減速頂故障在線監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用研究

殷 勇 中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司運(yùn)輸部

減速頂是一種鐵路編組站駝峰自動(dòng)化調(diào)速設(shè)備，作為中國鐵路駝峰調(diào)速系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)速設(shè)備。減速頂有故障需要及時(shí)維修以消除安全隱患，保證運(yùn)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(tǒng)探討減速頂信息最優(yōu)管理模式，陳延龍[2]等提出利用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)和RFID技術(shù)構(gòu)建減速頂管理系統(tǒng)；郭琦[3]結(jié)合金州站實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了一套減速頂管理系統(tǒng)。閆志強(qiáng)[4]設(shè)計(jì)了一套鐵路減速頂狀態(tài)參數(shù)遠(yuǎn)程傳輸及管理系統(tǒng)；于文平[5]等通過B/S網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)研發(fā)了減速頂設(shè)備巡檢管理系統(tǒng)。

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(fā)展出以檢測小車為代表的故障判別工具，通過判別減速頂?shù)挠蜌鈮毫?，替代減速頂工作壓力指標(biāo)，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(xiàn)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(tài)數(shù)據(jù)來判斷動(dòng)態(tài)工作狀態(tài)，原理錯(cuò)誤。實(shí)際應(yīng)用中，人工直接判別法優(yōu)于檢測小車判別法，檢測小車僅是測量減速頂靜態(tài)油氣壓力，不符合其工作原理，導(dǎo)致測試結(jié)果與減速頂實(shí)際工作狀態(tài)誤差太大，引起安全隱患。

（2）人工判別方法勞動(dòng)強(qiáng)度大：上述兩種方法都具有勞動(dòng)強(qiáng)度大的特點(diǎn)，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(dòng)小車，在軌道上對每一臺減速頂測試，速度慢，時(shí)間長，同樣不省力。

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

（4）人工判別是周期性判別而不是實(shí)時(shí)判別：由于人工判別法工作效率低、對運(yùn)輸干擾大，所以無法做到實(shí)時(shí)判別，只能是周期性的判別，每月或每半年作業(yè)一次。減速頂一個(gè)月或半年的工作狀態(tài)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(jīng)驗(yàn)與技能，新工人普遍缺少勤學(xué)苦練的精神；二是責(zé)任心，主人翁的缺失感，業(yè)務(wù)外包的多種用工生態(tài)導(dǎo)致減速頂故障檢查工作流于形式；三檢測小車的非專業(yè)管理，量具缺少定期校準(zhǔn)。

（6）人工判別質(zhì)量堪憂：鑒于人工判別采用原理錯(cuò)誤（檢測小車原理），勞動(dòng)強(qiáng)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(dǎo)致判別不能真實(shí)反映減速頂實(shí)際工作狀態(tài)，許多減速頂都是帶病工作，給運(yùn)輸生產(chǎn)帶來安全隱患。

2 減速頂故障在線監(jiān)測系統(tǒng)的研發(fā)

提高減速頂調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量的關(guān)鍵在于及時(shí)消除減速頂?shù)墓收?，及時(shí)消除故障的關(guān)鍵是準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)判別減速頂故障，以基于減速頂動(dòng)態(tài)工作基本原理的現(xiàn)代科技方法實(shí)現(xiàn)高效、精準(zhǔn)、科學(xué)的故障判別。

該系統(tǒng)對減速頂故障的判別原理為：以測試減速頂動(dòng)態(tài)工作的作用反力作為減速頂是否發(fā)生故障的判別依據(jù)，由此可準(zhǔn)確判別減速頂動(dòng)態(tài)工作狀態(tài)。系統(tǒng)主要構(gòu)成包括：供電子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲與分析子系統(tǒng)、用戶管理終端和用戶維修終端等。其系統(tǒng)組成和工作原理如圖1所示。

2.1 供電子系統(tǒng)

供電子系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)為數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)供電，其采用變壓器將電網(wǎng)電壓220 V轉(zhuǎn)變成12 V低壓電源，通過輸電線向安裝在股道中數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)供電，供電子系統(tǒng)一般安裝在室內(nèi)，所以可保證用電安全。

圖1 減速頂故障在線監(jiān)測系統(tǒng)組成與工作原理圖

2.2 數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)是減速頂故障在線監(jiān)測系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，如圖1所示。該子系統(tǒng)包含若干采集終端，采集終端有采集網(wǎng)關(guān)和負(fù)荷傳感器終端兩個(gè)核心部件，采集網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)給傳感器供電，并收集傳感器信號，將信號發(fā)送出去。若干采集終端成組為一個(gè)采集單元，若干采集單元組成采集子系統(tǒng)。

