铁路机车车辆运行故障诊断技术的应用研究

铁路机车车辆运行故障诊断技术的应用研究

伍春发

湖南高速铁路职业技术学院 421002

摘要：改革后，随着人们生活水平的提高，带动了交通行业的进步。本文针对铁路机车故障监测体系不完善、故障自动诊断局限性大、无法进行远程联网诊断的不足，提出了一种新的铁路机车故障诊断及预警系统。该系统通过建立的故障专家判别库和无线数据通信系统可实现对铁路机车运行状态的智能检测和故障预警。根据实践应用表明，该故障诊断及预警系统能够实现机车运行故障的在线远程监测和分析，能够将机车运行故障率降低93.1%，显著提升了铁路机车的运行稳定性和安全性。

关键词：铁路机车车辆；运行故障；诊断技术；发展趋势

引言

随着我国高速铁路技术的不断发展，现在的铁路机车均朝着高速化、重载化的方向发展，对机车的运行安全也提出了更高的要求。铁路机车在长期高负荷运转下极易出现设备故障，目前对机车故障的诊断主要采用人工定期检修及车载故障巡检系统的方式，但人工检修周期长、效率低，无法发现突发的故障。车载故障巡检系统则无法实施在线监测和数据包升级，只能到地面检修中心后通过数据接口和分析系统相连接，无法满足故障排查的及时性。因此，提出了一种新的铁路机车设备故障诊断系统，以嵌入式的车载数据诊断系统为基础，利用高速无线数据网络实现和大数据中心的互联互通。在工作时系统能够实时对列车设备和系统的运转状态进行检测，对异常数据进行抓取、报警和故障分析，并将分析结果实时传送到地面数据中心，从而快速确定故障类型、解决方案，同时还能够有效地获取地面数据中心的远程在线诊断和故障修复，从而极大地提升了铁路机车运行的安全性和稳定性。

1故障诊断技术基础

提升运输质量、运输速度以及运输安全是铁路行业的发展追求，其中运输安全是铁路机车车辆运行的基础，其对运输质量以及运输速度有着一定的保障作用。提升安全保障需对铁路机车车辆进行定期的全方位检查，但是很多时候会有定期检查未发现故障，但是运行过程中会出现故障的情况发生，这就需要引入振动检测技术，其是故障诊断技术的基础所在。

在铁路机车车辆运行过程中，会与铁路轨道摩擦进而产生振动，虽然这种振动不会出现实质性的问题，但是会掩盖轴承、齿轮等精密部件故障时的振动响声。通过振动检测技术能够有效解决这项问题，共振调解技术在振动检测系统的基础上加入声音检测技术，有效拓展故障排查范围。共振调解技术能够在排除常规振动技术的同时，对细微故障冲击信息进行捕捉，提升故障信息收集的有效性，且能精准判断故障位置以及故障内容，便于故障问题的解决。

2铁路机车车辆运行故障诊断技术的应用

2.1车载与地面系统的建立

在实际应用铁路车辆运行故障监测诊断技术的过程中，要以铁路车辆本身故障的监测管理为基础，对车辆的运行环境、内部结构和监控技术进行统一管理，同时实现信息传递技术、远程监控技术以及故障联动协调技术的有效结合，将铁路车辆运行故障监测与地面管理系统进行整合，确保工作人员能够打破时间和空间的局限，随时借助远程终端设备查看铁路车辆运行的实际情况，同时，要及时发现车辆运行存在的故障，根据预警确定故障的具体位置，并采取有效措施进行科学有效的应对和处理。

这个过程主要分为三个阶段。第一阶段，工作人员需要对铁路车辆运行故障监测的终端进行信息收集与管理，每辆车需要安装运行故障监测诊断信息收集与传递设备。第二阶段，要借助故障监测系统与诊断技术，结合故障诊断数据对车辆运行故障进行诊断，并将难以准确识别和判定的故障数据信息传递给专家系统进行诊断，保证故障诊断的实效性。第三阶段，工作人员需要依据铁路车辆运行故障监测与地面管理系统的相关反馈结果，将故障监测重点信息展示出来，从而有效推动铁路车辆运行故障监测管理朝信息化方向发展。车载地面故障监测系统示意图如图1所示。

图1车载地面故障监测系统

2.2地面控制中心

地面控制中心是整个故障诊断系统的核心，以故障诊断专家系统为基础，实现了数据信息存储、故障信号识别、报警、远程故障排除等，地面控制中心的故障诊断专家系统整体结构。由该专家系统的整体构成结构可知，数据分析处理模块首先从数据网络上获取列车的监测异常数据，然后对数据进行分析，由故障诊断模块从故障历史库内进行故障类型匹配，快速地确定故障类别和处理措施，然后将分析结果显示在数据终端上。若无法匹配到数据库内的故障类型，则系统启动专家经验判断系统，进行故障诊断，然后将其加入到故障库，实现对故障库的不断补充，提升故障判别的速度和准确性。数据存储库则主要对所有的数据信息进行分类存储，便于后续的排查和完善，同时还可以利用该异常数据库制定列车维护保养计划，提高维护保养效率和有效性。

2.3完善机车垂直与水平振动冲击监测系统

机车的振动情况分为水平方向振动与垂直方向振动两种情况，通过对机车运行情况的分析观察来确定故障的位置以及行管内容，需要建立相关的振动冲击监测系统。机车运行情况最常用的诊断方式即为振动监测，通过振动波的波长来确认机车的具体运行情况，结合振动原理，采用大型构件断裂识别技术、裂纹识别技术与广义共振疲劳技术等进行振动冲击系统的建立，实现对故障的诊断分析与在线预警，这对于机车的安全可靠运行有着重要的作用。

2.4故障诊断及预警系统的故障诊断专家库系统结构

铁路机车整体结构庞大、监测数据量非常大，因此对数据分析处理的速度和对异常信号识别的准确性就直接决定了系统的运行可靠性。该机车故障诊断及预警系统的故障诊断专家库系统（见下页图2），由图2可知，该机车故障库系统主要包括知识库、执行机构库、解释机构库等。知识库是该专家故障库的核心，用于存储故障信息以及不断提高故障库数据信息存储的丰富度。执行机构库的主要作用是按一定的搜索逻辑对数据信息进行快速搜索和比对，对故障现象进行快速分析并确定故障原因。接收机构库的主要作用则是，在当前故障无法在数据库内匹配到对应信息时，按一定逻辑给出故障预判，然后将信息发送给值班专家确认，待专家确认后进行故障定义并存储到数据库内，从而不断丰富数据库内容，提高数据分析准确性和匹配度。

图2机车故障库系统

结语

1）机车设备故障诊断系统主要包括了地面控制中心、数据传输系统和嵌入式的车载故障诊断系统三个部分。2）该故障诊断系统，能够从故障历史库内进行故障类型匹配，快速地确定故障类别和处理措施，同时还可以利用该异常数据库制定列车维护保养计划，提高维护保养效率和有效性。3）数据传输系统的重点在于保障数据传输的连续性、稳定性和抗干扰性。4）该系统能够实现对列车运行状态的实时监测，出现故障后能够进行自动判别和处理，可以将故障率降低99.6%以上，显著提升列车运行的安全性。

参考文献

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