JK00430型機(jī)車走行部車載監(jiān)測(cè)裝置研究

常 瑩 上海鐵路局徐州機(jī)務(wù)段

JK00430型機(jī)車走行部車載監(jiān)測(cè)裝置是一種新型的鐵路機(jī)車行車安全裝置，它運(yùn)用共振解調(diào)技術(shù)對(duì)機(jī)車走行部溫度和振動(dòng)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和報(bào)警。目前，徐州機(jī)務(wù)段在 DF11、DF11G、DF4D、DF4BK等型號(hào)的所有客運(yùn)機(jī)車上安裝了該監(jiān)測(cè)裝置，在保證走行部安全方面發(fā)揮了重要作用，成為一個(gè)值得研究的問題。

1 JK00430型機(jī)車走行部車載監(jiān)測(cè)裝置應(yīng)用原理

1.1 系統(tǒng)組成

JK00430型機(jī)車走行部車載監(jiān)測(cè)裝置是由車載監(jiān)測(cè)裝置和地面數(shù)據(jù)分析管理系統(tǒng)組成。車載監(jiān)測(cè)裝置為每臺(tái)機(jī)車一套，主要包括：JK00430監(jiān)測(cè)裝置主機(jī)和副機(jī)、TAX2走行部檢測(cè)卡、接線盒、復(fù)合傳感器、溫度傳感器、總線、光電速度傳感器等。地面數(shù)據(jù)分析管理系統(tǒng)包括軟件包、微機(jī)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)器等，可以在單臺(tái)微機(jī)上進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和管理。

1.2 應(yīng)用原理

共振解調(diào)診斷技術(shù)是裝置的工作核心。機(jī)車軸承、齒輪等運(yùn)動(dòng)部件有故障的話，會(huì)產(chǎn)生較大的故障沖擊，故障沖擊經(jīng)共振解調(diào)器可獲得共振解調(diào)波，它與故障振動(dòng)一一對(duì)應(yīng)，經(jīng)轉(zhuǎn)換，可得出相應(yīng)的頻域圖，故障譜線為梳狀，呈多階性。由于軸承外圈、內(nèi)圈、滾子、保持架以及齒輪、輪對(duì)這些部件在運(yùn)行中均有準(zhǔn)確的幾何學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系，故它們?cè)诎l(fā)生故障時(shí)，均有對(duì)應(yīng)的故障特征頻率，若計(jì)算的特征頻率與相應(yīng)頻域中的基頻符合，則確認(rèn)為有故障，并可分析、判斷出故障部位。裝置在車速達(dá)到20 km/h后，就開始對(duì)所有檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)診斷，根據(jù)診斷結(jié)果可進(jìn)行故障顯示和現(xiàn)場(chǎng)三級(jí)報(bào)警。診斷數(shù)據(jù)經(jīng)轉(zhuǎn)儲(chǔ)后由地面數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行人工分析，可對(duì)報(bào)警位的故障發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析，以確定維修決策，及時(shí)預(yù)防故障隱患。

2 JK00430型機(jī)車走行部車載監(jiān)測(cè)裝置對(duì)故障的診斷處置

目前，監(jiān)測(cè)裝置報(bào)警主要集中在機(jī)車輪對(duì)踏面報(bào)警和軸箱軸承報(bào)警兩個(gè)方面，一般通過地面數(shù)據(jù)分析，都能準(zhǔn)確診斷故障，及時(shí)有效處置。

2.1 機(jī)車輪對(duì)踏面報(bào)警

機(jī)車輪對(duì)踏面報(bào)警是所有報(bào)警中最多、最頻繁的，在數(shù)據(jù)分析中不能僅以一次或幾次踏面報(bào)警作為扣車處理依據(jù)，這樣會(huì)造成大量機(jī)車停時(shí)，影響機(jī)車運(yùn)用。引起踏面報(bào)警的主要原因是輪對(duì)表面剝離及輪對(duì)內(nèi)部缺陷。踏面報(bào)警一般由預(yù)警發(fā)展為一級(jí)報(bào)警、二級(jí)報(bào)警，在踏面沖擊數(shù)據(jù)分析時(shí)，除了查看報(bào)警次數(shù)、連續(xù)性、沖擊趨勢(shì)等信息外，還應(yīng)當(dāng)注意時(shí)域波形圖中的沖擊幅值呈規(guī)律性變化。對(duì)持續(xù)發(fā)展的報(bào)警機(jī)車踏面進(jìn)行目檢、超聲波探傷檢查后才能進(jìn)行鏇輪、換輪處理。因此，在日常分析中要對(duì)有踏面報(bào)警的機(jī)車進(jìn)行重點(diǎn)跟蹤，同時(shí)針對(duì)踏面報(bào)警的不同類型進(jìn)行針對(duì)性分析，準(zhǔn)確掌握故障信號(hào)特征。

