鐵路機車診斷系統(tǒng)中電路故障的診斷

馮彥斌

摘要：目前，在鐵路機車進行運行速度大提升的背景之下，機車行駛的安全問題依然是鐵路行業(yè)向前良好穩(wěn)定健康可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素，很長時間以來機車故障監(jiān)控體系以及機車安全體系的分析探索早已變成國內(nèi)鐵路行駛安全監(jiān)測領(lǐng)域里面關(guān)注的焦點話題。文章首先介紹了鐵路機車診斷體系的組成部分以及研究現(xiàn)狀，然后分析了機車電器電路的故障診斷步驟，以供參考。

關(guān)鍵詞：鐵路機車；電路故障；基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；車載數(shù)據(jù)；專家系統(tǒng)

中圖分類號：U269 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）19-0096-03

鐵路機車的電路故障監(jiān)測診斷一直是一種源自于現(xiàn)場的急需解決處理的難題。鐵路機車電器電路作為內(nèi)燃機的神經(jīng)體系，系統(tǒng)整體相當于比較復(fù)雜龐大，表現(xiàn)為經(jīng)典的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，每臺電機包含的邏輯次序關(guān)系更加紛繁復(fù)雜；機車電器體系長時間運行在振動高溫度的不良環(huán)境之下，電器故障發(fā)生的概率相對很大，診斷檢測的難度相對也比較大。根據(jù)統(tǒng)計分析，鐵路機車系統(tǒng)由于電器發(fā)生故障的次數(shù)大約占到機車故障總數(shù)的一半以上，特別是涉及到鐵路機車行駛的電機設(shè)備，一旦造成故障，如果不可以快速解決，很有可能直接對機車的運行安全構(gòu)成嚴重威脅，還有可能引起機破災(zāi)難事故的出現(xiàn)，將對人們的生命和財產(chǎn)安全構(gòu)成難以估計的損失。

隨著人工智能科技技術(shù)、傳感技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計算機技術(shù)，尤其是專家技術(shù)體系的發(fā)展推進，各種各樣的信息、數(shù)據(jù)的監(jiān)測、傳遞以及處理分析均具備實現(xiàn)目標的方法與條件，推進了故障診斷系統(tǒng)朝向智能化趨勢發(fā)展，確保故障診斷的綜合化、系統(tǒng)化變成可能。然而現(xiàn)有的故障診斷體系全部各自構(gòu)成一個系統(tǒng)，信息缺乏一致的標準，沒辦法共享，阻礙了其向著綜合化、系統(tǒng)化的方向發(fā)展。該篇文章指出了一套鐵路機車常見的電路故障檢測體系的規(guī)劃方案，本體系可以達到在線故障的診斷，而且經(jīng)過數(shù)據(jù)的研究分析，發(fā)現(xiàn)故障存在點，引導(dǎo)司機快速解除，能夠進一步降低以及規(guī)避機破災(zāi)難事故的產(chǎn)生，保障機車行駛安全順利。

1 鐵路機車體系電路故障的主要特征

鐵路機車屬于一個極其復(fù)雜的動力體系，在工作的過程中成千上萬個零部件相互配合，對外界顯現(xiàn)出錯綜復(fù)雜的輸出信息，機車的工作是一個隨機的、動態(tài)的以及復(fù)雜的過程，即在不同的時刻觀測到的任何數(shù)據(jù)都是隨機生成的，站在系統(tǒng)理論觀點分析，機車的故障具有如下一些特征：

（1）趨勢性：絕大多數(shù)機車的故障都是隨著時間呈現(xiàn)趨勢變化，也就是從細微的征兆發(fā)展成為顯著變化的趨勢。

（2）模糊性：征兆信息與機車的故障不一定是嚴格對應(yīng)的，呈現(xiàn)隨機分布特性，征兆之間的界限也是模糊不清的，而且有些訊息還是不確切的。

（3）緩變性以及突發(fā)性：突發(fā)性障礙通常瞬間爆發(fā)，沒有明顯征兆，很難預(yù)測，然而漸變性障礙具有局部功能出現(xiàn)失效以及緩慢發(fā)生的特征，是可以預(yù)料

