貨物列車制動監(jiān)測數(shù)據(jù)收集與應(yīng)用

1 綜述

目前列檢技檢作業(yè)時制動機(jī)試驗(yàn)利用微機(jī)控制試風(fēng)設(shè)備模擬機(jī)車試風(fēng)，需檢車員不停的來回跑動來檢查確認(rèn)制動系統(tǒng)狀態(tài)，勞動強(qiáng)度大。另一方面，制動機(jī)試驗(yàn)占用技檢時間較長，剩余純車輛故障檢查、修理時間不充足，列車的技檢質(zhì)量難以得到保證。鐵路貨車制動在線監(jiān)測在國內(nèi)外目前基本上處于空白狀態(tài)，主要原因就是因?yàn)殍F路貨車大都采用空氣制動，沒有電纜、電線鋪設(shè)和連接，屬于無電源狀態(tài)。要在貨車上增加電子監(jiān)測設(shè)備首先面臨的就是電源問題。其次面臨的就是信息的傳遞問題，沒有電纜只能采用無線電技術(shù)進(jìn)行無線傳輸，設(shè)置的無線電裝置功率小了傳輸距離短，無法實(shí)現(xiàn)信息的可靠傳輸，功率大了雖然滿足了傳輸距離要求但是又和電源問題產(chǎn)生了矛盾。近年來，研究利用RFID技術(shù)(廣泛用于鐵路貨車車號識別)來在線監(jiān)測車輛空氣制動系統(tǒng)，并在試驗(yàn)室和實(shí)際運(yùn)用的列車中收集到了大量的制動系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)。本文主要探討利用收集的數(shù)據(jù)智能識別制動系統(tǒng)的性能狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)貨物列車制動系統(tǒng)健康狀態(tài)管理。

2 監(jiān)測系統(tǒng)介紹

監(jiān)測系統(tǒng)采用低功耗壓力數(shù)據(jù)采集裝置采集制動系統(tǒng)關(guān)鍵壓力數(shù)據(jù)，并將采集到的壓力數(shù)據(jù)經(jīng)RFID技術(shù)傳到服務(wù)器。用戶終端根據(jù)給定的權(quán)限可查詢相關(guān)數(shù)據(jù)。

“受多重因素影響，轄內(nèi)銀行機(jī)構(gòu)存款組織能力有所下降，在一定程度上會影響未來信貸投放規(guī)模的可持續(xù)增長?！苯K常州銀監(jiān)分局局長陳惠蓮介紹，當(dāng)?shù)劂y行存款的增長多以高成本的存款為主。“存款成本上升導(dǎo)致銀行利差收窄，個別銀行存貸款利率持平甚至倒掛，也在一定程度上影響了企業(yè)的融資成本?！标惢萆徴f。

2.1 監(jiān)測點(diǎn)的設(shè)置

現(xiàn)有鐵路貨車制動系統(tǒng)的配置大多采用120閥為核心的制動系統(tǒng)。根據(jù)這種閥的作用原理分析，列車管壓力空氣是空氣制動系統(tǒng)唯一的動力來源，其壓力變化是控制列車制動和緩解的信號，列車管空氣壓力變化情況的監(jiān)測是必不可少的；控制閥通過列車管與副風(fēng)缸空氣壓力的變化來驅(qū)動主活塞運(yùn)動產(chǎn)生制動、緩解、保壓等作用，副風(fēng)缸空氣壓力監(jiān)測也是其中的一個關(guān)鍵點(diǎn)；制動缸是空氣制動系統(tǒng)中的執(zhí)行部件，制動缸空氣壓力的變化直接反映了空氣制動系統(tǒng)的制動緩解狀態(tài)，也是制動性能狀態(tài)監(jiān)測的關(guān)鍵點(diǎn)；為監(jiān)測空重車自動調(diào)整裝置的工作狀態(tài)是否正常，必須增加制動缸上游(限壓閥前)的空氣壓力進(jìn)行監(jiān)測。綜上所述，監(jiān)測列車管、副風(fēng)缸、制動缸上游(120閥到制動缸通路)、制動缸下游(限壓閥到制動缸的通路)四個點(diǎn)，即可全面監(jiān)測空氣制動系統(tǒng)的狀態(tài)。監(jiān)測點(diǎn)的設(shè)置如圖1所示。