2.1.1 踏面剝離、擦傷故障的信號(hào)特征

波形特征：類似等腰三角形形狀；沖擊值特征：一般情況下，其沖擊SV值與轉(zhuǎn)速成反比；趨勢(shì)特征：在故障初期，沖擊值大，波形陡峭，發(fā)展后會(huì)出現(xiàn)沖擊值變小，波形變胖的現(xiàn)象。

2.1.2 踏面內(nèi)部缺陷故障的信號(hào)特征

波形特征：故障沖擊類似直角三角形形狀，每個(gè)沖擊波的前沿幾乎是垂直的；低速、高速故障沖擊特征同樣明顯；沖擊值特征：一般情況下，其沖擊SV值與轉(zhuǎn)速成正比。

2.1.3 踏面不圓度故障的信號(hào)特征

波形特征：故障沖擊波在一圈中占較大的比例；沖擊值特征：一般情況下，其沖擊SV值與轉(zhuǎn)速成正比。

在實(shí)際應(yīng)用中，案例如下：DF11-147機(jī)車65位自2009年11月6日出現(xiàn)第一次踏面1級(jí)報(bào)警，次數(shù)為2次，在目檢正常且輪緣不到限的情況下進(jìn)行重點(diǎn)跟蹤。后報(bào)警持續(xù)出現(xiàn)，至2010年1月14日發(fā)展為2級(jí)報(bào)警，經(jīng)數(shù)據(jù)分析和判斷，進(jìn)行鏇輪處理后報(bào)警消除（數(shù)據(jù)波形及故障圖片如圖1）。

圖1 案例1的數(shù)據(jù)波形及故障圖片

2.2 軸箱軸承報(bào)警

軸箱軸承是機(jī)車走行部的重要零部件，它的運(yùn)用狀態(tài)關(guān)系到機(jī)車運(yùn)用安全。一旦軸箱軸承燒損，將對(duì)列車運(yùn)行構(gòu)成嚴(yán)重威脅，輕則造成機(jī)破，重則脫軌、顛覆，后果相當(dāng)嚴(yán)重。且軸箱軸承具有不可見性，不能像機(jī)車輪對(duì)一樣及時(shí)了解其運(yùn)用狀態(tài)。因此對(duì)軸箱軸承的報(bào)警必須及時(shí)處理，把故障消滅在萌芽中。

圖2 案例2的 數(shù)據(jù)波形及故障圖片

案例如下：DF11-124機(jī)車64位僅在2010年9月18日出現(xiàn)1次軸承1級(jí)振動(dòng)報(bào)警，在9月23日22時(shí)19分10秒至9月24日00時(shí)10分22秒，6軸4位的溫度由330C突升至970C，最高達(dá)到1090C。對(duì)此報(bào)警，采取落輪更換機(jī)車電機(jī)，電機(jī)解體后發(fā)現(xiàn)由于小軸承保持架掉塊，進(jìn)入軸承滾道，造成滾珠碾傷，有效地避免了一起可能發(fā)生的走行部事故（數(shù)據(jù)波形及故障圖片如圖2）。

3 JK00430型機(jī)車走行部車載監(jiān)測(cè)裝置使用探討

結(jié)合監(jiān)測(cè)裝置實(shí)際應(yīng)用情況，筆者認(rèn)為該裝置在硬件和軟件方面還有待進(jìn)一步改進(jìn)，便于操作使用，更好地發(fā)揮作用。

3.1 硬件方面

3.1.1 改進(jìn)主機(jī)存儲(chǔ)方式

現(xiàn)行的溫度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)保存方式為：以一次主循環(huán)測(cè)得的溫度數(shù)據(jù)為一條記錄（一次主循環(huán)所用時(shí)間與具體車型有關(guān)，如DF11約為1.5 min，DF11G約為2.5 min），文件總共保存300條記錄（即保存了大約3 h到6 h的溫度實(shí)時(shí)記錄）。每保存完6條記錄(約10－20 min)對(duì)這6條記錄進(jìn)行過濾篩選，選出每測(cè)點(diǎn)的最高溫度值存入溫度歷史記錄文件；存滿300條記錄后，按先進(jìn)先出原則對(duì)溫度實(shí)時(shí)記錄文件進(jìn)行處理。但在實(shí)際工作中，往往會(huì)出現(xiàn)精氣丟失現(xiàn)象，主要原因是：一是機(jī)車交路不斷延長(zhǎng)，機(jī)車出庫(kù)后經(jīng)常幾天后才返段，造成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量不夠。二是數(shù)據(jù)下載器、電子盤及其他方面原因，也會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象。三是在下載完原始數(shù)據(jù)、備份數(shù)據(jù)后主機(jī)會(huì)自動(dòng)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域清空。這樣如2次取不出數(shù)據(jù)就會(huì)造成數(shù)據(jù)遺失的情況，給分析帶來(lái)一定困難。四是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與控制軟件共用一個(gè)電子盤，不是十分合理。筆者以為，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式可參照LKJ主機(jī)的存儲(chǔ)方式，用一個(gè)芯片存儲(chǔ)主機(jī)的機(jī)車號(hào)、控制軟件等，用二套芯片同時(shí)存儲(chǔ)運(yùn)行數(shù)據(jù)。同時(shí)，增大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量，按先進(jìn)先出的方式，以車次或時(shí)間等方式形成數(shù)據(jù)文件，以保證機(jī)車數(shù)據(jù)的完整性。

