JK00430型機車走行部車載監測裝置研究

常 瑩 上海鐵路局徐州機務段

JK00430型機車走行部車載監測裝置是一種新型的鐵路機車行車安全裝置，它運用共振解調技術對機車走行部溫度和振動信息進行實時監測和報警。目前，徐州機務段在 DF11、DF11G、DF4D、DF4BK等型號的所有客運機車上安裝了該監測裝置，在保證走行部安全方面發揮了重要作用，成為一個值得研究的問題。

1 JK00430型機車走行部車載監測裝置應用原理

1.1 系統組成

JK00430型機車走行部車載監測裝置是由車載監測裝置和地面數據分析管理系統組成。車載監測裝置為每臺機車一套，主要包括：JK00430監測裝置主機和副機、TAX2走行部檢測卡、接線盒、復合傳感器、溫度傳感器、總線、光電速度傳感器等。地面數據分析管理系統包括軟件包、微機、數據轉儲器等，可以在單臺微機上進行數據分析和管理。

1.2 應用原理

共振解調診斷技術是裝置的工作核心。機車軸承、齒輪等運動部件有故障的話，會產生較大的故障沖擊，故障沖擊經共振解調器可獲得共振解調波，它與故障振動一一對應，經轉換，可得出相應的頻域圖，故障譜線為梳狀，呈多階性。由于軸承外圈、內圈、滾子、保持架以及齒輪、輪對這些部件在運行中均有準確的幾何學和運動學關系，故它們在發生故障時，均有對應的故障特征頻率，若計算的特征頻率與相應頻域中的基頻符合，則確認為有故障，并可分析、判斷出故障部位。裝置在車速達到20 km/h后，就開始對所有檢測點進行實時自動診斷，根據診斷結果可進行故障顯示和現場三級報警。診斷數據經轉儲后由地面數據分析軟件進行人工分析，可對報警位的故障發展趨勢進行分析，以確定維修決策，及時預防故障隱患。

2 JK00430型機車走行部車載監測裝置對故障的診斷處置

目前，監測裝置報警主要集中在機車輪對踏面報警和軸箱軸承報警兩個方面，一般通過地面數據分析，都能準確診斷故障，及時有效處置。

2.1 機車輪對踏面報警

機車輪對踏面報警是所有報警中最多、最頻繁的，在數據分析中不能僅以一次或幾次踏面報警作為扣車處理依據，這樣會造成大量機車停時，影響機車運用。引起踏面報警的主要原因是輪對表面剝離及輪對內部缺陷。踏面報警一般由預警發展為一級報警、二級報警，在踏面沖擊數據分析時，除了查看報警次數、連續性、沖擊趨勢等信息外，還應當注意時域波形圖中的沖擊幅值呈規律性變化。對持續發展的報警機車踏面進行目檢、超聲波探傷檢查后才能進行鏇輪、換輪處理。因此，在日常分析中要對有踏面報警的機車進行重點跟蹤，同時針對踏面報警的不同類型進行針對性分析，準確掌握故障信號特征。

2.1.1 踏面剝離、擦傷故障的信號特征

波形特征：類似等腰三角形形狀；沖擊值特征：一般情況下，其沖擊SV值與轉速成反比；趨勢特征：在故障初期，沖擊值大，波形陡峭，發展后會出現沖擊值變小，波形變胖的現象。

2.1.2 踏面內部缺陷故障的信號特征

波形特征：故障沖擊類似直角三角形形狀，每個沖擊波的前沿幾乎是垂直的；低速、高速故障沖擊特征同樣明顯；沖擊值特征：一般情況下，其沖擊SV值與轉速成正比。

2.1.3 踏面不圓度故障的信號特征

波形特征：故障沖擊波在一圈中占較大的比例；沖擊值特征：一般情況下，其沖擊SV值與轉速成正比。

在實際應用中，案例如下：DF11-147機車65位自2009年11月6日出現第一次踏面1級報警，次數為2次，在目檢正常且輪緣不到限的情況下進行重點跟蹤。后報警持續出現，至2010年1月14日發展為2級報警，經數據分析和判斷，進行鏇輪處理后報警消除（數據波形及故障圖片如圖1）。

圖1 案例1的數據波形及故障圖片

2.2 軸箱軸承報警

軸箱軸承是機車走行部的重要零部件，它的運用狀態關系到機車運用安全。一旦軸箱軸承燒損，將對列車運行構成嚴重威脅，輕則造成機破，重則脫軌、顛覆，后果相當嚴重。且軸箱軸承具有不可見性，不能像機車輪對一樣及時了解其運用狀態。因此對軸箱軸承的報警必須及時處理，把故障消滅在萌芽中。

圖2 案例2的 數據波形及故障圖片

案例如下：DF11-124機車64位僅在2010年9月18日出現1次軸承1級振動報警，在9月23日22時19分10秒至9月24日00時10分22秒，6軸4位的溫度由330C突升至970C，最高達到1090C。對此報警，采取落輪更換機車電機，電機解體后發現由于小軸承保持架掉塊，進入軸承滾道，造成滾珠碾傷，有效地避免了一起可能發生的走行部事故（數據波形及故障圖片如圖2）。