教以生為本，學(xué)以悟?yàn)楦?。在語文教材中，很多篇章，或真實(shí)生動地展現(xiàn)我們民族的優(yōu)良傳統(tǒng)，或熱情謳歌我們民族的精神，或精彩地描繪美麗多嬌的祖國山河，或深刻闡述生命的意義等。我們教師要用中華優(yōu)秀文化的精髓來啟發(fā)自己的學(xué)生，使他們懂得生命的意義和價值，將古詩文的優(yōu)秀文化內(nèi)涵在不知不覺中潛移默化地滲透到高中語文課堂教學(xué)中來。

2.2 數(shù)據(jù)傳輸方式

為驗(yàn)證制動監(jiān)測系統(tǒng)在列車實(shí)際運(yùn)用過程中能否正常收集制動系統(tǒng)數(shù)據(jù)。在2萬噸編組實(shí)際運(yùn)行的列車上進(jìn)行了運(yùn)行試驗(yàn)。制動監(jiān)測系統(tǒng)工作正常，采集并傳輸制動系統(tǒng)關(guān)鍵點(diǎn)壓力變化數(shù)據(jù)到服務(wù)器。通過列車運(yùn)行試驗(yàn)表明，制動監(jiān)測系統(tǒng)采集和下載數(shù)據(jù)完整，通過數(shù)據(jù)分析，能準(zhǔn)確判斷車輛是否存在車輛抱閘故障和意外緊急故障，根據(jù)收集到的數(shù)據(jù)，能判定制動系統(tǒng)性能狀態(tài)。

3 數(shù)據(jù)收集介紹

為滿足功能要求，近幾年部分高面板壩采用有壓泄洪放空洞作為樞紐設(shè)計配置，控制段設(shè)于隧洞末端，并投入運(yùn)用。如九甸峽有壓泄洪放空洞泄洪歷時約 31天 （2012年 7—8月），最大下泄流量 496 m3/s，共泄流5.7億m3，最大落差近88 m，檢查洞內(nèi)混凝土（C50）完整性較好，出口段有局部受損。2013年7月貴州某面板壩工程有壓泄洪洞出口段發(fā)生整體損毀 （水頭約50 m），我國西部地區(qū)20世紀(jì)90年代建設(shè)的有壓泄洪沖沙洞，由于洞內(nèi)混凝土設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)低，運(yùn)用期發(fā)生過較明顯損壞。

空氣制動機(jī)壓力變化是個復(fù)雜的過程，對于采集到的壓力需要經(jīng)過判別過濾等算法來提取代表壓力變化趨勢的關(guān)鍵壓力點(diǎn)，從而保證車載主機(jī)能夠記錄到最大次數(shù)的制動操作數(shù)據(jù)。用有限的數(shù)據(jù)足夠分析制動系統(tǒng)故障產(chǎn)生的原因。貨車車輛制動系統(tǒng)監(jiān)測，壓力數(shù)據(jù)收集必須可靠。為驗(yàn)收集的數(shù)據(jù)可靠性，監(jiān)測系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了單車試驗(yàn)臺試驗(yàn)數(shù)據(jù)收集和列車定置試驗(yàn)臺試驗(yàn)數(shù)據(jù)收集。為驗(yàn)證監(jiān)測系統(tǒng)動態(tài)壓力數(shù)據(jù)收集的可靠性，在的2萬噸編組的列車上進(jìn)行了運(yùn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)收集。

3.1 單車試驗(yàn)臺試驗(yàn)數(shù)據(jù)收集

高中階段是學(xué)生進(jìn)行自我認(rèn)知與探索的主要時期，是個體發(fā)展的重要階段。11月12日至11月14日，二十一世紀(jì)國際學(xué)校開展社會實(shí)踐活動，安排高一學(xué)生參加為期三天的職業(yè)體驗(yàn)，希望每一位高一學(xué)生了解一種職業(yè)，體驗(yàn)一個崗位。

列車定置試驗(yàn)表明，制動監(jiān)測系統(tǒng)對空氣制動系統(tǒng)壓力數(shù)據(jù)的采集、存儲和傳輸過程的穩(wěn)定和可靠。