3.1.2 改變傳感器安裝方式

JK00430裝置的傳感器有2種長(zhǎng)度，分別為1.2 m和0.6 m。在廠修和中修作業(yè)中由于是起架安裝，拆除十分方便。在小輔修作業(yè)中，經(jīng)常會(huì)因電機(jī)、輪對(duì)、齒輪箱、軸箱軸承等原因進(jìn)行落輪，或在傳感器不良需要更換時(shí)，有些軸位的傳感器拆除十分困難。以DF11機(jī)車為例，2、5軸的非齒端電機(jī)位傳感器由于閘瓦的影響，拆除空間僅十余厘米，在傳感器銹蝕固死時(shí)拆除十分困難。如果碰傷損傷，就會(huì)造成一根傳感器800多元的損失。筆者建議將傳感器長(zhǎng)度為改15 cm，只帶傳感器頭和插座，這樣不僅在落輪及日常維修時(shí)可以方便更換，也可以節(jié)省成本。

3.1.3 改換取數(shù)據(jù)的USB接口

在日常檢測(cè)中，工作人員時(shí)常發(fā)現(xiàn)部分乘務(wù)員使用監(jiān)測(cè)裝置的標(biāo)準(zhǔn)USB接口給手機(jī)或一些電子設(shè)備充電。一方面，會(huì)造成主機(jī)少一部分原始數(shù)據(jù)或溫度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，格式化電子盤后下一趟數(shù)據(jù)就會(huì)正常。另一方面，手機(jī)等設(shè)備可能存在病毒且在主機(jī)上接入一臺(tái)USB設(shè)備，會(huì)給主機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及主機(jī)安全使用方面帶來(lái)一定的危害，而這種情況在管理中很難禁止。筆者建議將主機(jī)前面板上的USB接口改為非標(biāo)的USB接口，從源頭上杜絕這種情況的發(fā)生，保證主機(jī)的使用安全。

3.1.4 在面板上增加向上鍵

在實(shí)際應(yīng)用中，主機(jī)只有向下鍵，沒有向上鍵，在調(diào)整時(shí)間、敲擊試驗(yàn)時(shí)不方便。如果某軸位跳過，需要按30多次才能循環(huán)一遍，極為不便。筆者建議在面板上增加向上鍵。

3.2 軟件方面

3.2.1 增加網(wǎng)絡(luò)版分析軟件

在實(shí)際應(yīng)用中，需要對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行備份時(shí)，只能采用人工復(fù)制、粘貼的方法，十分不便。有時(shí)還需要共享數(shù)據(jù)。筆者建議在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)除傳輸本機(jī)外，還可以同時(shí)上傳至其他機(jī)器或服務(wù)器保存。這樣不僅加快數(shù)據(jù)傳輸，而且在其他機(jī)器上分析數(shù)據(jù)時(shí)可以直接查看，不需每次都導(dǎo)入數(shù)據(jù)，既提高了分析效率，又提高了數(shù)據(jù)的安全性。

3.2.2 增加傳感器不良提示功能

筆者建議軟件功能中增加傳感器不良提示功能，將設(shè)置初級(jí)診斷值＜100SV、初級(jí)診斷值=10000SV、溫度顯示異常、振動(dòng)信息異常、瞬間故障達(dá)到一定次數(shù)等情況納入不良范疇。在導(dǎo)入分析數(shù)據(jù)分析后，發(fā)現(xiàn)以上情況時(shí)就可直接顯示傳感器不良，提示作業(yè)者更換，而不需再進(jìn)行數(shù)據(jù)詳細(xì)分析進(jìn)行判斷。

3.2.3 溫度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和機(jī)車速度顯示相結(jié)合

機(jī)車在運(yùn)行和停車時(shí)，采集點(diǎn)的溫度相差極大，現(xiàn)行的溫度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析只能顯示溫度，不能對(duì)機(jī)車的運(yùn)行情況加以了解。筆者建議在上部顯示機(jī)車速度，下部顯示溫度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，就可以結(jié)合機(jī)車運(yùn)行情況更好地進(jìn)行分析。

4 結(jié)束語(yǔ)

JK00430型機(jī)車走行部車載監(jiān)測(cè)裝置在保證機(jī)車走行部安全方面發(fā)揮了巨大的作用，如在監(jiān)測(cè)裝置軟件、硬件方面的細(xì)節(jié)等有了進(jìn)一步改進(jìn)，這將更加有利于監(jiān)測(cè)裝置的使用和作用發(fā)揮。