3 JK00430型機車走行部車載監測裝置使用探討

結合監測裝置實際應用情況，筆者認為該裝置在硬件和軟件方面還有待進一步改進，便于操作使用，更好地發揮作用。

3.1 硬件方面

3.1.1 改進主機存儲方式

現行的溫度實時數據保存方式為：以一次主循環測得的溫度數據為一條記錄（一次主循環所用時間與具體車型有關，如DF11約為1.5 min，DF11G約為2.5 min），文件總共保存300條記錄（即保存了大約3 h到6 h的溫度實時記錄）。每保存完6條記錄(約10－20 min)對這6條記錄進行過濾篩選，選出每測點的最高溫度值存入溫度歷史記錄文件；存滿300條記錄后，按先進先出原則對溫度實時記錄文件進行處理。但在實際工作中，往往會出現精氣丟失現象，主要原因是：一是機車交路不斷延長，機車出庫后經常幾天后才返段，造成數據存儲容量不夠。二是數據下載器、電子盤及其他方面原因，也會發生數據丟失現象。三是在下載完原始數據、備份數據后主機會自動將數據存儲區域清空。這樣如2次取不出數據就會造成數據遺失的情況，給分析帶來一定困難。四是數據存儲與控制軟件共用一個電子盤，不是十分合理。筆者以為，數據存儲方式可參照LKJ主機的存儲方式，用一個芯片存儲主機的機車號、控制軟件等，用二套芯片同時存儲運行數據。同時，增大數據存儲量，按先進先出的方式，以車次或時間等方式形成數據文件，以保證機車數據的完整性。

3.1.2 改變傳感器安裝方式

JK00430裝置的傳感器有2種長度，分別為1.2 m和0.6 m。在廠修和中修作業中由于是起架安裝，拆除十分方便。在小輔修作業中，經常會因電機、輪對、齒輪箱、軸箱軸承等原因進行落輪，或在傳感器不良需要更換時，有些軸位的傳感器拆除十分困難。以DF11機車為例，2、5軸的非齒端電機位傳感器由于閘瓦的影響，拆除空間僅十余厘米，在傳感器銹蝕固死時拆除十分困難。如果碰傷損傷，就會造成一根傳感器800多元的損失。筆者建議將傳感器長度為改15 cm，只帶傳感器頭和插座，這樣不僅在落輪及日常維修時可以方便更換，也可以節省成本。

3.1.3 改換取數據的USB接口

在日常檢測中，工作人員時常發現部分乘務員使用監測裝置的標準USB接口給手機或一些電子設備充電。一方面，會造成主機少一部分原始數據或溫度實時數據，格式化電子盤后下一趟數據就會正常。另一方面，手機等設備可能存在病毒且在主機上接入一臺USB設備，會給主機的數據存儲以及主機安全使用方面帶來一定的危害，而這種情況在管理中很難禁止。筆者建議將主機前面板上的USB接口改為非標的USB接口，從源頭上杜絕這種情況的發生，保證主機的使用安全。

3.1.4 在面板上增加向上鍵

在實際應用中，主機只有向下鍵，沒有向上鍵，在調整時間、敲擊試驗時不方便。如果某軸位跳過，需要按30多次才能循環一遍，極為不便。筆者建議在面板上增加向上鍵。

3.2 軟件方面

3.2.1 增加網絡版分析軟件

在實際應用中，需要對原始數據進行備份時，只能采用人工復制、粘貼的方法，十分不便。有時還需要共享數據。筆者建議在數據傳輸時除傳輸本機外，還可以同時上傳至其他機器或服務器保存。這樣不僅加快數據傳輸，而且在其他機器上分析數據時可以直接查看，不需每次都導入數據，既提高了分析效率，又提高了數據的安全性。

3.2.2 增加傳感器不良提示功能

筆者建議軟件功能中增加傳感器不良提示功能，將設置初級診斷值＜100SV、初級診斷值=10000SV、溫度顯示異常、振動信息異常、瞬間故障達到一定次數等情況納入不良范疇。在導入分析數據分析后，發現以上情況時就可直接顯示傳感器不良，提示作業者更換，而不需再進行數據詳細分析進行判斷。

3.2.3 溫度實時數據和機車速度顯示相結合

機車在運行和停車時，采集點的溫度相差極大，現行的溫度實時數據分析只能顯示溫度，不能對機車的運行情況加以了解。筆者建議在上部顯示機車速度，下部顯示溫度實時數據，就可以結合機車運行情況更好地進行分析。

4 結束語

JK00430型機車走行部車載監測裝置在保證機車走行部安全方面發揮了巨大的作用，如在監測裝置軟件、硬件方面的細節等有了進一步改進，這將更加有利于監測裝置的使用和作用發揮。