城市轨道交通ZDJ9型转辙机健康管理系统研究

城市轨道交通ZDJ9型转辙机健康管理系统研究

谢东

苏州轨道交通运营有限公司 江苏苏州 215000

摘要：本文针对城市轨道交通ZDJ9型转辙机的健康管理系统的设计应用策略进行探究，并通过对其结构、工作原理及维护保养等方面的分析，探讨如何提高转辙机的可靠性和安全性。首先阐述了当前城市轨道交通ZDJ9型转辙机健康管理现状，提出了基于传感器监测和数据分析技术对转辙机的运行状态进行实时监测和故障预警，从而提前发现潜在故障，并采取相应措施进行修复和维护。

关键词：城市轨道交通；ZDJ9型转辙机；健康管理系统

引言

随着城市轨道交通网络规模不断扩大和运营强度加大，其设备的健康管理变得越来越重要。在我国，ZDJ9型转辙机在各地城市轨道交通运行管理中扮演着至关重要的角色。但是，由于传统维护模式存在一定局限性，转辙机的故障频发，给交通运输系统的安全和可靠性带来了极大威胁。因此，有必要结合实际，研究并设计一种有效的转辙机健康管理系统。

一、城市轨道交通ZDJ9型转辙机健康管理现状

我国城市轨道交通发展迅猛，成为现代城市运输的重要组成部分。在城市轨道交通系统中，ZDJ9型转辙机作为关键设备之一，具有以下几个特征：

（一）高负载和高频率运行

由于城市轨道交通运营强度大，ZDJ9型转辙机需要经受频繁的列车通过和换线操作。因此，它的工作负载非常高，并且处于不断变化的工作状态[1]。

（二）结构功能复杂

ZDJ9型转辙机由多个部件组成，包括操纵杆、传动系统、固定扳道器等。它需要精确地将列车从一条轨道引导到另一条轨道上，并且能够在列车通过时实现快速而平稳的转向。尤其在一些城市的大型轨道交通枢纽中，该设备的内部结构和工作原理都非常复杂。

（三）对安全性与可靠性要求高

转辙机在城市轨道交通系统中起着至关重要的作用，直接影响列车行驶路径的正确性和稳定性。因此，在保证乘客安全的前提下，转辙机需要具备高可靠性，并能够及时进行故障预警和维护修复。

（四）维护保养困难

由于ZDJ9型转辙机通常安装在轨道下方，受到限制空间的限制。这导致对其维护保养的困难，需要员工进行人工巡检和维修。因此，开发一种智能化的健康管理系统能够减少人工维修时间和成本，提高转辙机的运行效率和可靠性[2]。

二、开发应用城市轨道交通ZDJ9型转辙机健康管理系统的必要性

（一）提高运行可靠性和安全性

ZDJ9型转辙机作为城市轨道交通系统中的关键设备，其正常运行对于列车的路径切换以及乘客的安全至关重要[3]。通过健康管理系统，可以实时监测转辙机的运行状态和工作负荷，并进行故障预警。这样既能减少潜在故障造成的安全风险，又能保证城市轨道交通的正常运营。

（二）降低维护成本和时间

传统的维护管理模式下，转辙机的维护通常依赖于人工巡检和定期维修。但是，这种方式无法准确捕捉到潜在问题并进行及时修复，且需要耗费大量人力和时间。而通过健康管理系统，通过传感器数据监测和大数据分析技术，可以实时获取到转辙机各项指标数据，并对运行状态进行分析评估和预警提示。这将使得维护人员能够更准确、更及时地定位故障点，并采取相应措施迅速修复，从而降低维护成本和时间。

（三）提高运行效率和可持续性

城市轨道交通是现代城市居民日常出行的重要方式，其对整个城市交通运输系统的运行效率有着直接影响。转辙机的故障或失效可能导致列车晚点、停运甚至事故发生，给乘客和城市交通带来不便和风险。通过健康管理系统有效监控设备状态并进行预警后，可以及时采取维修措施，保证轨道交通系统的正常运行，提高整体运输效率和可持续性[4]。

三、城市轨道交通ZDJ9型转辙机健康管理系统设计应用策略

（一）系统模块设计

1.人机界面

人机界面是与操作员进行交互的重要组成部分，应该注重用户体验和操作便捷性。首先，界面布局清晰简洁，以便操作员能够快速了解转辙机的工作状态，同时提供直观明了的指示灯或图标，用于显示正常/异常状态、警告信息等。然后，为各个功能模块提供可视化界面，使得操作员可以方便地配置参数、监测运行情况等。比如可以增加一个主界面，显示转辙机当前状态，如开闭状态、电源工作状况等，并通过颜色变化或文本提示来反馈运行是否正常。

