關(guān)于THDS紅外線軸溫探測系統(tǒng)隱性故障的分析與探討

王保平

(太原鐵路局 湖東車輛段， 山西大同 037300)

?

關(guān)于THDS紅外線軸溫探測系統(tǒng)隱性故障的分析與探討

王保平

(太原鐵路局 湖東車輛段， 山西大同 037300)

主要介紹紅外線軸溫探測系統(tǒng)(THDS)的統(tǒng)型機設(shè)備近年來在鐵路應(yīng)用推廣后，系統(tǒng)軸溫探測、故障判斷運用過程中發(fā)現(xiàn)了一些難以識別的隱性故障，并針對湖東車輛段管轄的北同蒲線路的紅外線設(shè)備，應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)的隱形故障進(jìn)行了分析探討，總結(jié)了故障識別方法，為提高紅外線軸溫探測系統(tǒng)故障識別和處置適應(yīng)能力，提供了一些參考建議。

紅外線軸溫探測； THDS； 測溫精度； 熱軸誤報

紅外線軸溫探測系統(tǒng)(THDS)是安裝在鐵路線上車輛軸溫安全監(jiān)測系統(tǒng)，采用計算機、光學(xué)、自動控制、電子技術(shù)，能自動檢測運行列車的各種類型車輛的熱軸故障。具有自動識別客車、貨車，自動計軸計輛、測列車速度、系統(tǒng)自檢等功能，按微熱、強熱、激熱3個等級預(yù)報熱軸。它是發(fā)現(xiàn)車輛熱軸、防止熱切軸、保證鐵路運輸安全的重要設(shè)施，是提高運輸效率的重要保障。隨著科技的發(fā)展以及鐵路安全運輸形式的需求，紅外線軸溫探測系統(tǒng)(THDS)越來越成為鐵路安全運輸不可或缺的千里眼，對于及時發(fā)現(xiàn)車輛熱軸，防止熱切軸起著舉足輕重的作用。

圖1 紅外線軸溫探測統(tǒng)型機室外設(shè)備

1 存在問題

大秦鐵路股份有限公司湖東車輛段管轄紅外線設(shè)備分布在大秦線、北同蒲線、京包線等鐵路區(qū)間，上述鐵路區(qū)間的紅外線軸溫探測系統(tǒng)(THDS)由過去的一代機、二代機目前發(fā)展為統(tǒng)型機見圖1所示，紅外線統(tǒng)型機就是各設(shè)備廠家出廠設(shè)備按照統(tǒng)一制式、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一外形生產(chǎn)設(shè)備，便于全路推廣使用，目前鐵路應(yīng)用較多的統(tǒng)型機型號有THDS-A、THDS-BS等類型。

北同蒲線是大秦鐵路運煤的主要通道，目前安裝了THDS-A、THDS-BS型紅外線軸溫探測系統(tǒng)，設(shè)備由大秦鐵路股份有限公司湖東車輛段進(jìn)行維護(hù)，經(jīng)過近年來應(yīng)用設(shè)備日常維護(hù)過程中，偶爾會發(fā)生一些隱性故障，這些故障現(xiàn)象往往不明顯，且容易給維護(hù)人員造成假象，致使故障處置時間延長，影響正常探測。因此有必要對一些隱性設(shè)備故障進(jìn)行深入分析，找到問題的根本，從而確保設(shè)備正常探測。下面根據(jù)湖東車輛段實際，對發(fā)生的幾起THDS-A、THDS-BS隱性故障進(jìn)行分析，并提出整改措施，為今后紅外線軸溫探測系統(tǒng)處置提供建議。

2 故障分析

2.1 光子探頭擋板故障

2015年8月8日23：41分，岱岳下行THDS(A型)探測站通過的72055次，編組105輛，機后81位C80B4388344右2軸、88位C80B4360814 右4軸微熱，經(jīng)數(shù)據(jù)分析與前后站溫升對比，溫升異常。調(diào)閱過車時設(shè)備靜態(tài)數(shù)據(jù)，各項指標(biāo)均未見異常，見圖2所示。查看熱軸軸溫波形，波形未見異常。調(diào)閱配置參數(shù)，發(fā)現(xiàn)兩列車選取的熱靶曲線均為21:13分系統(tǒng)自動進(jìn)行熱靶標(biāo)定，熱靶曲線平滑，無拐點，說明探頭線性度良好，右側(cè)探頭輸出偏低，但影響程度可以忽略，見圖3所示。