3.2 列車定置試驗(yàn)數(shù)據(jù)收集

車輛運(yùn)行中實(shí)時監(jiān)測列車管壓力變化，感知列車管壓力下降速度大于70kPa/s時視為發(fā)生緊急制動，數(shù)據(jù)處理器記錄列車管壓力數(shù)據(jù)，同時存儲并輸出所有檢測車輛的壓力變化曲線。通過比較各車輛列車管壓力變化突變點(diǎn)的時間差來判別發(fā)生緊急制動的首發(fā)車輛，并可根據(jù)首發(fā)車輛的編組位置和變化速度及其相鄰車輛的列車管壓力變化速度判別本次緊急制動是由機(jī)車主動施行還是車輛本身意外發(fā)生。

單車試驗(yàn)表明，車載裝置收集到的數(shù)據(jù)與單車數(shù)據(jù)采集儀數(shù)據(jù)對比，最大差異僅為2kPa。采集的數(shù)據(jù)能準(zhǔn)確的反應(yīng)制動系統(tǒng)壓力變化情況。數(shù)據(jù)精度能作為判斷制動系統(tǒng)性能狀態(tài)的依據(jù)。

3.3 車輛運(yùn)行過程實(shí)際數(shù)據(jù)收集

根據(jù)貨車車輛無供電系統(tǒng)的現(xiàn)狀，選用低功耗的RFID數(shù)據(jù)傳輸方式，該數(shù)據(jù)傳輸方式在車號智能識別系統(tǒng)已有成熟的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。數(shù)據(jù)傳輸方式如圖2所示。當(dāng)車輛通過地面讀出裝置的天線上方時，車載裝置采集的制動系統(tǒng)壓力數(shù)據(jù)經(jīng)RFID下載，并經(jīng)既有的鐵路IP網(wǎng)絡(luò)傳送到服務(wù)器，數(shù)據(jù)查詢終端通過給定的用戶權(quán)限可查詢制動系統(tǒng)的壓力數(shù)據(jù)。車載裝置選用38ah的電池供電。一節(jié)電池可供車載裝置正常使用2年。

隨著教學(xué)改革不斷深入以及社會對人才需求不斷提升，高職院校要想培養(yǎng)出滿足時代需求的人才，必須提高高職教育教師的核心素養(yǎng)和能力。在“雙創(chuàng)”時代背景下，高職教師更應(yīng)緊跟時代發(fā)展步伐，不斷提升自身綜合能力。這就需要政府、學(xué)校、行業(yè)、企業(yè)四方的聯(lián)合行動，通過“政校行企”的共同努力，充分發(fā)揮各自的職能和作用，促進(jìn)高職院校教師核心素養(yǎng)和能力的提升。

4 數(shù)據(jù)應(yīng)用分析

制動監(jiān)測數(shù)據(jù)主要有兩大用途。一是自動實(shí)時查找制動系統(tǒng)故障車輛，及時排除故障，確保列車運(yùn)行安全。二是通過監(jiān)測數(shù)據(jù)變化趨勢，實(shí)現(xiàn)制動系統(tǒng)健康狀態(tài)管理，降低制動系統(tǒng)運(yùn)營維護(hù)成本。

4.1 故障判斷

我國鐵路貨車的制動系統(tǒng)是二壓力直接作用式的制動系統(tǒng)，配有空重車自動調(diào)整裝置。制動系統(tǒng)性能正常狀態(tài)下，制動位、保壓位、緩解位、運(yùn)轉(zhuǎn)位，列車管、副風(fēng)缸、制動缸上游、制動缸下游4處壓力的變化有其固有的變化規(guī)律，收集到車輛制動系統(tǒng)壓力變化曲線應(yīng)與制動系統(tǒng)理想壓力曲線基本一致。同一列車的各車輛制動系統(tǒng)，車輛制動系統(tǒng)全部沒有故障時，各車輛的制動曲線基礎(chǔ)是一致的。查看整列車車試驗(yàn)曲線，如果某一車輛的制動系統(tǒng)壓力與整列車其他車輛的制動系統(tǒng)壓力曲線存在較大的差異，很容易發(fā)現(xiàn)其中的故障車輛。

通過對比單車試驗(yàn)臺數(shù)據(jù)采集儀與制動監(jiān)測系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，驗(yàn)證了制動監(jiān)測系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。單車數(shù)據(jù)采集儀采集數(shù)據(jù)與制動監(jiān)測車載裝置采集數(shù)據(jù)對比見表1。