2.数据处理

数据处理模块是对传感器采集到的原始数据进行解析、计算和分析，从而获得关键性能参数并进行健康评估。首先设计有效的数据采集算法，以减少不必要的资源消耗，同时添加校验和纠错机制，保证数据的准确性和完整性。接着进行数据预处理，去除异常值，保证平滑处理。

再根据转辙机特征和运行状态，设计适当的数据分析算法，以提取关键参数来评估健康状况。比如，可以设计配置数据处理模块，通过它来计算转辙机的转向力矩和振动频率，并通过与预设阈值进行比较来判断是否需要维护或更换部件。

3.数据储存

数据储存模块负责存储采集到的数据和分析结果，以备后续查询、分析及报告生成。首先可以选择合适的数据库管理系统，如关系型数据库或时间序列数据库，同时设计良好的数据库结构，使得数据能够高效地存储和检索。并且还要添加备份和恢复机制，以确保系统可靠性。为了适应城市轨道交通的实际应用情况，可灵活设置数据存储周期，并实现自动化清理功能。

4.接口通信

接口通信模块是连接健康管理系统与其他系统（如监控系统、远程诊断系统等）之间的重要桥梁。为此，要选择适合的通信协议和接口标准，如TCP/IP、HTTP等，同时实现数据的传输加密和身份验证机制，保证通信安全性。值得重点提到的是，要设计可靠的异常处理机制，避免因通信中断导致系统功能受损。再提供灵活的接口拓展能力，以应对未来可能出现的需求变化。例如，可以为健康管理系统设计一个基于RESTful API的接口，使得其他系统可以通过HTTP请求来获取转辙机当前状态或下达控制命令。

（二）评分算法

1.层测分析法

层次分析法是一种重要的多准则决策方法，用于确定各个因素在整体评价中的权重。在运用层次分析法进行ZDJ9型转辙机健康管理系统评估时，首先确定目标和准则标准，将评估目标划分为不同的准则标准，再根据系统特征和需求，建立由上至下的层级结构。比如，可以从电流、电压、时间以及硬件寿命四个方面构建一层模型，然后对相关分类所采集到的数据进行处理，构建二层模型。再对每个相邻节点间进行两两比较，使用1-9尺度来测量两个节点之间的重要性。然后通过层次分析法中的特征向量法，计算出各准则标准和子准则的权重。最后对比较判断矩阵进行一致性检验，确保判断的合理性[5]。

2.系统评分规则

在基于层测分析法确定了各个准则标准的权重后，可以利用系统评分规则对转辙机健康管理系统进行综合评估。首先根据层测分析结果，将电流、电压、时间以及硬件寿命等各个参数乘以相应权重。针对每个参数值，在设置合适的取值范围和权重调整函数的基础上，评估转辙机的健康状态。再为每个参数值设置相应的评分函数，将参数值映射到具体评分或健康等级。

结语

综上所述，在城市轨道交通ZDJ9型转辙机的健康管理中，传统模式已无法达到现代城市轨道交通发展及运行管理的相关要求。因此，需要基于传感器监测技术和大数据分析等手段，实现对转辙机运行状态的实时监测和故障预警，这对保证城市轨道交通运输安全性和可靠性方面具有重要的意义。为城市轨道交通领域的设备健康管理提供了有益参考，并为进一步提升交通运输系统的维护保养水平提供了新思路。

参考文献

[1] 孙彪. 转辙机手摇把智能管理系统设计[J]. 现代城市轨道交通,2020(2):87-90.

[2] 西安铁路信号有限责任公司. 一种城市轨道交通联锁设备运行监测装置:CN202020687816.7[P]. 2021-01-05.

[3] 何建荣. 转辙机手摇把智能管理平台信息管理模块的实现[J]. 铁道通信信号,2020,56(10):66-69.

[4] 王智超. 基于数据驱动的转辙机健康管理关键技术研究[D]. 山西:中北大学,2022.

[5] 曹源,谢博才,杨佳,等. 基于数字孪生的转辙机运维技术研究[J]. 铁道技术标准（中英文）,2022,4(1):27-33.