對23:41分通過岱岳的C80B4388344 、C80B4360814進(jìn)行追蹤，發(fā)現(xiàn)該車通過韓家?guī)X、懷仁、金沙灘下行THDS探測站時，右側(cè)內(nèi)外探探測軸溫相差不大，都在8℃以內(nèi)，而達(dá)到岱岳下行THDS探測站時，外探比內(nèi)探探測溫度高33℃、21℃，說明外探探測軸溫偏高。

圖2 設(shè)備靜態(tài)數(shù)據(jù)未見異常

通過對比C80B4375796在通過岱岳下行與上一站金沙灘的過車數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，列車通過金沙灘時，右外軸溫均值比右內(nèi)軸溫均值低3.15℃，而通過岱岳時，右外軸溫均值比右內(nèi)軸溫均值高3.45℃，說明右外探頭探測軸溫偏高，見表1所示。

圖3 熱靶數(shù)據(jù)未見異常

表1 岱岳與金沙灘站的過車數(shù)據(jù)對比 ℃

繼續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)設(shè)備在21:13分進(jìn)行熱靶標(biāo)定后，在23:58分再次進(jìn)行熱靶標(biāo)定，從標(biāo)定結(jié)果來看，右側(cè)探頭輸出較21:13分提高。對兩次熱靶數(shù)據(jù)進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，23:58分探頭輸出電壓整體高于21:13分探頭輸出電壓。如在21:13分時，熱靶溫度為80.1℃時，探頭輸出為2.1 V，而在23:58分時，熱靶溫度為52.8℃時，探頭輸出為2.2 V，說明探頭響應(yīng)率在此期間發(fā)生了明顯變化，見表2所示。

表2 熱靶數(shù)據(jù)對比

查看熱靶標(biāo)定時擋板電壓值，21:13分進(jìn)行熱靶標(biāo)定時，擋板電壓最大值為3.321 V，較正常情況偏低(擋板完全打開時擋板電壓應(yīng)大于3.4 V)，說明熱靶標(biāo)定時，擋板未能全部打開。而23:58分進(jìn)行熱靶標(biāo)定時，擋板電壓為3.463 V，恢復(fù)正常，見圖4所示。

圖4 擋板電壓值對比

通過以上分析，我們可以將故障復(fù)原：設(shè)備在21:13分進(jìn)行自動熱靶標(biāo)定時，右側(cè)外探擋板未能全部打開，造成探頭未能將熱靶輻射的紅外線全部采集，致使探頭輸出電壓偏低，造成響應(yīng)率低的“假象”，表現(xiàn)為熱靶曲線平緩。而23:58分系統(tǒng)再次進(jìn)行熱靶標(biāo)定時，擋板電壓恢復(fù)正常(高于3.4 V)，說明擋板完全打開，因此，探頭輸出電壓"恢復(fù)"至正常水平。而程序選擇熱靶曲線是根據(jù)環(huán)溫、盤溫、器溫等進(jìn)行，因此，計算溫度采用的熱靶曲線均為最近的21:13分的熱靶曲線，造成了探頭的實際響應(yīng)率與計算溫度所采用的基準(zhǔn)(即熱靶曲線)不匹配，導(dǎo)致計算溫度偏高。對于此類故障，若不進(jìn)行深入研究，就會誤認(rèn)為正常預(yù)報，影響判斷。

2.2 熱靶曲線異常故障

紅外線軸溫探測系統(tǒng)(THDS)工控機內(nèi)的AD卡負(fù)責(zé)將控制箱處理后的信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，最終由IPC軟件進(jìn)行計算。因其處在信號處理末端，且性能下降時，容易造成其他故障的“假象”，因此，給正常判斷帶來難度。