4.1.1 意外緊急判斷

為驗(yàn)證制動監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸能力和收集的數(shù)據(jù)對判斷故障的準(zhǔn)確性。在列車定置試驗(yàn)臺上模擬列車進(jìn)行緊急制動、常用制動、緩解不良工況下，制動監(jiān)測系統(tǒng)對壓力數(shù)據(jù)的采集、存儲和傳輸過程的穩(wěn)定性和可靠性。定置試驗(yàn)臺1號車收集的數(shù)據(jù)見表2。定置試驗(yàn)臺2號車收集的數(shù)據(jù)見表3。

4.1.2 緩解不良判斷

(4) 隨著通入發(fā)動機(jī)氣體質(zhì)量流率的增大, 發(fā)動機(jī)內(nèi)流場的壓強(qiáng)不斷升高, 氣體總壓增大, 因此注入單位質(zhì)量流率所需要的能量也增大, 這是發(fā)動機(jī)效率降低的原因之一.

從制動開始到緩解完畢組成一次常用制動動作。車輛運(yùn)行中實(shí)時監(jiān)測列車管壓力變化，感知列車管壓力下降速度大于10kPa/s時視為常用制動，列車管上升速度大于2kPa/s時視為緩解，數(shù)據(jù)處理器記錄列車管、副風(fēng)缸、制動缸上游、制動缸下游壓力數(shù)據(jù)，同時存儲并輸出所有檢測車輛的壓力變化曲線。通過比較各車輛制動缸壓力變化突變點(diǎn)的時間差來判別緩解不良車輛的編組位置和變化速度，并可根據(jù)列車管和副風(fēng)缸的壓力差以及制動缸上游和制動缸下游的動作差來判別引發(fā)緩解不良的原因，即確認(rèn)緩解不良是由控制閥故障引起還是空重車故障引起，或者其它原因的影響。

4.1.3 自然制動判斷

車輛運(yùn)行中實(shí)時監(jiān)測制動缸下游壓力變化，感知其壓力上升速度大于5kPa/s時，數(shù)據(jù)處理器記錄列車管、副風(fēng)缸、制動缸上游、制動缸下游壓力數(shù)據(jù)，同時存儲并輸出所有檢測車輛的壓力變化曲線。通過比較各車輛制動缸壓力上升突變點(diǎn)的時間差來判別發(fā)生自然制動的首發(fā)車輛編組位置，并通過對制動缸壓力上升時列車管的壓力變化和相鄰車輛的壓力變化情況的對比判別發(fā)生自然制動的原因。

4.2 健康管理

在列車運(yùn)行過程中，絕大多數(shù)車輛的制動系在運(yùn)行過程中沒有發(fā)生故障，但有些車輛的制動系統(tǒng)壓力數(shù)據(jù)曲線與理想曲線存在差異。利用監(jiān)測數(shù)據(jù)，可以對制動系統(tǒng)的關(guān)鍵性能指標(biāo)(如制動缸壓力值、制動缸壓力上升時間、制動缸緩解時間)進(jìn)行跟蹤監(jiān)測，各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行分級評分，再將各項(xiàng)指標(biāo)分值按給定的比例對制動系統(tǒng)進(jìn)行綜合評價，實(shí)現(xiàn)制動系統(tǒng)的健康管理。

5 總結(jié)

貨物列車制動監(jiān)測系統(tǒng)能準(zhǔn)確收集到列車應(yīng)用過程中制動系統(tǒng)壓力數(shù)據(jù)，通過分析收集到的制動系統(tǒng)壓力數(shù)據(jù)，能準(zhǔn)確判斷制動系統(tǒng)故障信息。通過對列車制動系統(tǒng)數(shù)據(jù)的跟蹤分析，能掌握制動系統(tǒng)性能狀態(tài)，便于對制動系統(tǒng)健康狀態(tài)不佳的車輛及時進(jìn)行維護(hù)，將進(jìn)一步提高列車運(yùn)行的安全性。利用監(jiān)測數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)對車輛制動系統(tǒng)進(jìn)行健康管理，將降低鐵路貨車制動系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)成本，提高列車運(yùn)營效率。

[1]夏寅蓀、吳培元 120型空氣制動機(jī) 北京：中國鐵道出版社 2006.

[2]Ou Dongfang. Xie Lei. Xiao Weiyuan. An Hong. & Sun Jiaming Research Brake Monitoring Technology about Freight Trains on DaQin Railway in China CAPE TOWN: IHHA 2017.

[3]鄧之明.鐵道車輛制動工程[M].北京：中國鐵道出版社,2006.

[4]GB/T 25119—2010，軌道交通 機(jī)車車輛電子裝置[S].