到的。

（4）層次性：幾萬個零部件部署在機車里一起工作，不同元件互相耦合，決定了機車故障具有層次性。幾乎每一類故障都是通過多種原因組成。

2 建立機車電路故障體系的原因及意義

2.1 建立機車電路故障體系的原因

隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，中國的鐵路行業(yè)同時正發(fā)生著天翻地覆的變化，它的發(fā)展規(guī)模是空前的。從十五規(guī)劃的開展、更新更多的鐵路的建造以及鐵路提速規(guī)模的持續(xù)增加，表現(xiàn)了國內(nèi)的鐵路行業(yè)正處于快速的發(fā)展時期。同時，在迅速發(fā)展的同時，怎樣確保鐵路機車在日益復(fù)雜的路況與飛速行駛情況中正常行駛早已成為當今鐵路機構(gòu)的工作重心。鐵路機車的行駛狀況不僅關(guān)系顧客的生命財產(chǎn)安全，并且對我國經(jīng)濟發(fā)揮很大的作用，身為國內(nèi)運輸行業(yè)里最重要的運輸形式，火車始終扮演著舉足輕重的角色，火車一旦發(fā)生電路故障所導(dǎo)致的經(jīng)濟損失是很嚴重的。

鐵路機車的行駛安全在度量鐵路整體運行質(zhì)量時起著重要作用。極力推進行駛安全監(jiān)測體系，達到對鐵路機車在線監(jiān)控的目的，竭力促進地面監(jiān)控體系，實現(xiàn)監(jiān)測鐵路機車行駛指標以及運行質(zhì)量的目標；推行監(jiān)控、檢測、管理一體化的安全控制互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)等，上述這些都是國家發(fā)展鐵路行業(yè)的主要目標。

現(xiàn)在，國內(nèi)的鐵路高速行駛尚且處在初級時期，和國際先進水平比較還有一定的差距，其中主要的一個表現(xiàn)便是對鐵路機車的操控目前依然依靠司機的實踐經(jīng)驗以及掌握的技術(shù)程度，該情況早已不能夠適應(yīng)現(xiàn)代化的鐵路運輸需求標準。所以，研究鐵路機車的安全體系以及檢測故障早已變成國家鐵路行駛安全控制范圍內(nèi)有待探討的關(guān)鍵主題。今天，在國內(nèi)鐵路進行大范圍提速的背景下，針對該主題的探究有著一定的理論意義以及實際含義。

2.2 建立機車電路故障體系的意義

最近幾年，隨著我國在鐵路機車安全管控技術(shù)范圍內(nèi)的探索已經(jīng)實現(xiàn)比較大的提升，縮小了和外國先進技術(shù)水平之間的距離。然而從嚴格意義上講，該領(lǐng)域的研究從理論層面以及結(jié)構(gòu)層面并沒有根本性的超越，當今司機控制車輛的行駛安全的主要手段很多還是依靠以前的經(jīng)驗，司機依據(jù)觀測到的很多外界信息以及本人針對線路狀況和鐵路機車車輛的使用情況進行了解以及掌握，使用豐富的運行經(jīng)驗提出判斷結(jié)果，建立對策進行機車行駛的操縱。然而培育素質(zhì)優(yōu)良的司機必須花費很長時間，再加上機車車輛的運行條件比較差，而且受到噪音、振動、精神高度繃緊等各方面因素的作用，司機很容易精神疲憊，進而導(dǎo)致判斷失誤或者觀察錯誤等情況的發(fā)生。