2015年8月24日，金沙灘下行THDS探測站提示熱靶曲線異常。維修人員調(diào)閱熱靶數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)5:16分左側(cè)熱靶輸出電壓有跳變，如圖5所示，遠(yuǎn)程重做熱靶后，恢復(fù)正常。

圖5 熱靶輸出電壓跳變

06:21分左側(cè)熱靶曲線再次發(fā)生電壓跳變現(xiàn)象，初步判斷熱靶或溫度變送器，更換上蓋后熱靶曲線恢復(fù)正常。

圖6 更換后熱靶輸出電壓跳變

然而在18:17分，左側(cè)熱靶曲線再次異常，如圖6所示，維修人員對測溫板進(jìn)行更換，25日04:23分，熱靶曲線再次發(fā)生異常表現(xiàn)為兩側(cè)熱靶溫度，輸出電壓均為正常值的一半。由此確定為AD卡故障，更換后故障未再發(fā)生。

圖7 熱靶輸出電壓恢復(fù)正常

該故障為典型的隱性故障，前期的表象有幾個特點：一是故障為非連續(xù)性的，沒有持續(xù)表現(xiàn)出異?，F(xiàn)象，第一次發(fā)生熱靶曲線異常后，遠(yuǎn)程重新進(jìn)行熱靶標(biāo)定即恢復(fù)正常。二是故障現(xiàn)象較為單一，單純的表現(xiàn)為熱靶曲線異常，且熱靶曲線中只有1個點輸出異常，容易引起誤判。三是該故障直至25日04：23分才明顯的表現(xiàn)出公共問題，給故障點的確定帶來困難。

2.3 IPC軟件選擇熱靶曲線

2015年6月17日15：00分，太原鐵路局動態(tài)檢測北同蒲線韓家?guī)X下行THDS探測站時發(fā)現(xiàn),設(shè)備關(guān)鍵探測指標(biāo)測溫精度偏差較大，內(nèi)探探頭左側(cè)中低溫偏低8.9℃和13.3℃，中高溫偏低14.2℃和15.8℃，內(nèi)探右側(cè)偏低10.5℃和11.1℃。

查看設(shè)備近期維護(hù)情況，最近一次標(biāo)定為6月17日04:30～06:30，且精度均在±1℃范圍內(nèi)，符合要求。進(jìn)一步分析，發(fā)現(xiàn)韓家?guī)X上行THDS設(shè)備在檢測車通過前，于 14:49分自動進(jìn)行熱靶標(biāo)定。檢測車通過前，14：57：53系統(tǒng)進(jìn)行了自動跳檔操作，跳檔后系統(tǒng)自動開始進(jìn)行熱靶標(biāo)定。由于此時14：58：10檢測車通過，自動熱靶標(biāo)定操作停止。過車后，系統(tǒng)計算軸溫時，根據(jù)光子探頭器件溫度會自動搜索跳檔后匹配的熱靶曲線，由于系統(tǒng)跳檔后自動做熱靶標(biāo)定未成功，而導(dǎo)致檢測車通過時系統(tǒng)沒有搜索到最佳的熱靶曲線，而選取了最近的熱靶曲線，致使測溫不準(zhǔn)確。

3 改進(jìn)措施

通過對歷年紅外線軸溫探測系統(tǒng)發(fā)生的故障進(jìn)行梳理，湖東車輛段組織進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)，并采取了一些補強措施，以便提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患。

3.1 加強設(shè)備數(shù)據(jù)調(diào)閱

重點是將熱靶曲線前后對比納入到日常數(shù)據(jù)調(diào)閱中，若相鄰熱靶曲線輸出在同一溫度接近飽和的狀態(tài)下，電壓輸出差大于1 V時，須對設(shè)備進(jìn)行進(jìn)一步檢查，包括對同一列車前后站平均溫升進(jìn)行對比，查看設(shè)備原始數(shù)據(jù)，確定是否為設(shè)備原因。

3.2 總結(jié)熱靶曲線異常規(guī)律

對于熱靶數(shù)據(jù)異常問題，先從熱靶曲線上直觀判斷，即從橫坐標(biāo)(靶溫)和縱坐標(biāo)(探頭輸出)上查找問題，一般情況下故障點只有一個，容易分析。統(tǒng)計故障類型有4種：

