處理、維修記錄報表等功能。

2.6 用戶維修終端

用戶維修終端是一個類似手機的減速頂故障維修終端，監測系統將發生故障的信息推送到維修終端，維修工班攜帶維修終端到現場，根據終端顯示的故障信息，到減速頂相應安裝位置進行確認，現場確認為故障減速頂的，用備用減速頂進行更換，并將故障減速頂帶回室內，由此實現了精準維修。

3 南翔站減速頂故障在線監測系統應用情況分析

3.1 系統應用概況

本系統在上海局站場調速設備檢測站經過測試合格后，于2019年10月安裝在南翔站下編場19道試用。19道安裝有100臺減速頂，總安裝長度為318.04 m。根據實際測得的兩頂之間的距離配置相應長度的數據線和電源線。100臺減速頂組成8個數據采集單元，8個采集單元構成數據采集子系統。具體分組見表1。

表1 南翔站下編場19道減速頂監測系統采集單元分組表

為防止由于每組線路太長導致電壓下降太多，不能正常工作，以上分組可在適當距離內保證每組采集單元都能正常工作。

3.2 系統功能實現

2019年10月，系統安裝完成，即開通使用。如圖2呈現每天實時監測的現場減速頂工作狀態。

圖2 減速頂故障在線監測系統實時運行情況

通過現場實際運用，本系統實現了以下功能：

（1）通過定量表述判別減速頂故障。本系統通過監測減速頂工作反力，工作反力低于一定值，可判斷此減速頂做功不達標，需要維修，恢復其工作性能，滿足運輸生產要求。

（2）通過定量表述判別存在安全隱患的減速頂。通過監測減速頂工作反力，判別存在安全隱患的減速頂，當連續多次監測到其工作反力超過一定安全閾值，給出提出預警，現場檢查確認，必要時進行更換維修。

（3）實現精準維修，降低勞動強度。監測系統將疑似故障的減速頂標記出，維修人員只需要到疑似故障頂位置，進行維護更換即可。可數倍減少無效人工現場巡查工作量。

（4）提高編組站整體減速頂調速系統運營質量。人工模式排查故障頂效率低，造成許多故障頂不能得到及時維修，造成整站調速系統運營質量下降。實現精準維修后，可及時處理故障頂，從而提高整個編組站減速頂調速系統的運營質量。

（5）實現實時監測功能。本監測系統處于實時工作狀態，只要有車輛通過減速頂，系統就啟動，測試減速頂的工作反力，計算出結果，用戶可隨時登陸內網，查看減速頂工作狀態。

3.3 減速頂故障監測系統數據分析

減速頂故障監測系統投入使用后，積累了龐大的數據。龐大的檢測數據中最有核心價值的數據是對故障頂的判斷數據和工作反力超過安全閾值的數據。

（1）故障頂判斷數據、超出安全閾值減速頂的數據對比分析

系統開通運營后，對同一編號的減速頂頻繁提出預警的數據，可基本確認為故障頂，減速頂做功狀態不佳，需要維修更換。為了進一步驗證系統的準確性，對更換的故障頂，選擇了編號為“12060942”和“10032984”故障頂送檢測站進行對比測試，測試的數據如表2。

表2 檢測站測試故障頂數據、壓力超過安全閾值數據表

通過表2數據可驗證系統給出了正確判斷，“12060942”號頂臨界速度嚴重偏離標準值4.5 km/h，實際現場已經基本不起作用，“10032984”號減速頂已經超出壽命周期太多，已經完全失效。

同樣，選擇了編號為“1403568”和“14051397”減速頂送檢測站進行對比測試分析，測得數據如表2。在高速15 km/h狀態下，其工作反力只有24 000 N。與本系統測試有誤差，原因主要有：檢測站是單臺測試，現場是多輛車高速狀態下對減速頂做功，不同的溫度對減速頂反力有較大影響；現場車列通過減速頂往往到達20 km/h以上，速度對減速頂做功反力有影響；這兩臺頂都是2014年投入使用，解體后，液壓油變質嚴重，流動性差導致反力異常；現場復雜工況導致的不確定因素引起。由此結合減速頂使用年限綜合判斷，這一類減速頂也要進行更換維修，以消除安全隱患。

（2）實時監測數據分析

通過南翔站19道減速頂大修前后監測數據對比分析表明，19道減速頂2014年投入使用，監測系統在2019年12月25日大修前一天測得多達19臺疑似故障頂，占股道數量的19%。大修后的2020年1月2日，監測系統監測到疑似故障頂降低到7臺。由此可驗證減速頂大修的作用和必要性。隨著本系統在整個站場推廣使用，可以通過本監測系統，得出諸如不同投產時間的減速頂質量優劣，不同股道減速頂工作負荷等諸多有價值的數據，從而為進一步的精準維修提供參考依據。

4 結語

減速頂故障在線監測系統在南翔站19道投入運營以來，能夠準確識別故障頂，實現了系統設計核心目標，取得了良好的運營效果，具有一定的推廣價值。鑒于目前僅在一股道使用，還沒有完全發揮系統功能，如果能夠在全站場推廣使用，系統同樣具備識別故障頂的能力，同樣可實現精準維修，從而可大大節約勞動強度，從而節約用工成本，同時可節約維修成本。全站場推廣使用該系統，可提高整個站場駝峰調速系統的運營質量，減少對運輸生產的干擾，消除安全隱患。

系統在應用過程中也有需要改進的地方。比如監測系統測試數據與檢測站測試數據存在誤差，需要對現場進行進一步校準；現場監測還存在一些誤判，需要在站場配置標準減速頂用于校準監測系統；軟件系統的算法同樣需要不斷改進，以更好的滿足實際運營需求。