鐵路機車在運行過程當中，發(fā)生故障是難以避免的事情。所以對機車實施檢測維修，是保障機車的最高性能發(fā)揮出來的前提條件以及確保鐵路機車安全行駛。目前全球最發(fā)達的狀態(tài)診斷檢測體制的執(zhí)行，都無法離開故障檢測診斷技術(shù)的使用。當今，中國鐵路機車領(lǐng)域的故障診斷檢測技術(shù)，總體來說仍然局限于對設(shè)零件、組件、部件以及設(shè)備等一些方面的檢修。比如，經(jīng)過對機油光譜進行分析，能夠檢測出機油中每一種微量元素部分的含量，進而判斷出來柴油機里面各運動分件的磨損狀況。經(jīng)過對鐵路機車行駛當中油輪對于傳送給鋼軌的功率譜以及震動頻譜的分析，能夠判定出齒輪箱、電機以及輪對于每個零件、組件以及部件的缺點狀況，進一步推理出每個部件剩余的使用年限。通過運用紅外線測試儀器，能夠檢測出來正在運行當中的鐵路機車車輛每個軸的溫度情況，同時能夠經(jīng)過無損探傷這種形式，測試出每個零件表面以及內(nèi)部的缺點。上述那些診斷手段，全部沒有聯(lián)系整個鐵路機車體系的綜合性診斷監(jiān)測，現(xiàn)在綜合診斷整體的機車體系，大部分情況還是依賴技術(shù)專業(yè)人員，靠經(jīng)驗，通過綜合探析以后斷定。然而，伴著老專家同志的退休，青年專業(yè)人員實踐經(jīng)驗不夠，導(dǎo)致每段機務(wù)段的專家人數(shù)表現(xiàn)不足，況且最初運用特定型號鐵路機車的那部分機務(wù)段，其實根本沒對該種規(guī)格機車實施故障檢修的專業(yè)人員。不僅如此，由多名站在自身角度的專業(yè)人員一起共同判定整臺機車處于的狀態(tài)，有些時候意見很難一致，這樣便很容易導(dǎo)致誤判。利用專家體系就能夠攻克上述缺陷，而且豐富的專業(yè)知識經(jīng)驗為建立專家系統(tǒng)給予了基本的保障。endprint

3 鐵路機車電氣故障診斷體系

3.1 系統(tǒng)介紹

鐵路機車故障診斷系統(tǒng)由兩大模塊組成：內(nèi)燃機車故障診斷系統(tǒng)和電力機車故障診斷系統(tǒng)。針對內(nèi)燃機車故障診斷系統(tǒng)作以簡要說明。

（1）載入數(shù)據(jù)。該種功能可將內(nèi)燃機車的所有檢測儀搜索到的數(shù)據(jù)，經(jīng)由通信線路傳送到故障診斷系統(tǒng)中去。

（2）設(shè)置參數(shù)。該功能主要是對內(nèi)燃機車設(shè)備設(shè)定門限值系數(shù)。

（3）診斷故障。經(jīng)過專家系統(tǒng)以及檢測儀器搜索到的數(shù)據(jù)，用以確定機車電路設(shè)備的性能，并獲得診斷的結(jié)果，據(jù)此來判定設(shè)備有無需要進行維修或者維護。

（4）打印查詢。完成數(shù)據(jù)監(jiān)控和故障的查詢并且打印出查詢結(jié)果。

（5）分析走勢。經(jīng)過設(shè)置走勢的分析條件，全面深刻了解機車的運行狀況。

3.2 該體系的構(gòu)成

鐵路機車電路故障的診斷體系主要運用在迅速找出故障原因以及位置、檢測機車電氣體系的質(zhì)量狀況的診斷體系，具體包括有地面專家檢測體系以及車載診斷體系兩個子體系。車載診斷體系運用在線檢測鐵路機車電路故障以及記錄各個機電設(shè)備的故障信息以及狀況信息，而且可以通過在線狀態(tài)數(shù)據(jù)快速找出發(fā)生故障的原因以及位置，引導(dǎo)司機快速解除，能夠進一步降低以及規(guī)避機破災(zāi)難事故的產(chǎn)生，保障機車行駛安全順利。而地面專家檢測體系經(jīng)過對故障信息以及狀況信息實施研究分析，依據(jù)專家的經(jīng)驗知識提出判斷，搜尋到多方面、更復(fù)雜的故障，因為其擁有高級的運算速率以及豐富的經(jīng)驗知識，因此具備特別強的檢測診斷技能。其中轉(zhuǎn)儲器主要進行提取車載數(shù)據(jù)，把車載體系測算到的信息數(shù)據(jù)等傳遞到地球的數(shù)據(jù)處理體系實施更加全方位的處理分析。