(1)探頭問題：探頭輸出有跳變或無變化；

(2)靶溫采集問題：熱靶采集有跳變或者無變化；

(3)熱靶加熱問題：靶溫不上升探頭無輸出；

(4)大門開關(guān)問題：探頭沒有對著熱靶，輸出異常。

當(dāng)探測站熱靶曲線多處故障點并存時，如探頭輸出和靶溫采集同時異?；蜷g歇出現(xiàn)時，應(yīng)該判斷系統(tǒng)采集的公共部分。即AD采集卡和AD電纜。

當(dāng)出現(xiàn)大范圍的系統(tǒng)指標(biāo)數(shù)據(jù)異常，多數(shù)情況下為采集出現(xiàn)問題，AD電纜松動或者是AD采集卡出現(xiàn)異常，例如現(xiàn)場設(shè)備多數(shù)電源電壓出現(xiàn)問題，這種情況一般是AD電纜松動或AD卡出現(xiàn)問題導(dǎo)致。

通過以上判斷步驟，結(jié)合原始數(shù)據(jù)調(diào)閱以及現(xiàn)場檢查情況，可以進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)中心所不能發(fā)現(xiàn)的隱性故障，減少故障誤判造成的故障延時和故障重復(fù)處理。

3.3 改進(jìn)熱靶維護(hù)措施

為避免因跳檔造成設(shè)備無法找到合適的熱靶曲線，每次天窗維修時要避免將全部熱靶曲線清除，須保留1天的熱靶曲線。必要時，須手動進(jìn)行熱靶標(biāo)定，為軸溫計算提供依據(jù)。

4 相關(guān)建議

4.1 引入軸溫判斷模型

由設(shè)備廠家收集不同類型軸承的溫度規(guī)律，通過大量的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，形成軸溫模型，在設(shè)備無法正常探測時，可以通過不完整的信息來推斷軸承溫度，以此來作為彌補。

4.2 優(yōu)化熱靶曲線選擇功能

一是選擇熱靶曲線時要綜合考慮各方面因素，如晝夜因素，環(huán)境因素，以及綜合考慮探頭輸出的情況，發(fā)生響應(yīng)率明顯變化的，要重新進(jìn)行熱靶標(biāo)定，并進(jìn)行評判，對于存在故障隱患的，要予以提示，以便及時解決。

4.3 優(yōu)化熱軸預(yù)報標(biāo)準(zhǔn)

在原有的預(yù)報標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，通過對問題軸承波形進(jìn)行比對分析，找出故障軸承曲線的規(guī)律，在微熱的基礎(chǔ)上進(jìn)行微熱加提示，以便于指導(dǎo)現(xiàn)場扣車。

[1] 趙長波，陳 雷.鐵路貨車軸溫探測與應(yīng)用概論[M].北京：中國鐵道出版社，2010.

[2] 原中華人民共和國鐵道部.鐵路貨車運用維修規(guī)程[M].北京：中國鐵道出版社，2010.

[3] 原中華人民共和國鐵道部.車輛軸溫智能探測系統(tǒng)(THDS)設(shè)備檢修維護(hù)管理規(guī)程[M].北京：中國鐵道出版社，2009.

Analysis and Discussion on the Hidden Trouble of THDS Infrared Axle Temperature Detecting System

WANGBaoping

(Hudong Electric Depot, Taiyuan Railway Bureau, Datong 037300 Shanxi, China)

This paper introduces the infrared axle temperature detection system (THDS) system of machine equipment in recent years in the promotion and application of railway, system of axle temperature detection, fault diagnosis using process found it difficult to identify the fault hidden, and infrared equipment for a Lake East depot under the jurisdiction of the North Tongpu line, found in the process of application of hidden failures are analyzed and discussed in this paper, summarizes the fault recognition method, provides some suggestions to improve the infrared axle temperature detection system fault identification and disposal ability to adapt.

infrared axle temperature detection; THDS; temperature measurement precision; hot axis false alarm

??)男，高級工程師(

2016-03-24)

1008-7842 (2016) 05-0089-04

U260.331+.2

A

10.3969/j.issn.1008-7842.2016.05.20