2.3 數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)負(fù)責(zé)將采集網(wǎng)關(guān)發(fā)送的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)存儲于分析子系統(tǒng)。其包含無線中繼、天線和匯聚網(wǎng)關(guān)等。一個(gè)編組場在股道現(xiàn)場安裝若干無線中繼，其負(fù)責(zé)收集股道上采集單元實(shí)時(shí)發(fā)送來的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(fā)來的數(shù)據(jù)，傳輸給匯聚網(wǎng)關(guān)；一個(gè)編組場配置一個(gè)匯聚網(wǎng)關(guān)，安裝在室內(nèi)，通過IP互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，將現(xiàn)場監(jiān)測獲得減速頂工作數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)存儲于分析子系統(tǒng)。

2.4 數(shù)據(jù)存儲與分析子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)存儲與分析子系統(tǒng)負(fù)責(zé)存儲減速頂實(shí)時(shí)工作數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，給出處理結(jié)果，處理結(jié)果同樣存儲在子系統(tǒng)中。該子系統(tǒng)為一個(gè)服務(wù)器，服務(wù)器中安裝有數(shù)據(jù)處理軟件，負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)的處理。處理的核心數(shù)據(jù)為減速頂?shù)墓ぷ鲏毫?，并將壓力?shù)據(jù)繪制成壓力曲線圖，并作出是否發(fā)生故障的判斷，對發(fā)生的疑似故障通過用戶管理終端給與預(yù)警提示。

2.5 用戶管理終端

用戶管理終端是基于網(wǎng)頁設(shè)計(jì)的友好用戶軟件。用戶可通過鐵路內(nèi)網(wǎng)直接登錄相應(yīng)的地址，就可以實(shí)現(xiàn)對監(jiān)測系統(tǒng)的管理。管理終端可實(shí)現(xiàn)減速頂故障在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備數(shù)據(jù)錄入、減速頂監(jiān)測數(shù)據(jù)查看、疑似故障減速頂分析與處理、維修記錄報(bào)表等功能。

2.6 用戶維修終端

用戶維修終端是一個(gè)類似手機(jī)的減速頂故障維修終端，監(jiān)測系統(tǒng)將發(fā)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(xiàn)場，根據(jù)終端顯示的故障信息，到減速頂相應(yīng)安裝位置進(jìn)行確認(rèn)，現(xiàn)場確認(rèn)為故障減速頂?shù)?，用備用減速頂進(jìn)行更換，并將故障減速頂帶回室內(nèi)，由此實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)維修。

3 南翔站減速頂故障在線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用情況分析

3.1 系統(tǒng)應(yīng)用概況

本系統(tǒng)在上海局站場調(diào)速設(shè)備檢測站經(jīng)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(jù)實(shí)際測得的兩頂之間的距離配置相應(yīng)長度的數(shù)據(jù)線和電源線。100臺減速頂組成8個(gè)數(shù)據(jù)采集單元，8個(gè)采集單元構(gòu)成數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)。具體分組見表1。

表1 南翔站下編場19道減速頂監(jiān)測系統(tǒng)采集單元分組表

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

3.2 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

2019年10月，系統(tǒng)安裝完成，即開通使用。如圖2呈現(xiàn)每天實(shí)時(shí)監(jiān)測的現(xiàn)場減速頂工作狀態(tài)。

圖2 減速頂故障在線監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行情況

通過現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)用，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了以下功能：

（1）通過定量表述判別減速頂故障。本系統(tǒng)通過監(jiān)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(dá)標(biāo)，需要維修，恢復(fù)其工作性能，滿足運(yùn)輸生產(chǎn)要求。

（2）通過定量表述判別存在安全隱患的減速頂。通過監(jiān)測減速頂工作反力，判別存在安全隱患的減速頂，當(dāng)連續(xù)多次監(jiān)測到其工作反力超過一定安全閾值，給出提出預(yù)警，現(xiàn)場檢查確認(rèn)，必要時(shí)進(jìn)行更換維修。

（3）實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)維修，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。監(jiān)測系統(tǒng)將疑似故障的減速頂標(biāo)記出，維修人員只需要到疑似故障頂位置，進(jìn)行維護(hù)更換即可?？蓴?shù)倍減少無效人工現(xiàn)場巡查工作量。

（4）提高編組站整體減速頂調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)營質(zhì)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(shí)維修，造成整站調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)營質(zhì)量下降。實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)維修后，可及時(shí)處理故障頂，從而提高整個(gè)編組站減速頂調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)營質(zhì)量。

（5）實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測功能。本監(jiān)測系統(tǒng)處于實(shí)時(shí)工作狀態(tài)，只要有車輛通過減速頂，系統(tǒng)就啟動(dòng)，測試減速頂?shù)墓ぷ鞣戳Γ?jì)算出結(jié)果，用戶可隨時(shí)登陸內(nèi)網(wǎng)，查看減速頂工作狀態(tài)。