完成體系的設(shè)計必須解決下面幾個核心問題：

（l）處理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。鐵路機車的電路根據(jù)它的功能能夠劃分成勵磁回路、輔助回路、主回路、控制回路，所有的電路表現(xiàn)為經(jīng)典的網(wǎng)絡(luò)體系，邏輯次序紛繁復(fù)雜，工況不同，每個回路具有的工作狀態(tài)也是不一樣的，進而其接觸器的每個觸點狀態(tài)也不一樣，有關(guān)的連鎖電路同時也不同，然而總是能夠依據(jù)紛繁復(fù)雜的工況之下每個接觸器具備的邏輯聯(lián)系確立主電路里面所有點的狀況。所以，處理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)就必須尋找出來被測點以后，找到不同的工況下每個點的組合狀態(tài)以及尋常狀態(tài)，給查詢判斷故障構(gòu)建模式。具體有構(gòu)建車載診斷體系的標準數(shù)據(jù)庫以及地面專家檢測診斷體系的狀態(tài)數(shù)據(jù)庫與知識庫。

（2）提取車載數(shù)據(jù)。經(jīng)過查閱及調(diào)研很多的有關(guān)資料，采取統(tǒng)計分析的辦法，選擇50個將要被檢測的點，這部分被檢測點大致上包括常見的故障產(chǎn)生位置以及鐵路機車行駛的主要電路位置。車載診斷體系中央處理器持續(xù)地查看被測點訊息，進而實施故障判斷檢測，如果遇到被測點的狀態(tài)發(fā)生變化時，就把目前的狀態(tài)以及狀態(tài)變化的時間記錄下來，然后經(jīng)過轉(zhuǎn)儲器把單片機里面的數(shù)據(jù)信息傳送到地面的PC機實施處理分析。

（3）探究診斷辦法。車載與地面專家診斷系統(tǒng)均是對被測信息進行分析處理，根據(jù)相應(yīng)的信息庫作出故障判斷。由于車載診斷系統(tǒng)受到其運算速度的影響，故只能對那些影響行車安全的重要故障作出判斷，并指導(dǎo)司機及時排除，而更復(fù)雜的、多方面的故障信息則是依賴地面專家系統(tǒng)，根據(jù)知識庫和狀態(tài)數(shù)據(jù)庫所提供的信息，通過邏輯推理和經(jīng)驗知識作出故障診斷。在實際的應(yīng)用中，由于不同的應(yīng)用現(xiàn)場所要求的檢測和故障診斷的側(cè)重點也不同，這就需要軟件設(shè)計具有兼容性。因此，切實可行的診斷方法，建立知識庫和狀態(tài)數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)處理的難點和關(guān)鍵。

3.3 鐵路機車診斷系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

我國鐵路機車在使用的過程中，保持車輛的安全運行方式很大程度上依賴機車司機長時間的實踐過程。但是由于機車車輛的本身工作規(guī)定、噪音、震動、疲乏，即使經(jīng)驗豐富的司機一樣可能發(fā)生錯誤抑或失誤。20世紀80年代以后，國家鐵路部門積極地把診斷檢測技術(shù)的研究成果應(yīng)用于機車電器方面，并且取得了非常大的進步。如今，通常都是定期對已經(jīng)達到規(guī)定運行里程的鐵路機車進行大規(guī)模的檢測與維修，把檢修過的車輛送去維修廠，然后再依次對機車里面的電機、油機以及電氣線路進行檢測。其中檢測電路仍然使用常規(guī)做法，通過使用高度精密的儀表和儀器來對每一條電氣線路中電阻數(shù)值進行測量與分析，在完成以后做出檢測維修方法的判斷并實施。對于機車的綜合的診斷，大多數(shù)都運用人工智能的診斷方法。如果鐵路機車在行駛過程中出現(xiàn)了故障，必須在現(xiàn)場立即尋找出障礙發(fā)生的原因然后妥善解決，因而車載故障診斷體系非常重要。

4 結(jié)語

文章介紹了機車車載電氣線路故障診斷系統(tǒng)，其中一部分已經(jīng)通過了實驗?zāi)M監(jiān)測，車載部分具有觀察直觀，性能優(yōu)良，操作方便，體積小，并且可以進行實時監(jiān)測等特點，綜合考慮現(xiàn)實狀況，是一個非常實用的

系統(tǒng)。

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