基于B/S結構的機車走行部故障診斷系統的設計

鐘小鳳，孫朗基

（1.廣西職業技術學院機械與汽車技術系，廣西 南寧530004；2.廣西建機有限公司，廣西 南寧 530004）

機車走行部的遠程在線監測與故障診斷是保障機車安全運行的重要手段之一。近年來，隨著科技的進步，機車不斷向著高速化、重載化、智能化、復雜化的方向發展，其運能運力空前提高，與此同時機車維護的重要性越發凸顯。機車走行部是保證列車安全運行的關鍵部件之一，用來傳遞各種載荷，并利用輪軌間的粘著保證牽引力的產生，使機車車輛以最小的阻力在軌道上運行，并且順利地通過曲線。現代機車的走行部一般多采用轉向架的結構形式，其由以下主要部分組成：架構、彈簧裝置、車架與轉向架的連接裝置、輪對、軸箱、驅動機構、齒輪傳動裝置、基礎制動裝置等。其關鍵部件主要包括驅動電機軸承、電機抱軸軸承、輪對軸箱軸承和傳動齒輪等。由于長期工作在惡劣環境下，極易產生如軸承和齒輪的滾動（或嚙合）工作面上存在的麻點、碾皮、擦傷、燒附、腐蝕、凹痕、裂損、碰傷等故障，而故障程度往往達到或超過鐵道部頒發的C類標準以上，是鐵路行車安全的潛在威脅[1]。因此，對機車走行部進行實時監測和故障診斷是非常必要的。

目前國內 SS3、SS7、SS7C、SS4G、HXD1、DF4D 與DF8B等型號的機車均安裝了GZ-1或JK00430型機車走行部故障診斷系統，這兩種系統在一定程度上為機車行車安全提供了保障，但這些系統也存在一定的自身缺陷，如：無法實時傳輸數據進行在線分析，只能做事后分析，分析不準確，誤報警等。本文在GZ-1和JK00430系統的基礎上，研究了基于B/S的機車走行部遠程故障診斷系統的基本架構和主要功能實現方法。就目前國內機車走行部遠程監測與分析系統而言，地面分析軟件總體結構上大多采用C/S（客戶機/服務器）的模式，要詳細分析數據，必須等停車后用從車載設備上拷貝數據的方式或IC記錄卡轉存的方式，將數據轉存到地面裝有分析軟件的計算機上，這種實現方式存在以下問題：需要人力周轉；數據分析不能與機車運行同步進行，大大影響了故障診斷的效率，不利于保障列車的行車安全。C/S模式通常將應用一分為二：服務器負責數據管理，客戶機完成與用戶的交互任務；在使用的過程中逐漸暴露出客戶端臃腫、移植困難、可維護性較差等不足。B/S模式是“瘦”客戶端模式，在遠程診斷中可通過瀏覽器上網訪問應用平臺，形成一點對多點的結構模式[2]。因此，開發基于B/S的三層架構機車走行部故障診斷系統對機車遠程實時監測維護和信息共享有重要的意義。

1 系統總體結構的設計思路

機車走行部故障診斷系統以機車走行部為監測對象，主要由車載子系統、3G無線通信子系統、地面分析系統組成。各子系統分別用于實現集數據采集、數據傳輸和遠程故障診斷的功能，該系統體系總體結構如圖1所示。

圖1 機車走行部故障診斷系統總體結構

2 各子系統的設計

2.1 車載子系統

車載子系統由車上和車下兩個部分構成，車上部分包括：車載主機、TAX2裝置、數據存儲裝置、無線數據傳輸裝置及相關的連接線等；車下部分包括：光電速度傳感器、復合傳感器、溫度傳感器、接線盒及相關的連接線。其中，復合傳感器可用于溫度、振動、故障沖擊3個物理量的測量采集，溫度傳感器用于實現環境和僅需要測溫測點溫度的采集，接線盒用于實現信息預處理和傳感器數量的擴展。數據采集單元通過RS-485總線與TAX2裝置進行數據通信。車載系統硬件連接原理如圖2所示。

圖2 車載系統硬件連接示意圖

2.2 3G無線通信子系統

3G無線通信子系統是機車與地面分析系統連接的關鍵，主要由車載無線通信模塊、3G專用天線和地面處理子系統三部組成；車地之間的數據傳輸主要通過車載無線通信模塊和3G專用天線來實現[3]。車載主機的數據采集單元與TAX2裝置通訊記錄單元通過RS485總線傳輸數據，數據接收模塊以設定好的頻率讀取串口緩沖區的數據，通過車載軟件對數據進行解析和評判，一方面存放在緩沖區，等待3G無線通信子系統處理，另一方面將數據存儲到車載數據庫中；車載數據由3G無線通信插件傳至地面服務器，地面接收到數據后對數據進行相應處理，同時可選擇關鍵信息存入數據庫，為地面分析系統提供實時可靠的信息[4]。服務器端遠程數據接收如圖3所示。

圖3 服務器端遠程數據接收流程圖

2.3 地面分析軟件系統

地面分析系統采用Microsoft Visual Studio 2005作為開發平臺，用C#、ASP.NET和JavaScript作為主要開發語言，用SQL Server 2005作為數據庫管理系統軟件。采用B/S模式開發Web應用程序，地面監測服務器具有Web Service功能，應用軟件對無線傳輸的數據進行分析、處理，最后將結果顯示在人機界面上，由IIS對外發布。遠程用戶無需安裝客戶端軟件，只需在局域網的計算機或者連接外網的計算機瀏覽器中輸入相應的URL（網頁地址），即可訪問地面監測服務器上的Web應用程序并進行相關操作。其主要功能模塊有實時數據監視、故障診斷、故障報警、故障管理和系統管理維護等五個模塊，如圖4所示。

圖4 機車走行部故障診斷系統地面分析軟件功能模塊

3 結束語

基于B/S的機車走行部故障診斷系統融合了計算機技術、通信技術和故障診斷技術，充分發揮了Internet搜集、共享知識和數據的優勢，旨在實時有效地獲取機車走行部的狀態數據，通過相應的軸溫分析和振動分析，確定機車走行部主要部件進行相應的故障預測，實時關注機車運行動態，并對異常數據進行分析、診斷、管理，為進一步研究機車走行部故障診斷系統提供了一定的理論依據和方法借鑒。

[1]陳特放，黃采倫，樊曉平.基于小波分析的機車走行部故障診斷方法[J].中國鐵道科學，2005，（4）:89-91.

[2]李 紅，何 青，陳月升.Java技術在機組振動遠程監測診斷系統中的應用[J].動力工程，2005，（25）:284-287.

[3]單 晟，賀德強，劉黎明.基于3G的機車運用安全視頻監視系統[J].機車電傳動，2011，（3）:71-73，84.

[4]劉德昌，賀德強，苗 劍.基于3G的機車實時數據傳輸系統的設計[J].廣西大學學報，2012，（2）:291-296.