3.3 減速頂故障監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析

減速頂故障監(jiān)測系統(tǒng)投入使用后，積累了龐大的數(shù)據(jù)。龐大的檢測數(shù)據(jù)中最有核心價(jià)值的數(shù)據(jù)是對故障頂?shù)呐袛鄶?shù)據(jù)和工作反力超過安全閾值的數(shù)據(jù)。

（1）故障頂判斷數(shù)據(jù)、超出安全閾值減速頂?shù)臄?shù)據(jù)對比分析

系統(tǒng)開通運(yùn)營后，對同一編號的減速頂頻繁提出預(yù)警的數(shù)據(jù)，可基本確認(rèn)為故障頂，減速頂做功狀態(tài)不佳，需要維修更換。為了進(jìn)一步驗(yàn)證系統(tǒng)的準(zhǔn)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(jìn)行對比測試，測試的數(shù)據(jù)如表2。

表2 檢測站測試故障頂數(shù)據(jù)、壓力超過安全閾值數(shù)據(jù)表

通過表2數(shù)據(jù)可驗(yàn)證系統(tǒng)給出了正確判斷，“12060942”號頂臨界速度嚴(yán)重偏離標(biāo)準(zhǔn)值4.5 km/h，實(shí)際現(xiàn)場已經(jīng)基本不起作用，“10032984”號減速頂已經(jīng)超出壽命周期太多，已經(jīng)完全失效。

同樣，選擇了編號為“1403568”和“14051397”減速頂送檢測站進(jìn)行對比測試分析，測得數(shù)據(jù)如表2。在高速15 km/h狀態(tài)下，其工作反力只有24 000 N。與本系統(tǒng)測試有誤差，原因主要有：檢測站是單臺測試，現(xiàn)場是多輛車高速狀態(tài)下對減速頂做功，不同的溫度對減速頂反力有較大影響；現(xiàn)場車列通過減速頂往往到達(dá)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(zhì)嚴(yán)重，流動(dòng)性差導(dǎo)致反力異常；現(xiàn)場復(fù)雜工況導(dǎo)致的不確定因素引起。由此結(jié)合減速頂使用年限綜合判斷，這一類減速頂也要進(jìn)行更換維修，以消除安全隱患。

（2）實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

通過南翔站19道減速頂大修前后監(jiān)測數(shù)據(jù)對比分析表明，19道減速頂2014年投入使用，監(jiān)測系統(tǒng)在2019年12月25日大修前一天測得多達(dá)19臺疑似故障頂，占股道數(shù)量的19%。大修后的2020年1月2日，監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測到疑似故障頂降低到7臺。由此可驗(yàn)證減速頂大修的作用和必要性。隨著本系統(tǒng)在整個(gè)站場推廣使用，可以通過本監(jiān)測系統(tǒng)，得出諸如不同投產(chǎn)時(shí)間的減速頂質(zhì)量優(yōu)劣，不同股道減速頂工作負(fù)荷等諸多有價(jià)值的數(shù)據(jù)，從而為進(jìn)一步的精準(zhǔn)維修提供參考依據(jù)。

4 結(jié)語

減速頂故障在線監(jiān)測系統(tǒng)在南翔站19道投入運(yùn)營以來，能夠準(zhǔn)確識別故障頂，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)設(shè)計(jì)核心目標(biāo)，取得了良好的運(yùn)營效果，具有一定的推廣價(jià)值。鑒于目前僅在一股道使用，還沒有完全發(fā)揮系統(tǒng)功能，如果能夠在全站場推廣使用，系統(tǒng)同樣具備識別故障頂?shù)哪芰?，同樣可?shí)現(xiàn)精準(zhǔn)維修，從而可大大節(jié)約勞動(dòng)強(qiáng)度，從而節(jié)約用工成本，同時(shí)可節(jié)約維修成本。全站場推廣使用該系統(tǒng)，可提高整個(gè)站場駝峰調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)營質(zhì)量，減少對運(yùn)輸生產(chǎn)的干擾，消除安全隱患。

系統(tǒng)在應(yīng)用過程中也有需要改進(jìn)的地方。比如監(jiān)測系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)與檢測站測試數(shù)據(jù)存在誤差，需要對現(xiàn)場進(jìn)行進(jìn)一步校準(zhǔn)；現(xiàn)場監(jiān)測還存在一些誤判，需要在站場配置標(biāo)準(zhǔn)減速頂用于校準(zhǔn)監(jiān)測系統(tǒng)；軟件系統(tǒng)的算法同樣需要不斷改進(jìn)，以更好的滿足實(shí)際運(yùn)營需求。