道岔阻力采样在故障监控分析中的运用

祁 新 赵俊伟 郭 平 张志宇

(上海铁大电信设备有限公司,200070,上海∥第一作者,工程师)

电动道岔是现代铁路的关键设备之一。而一旦道岔故障,会影响运输效率,造成不安全的事故。所以,道岔状态日常的监控和故障诊断非常重要。目前,在06版微机监测的技术条件内,只采集道岔的电流曲线。事实证明,电流曲线并不能切实地反映许多电动交流提速道岔转换过程中的阻力动态异常情况。本文指出了道岔阻力曲线比电流曲线更具实用性的优势,描述了如何通过道岔阻力曲线进行分析和故障判断,并简单介绍了道岔阻力曲线结合微机监测系统来监控道岔的运用情况。

1 道岔电流曲线采集的局限性

道岔动作的动力是由电机提供的。直流转辙机的输出力和电机驱动电流呈对应的线性关系。目前对ZD系列的直流转辙机的动作电流测量能大致反映道岔阻力的变化过程。而ZD系列转辙机的故障判断,也都是通过对电流曲线的区段峰值与相应的时间区段来对照分析。对于三相交流提速道岔来说,道岔的牵引力除了与驱动电流的幅值有关外,还与电压、电流及相位角有密切关系。所以,通过采集电流曲线,用直流转辙机的模式分析三相电流曲线来判断交流转辙机的故障是难以实现的。例如,在昆明铁路局小哨站道岔监测的过程中,通过三相电流曲线来检查道岔的动作情况时,并未发现任何异常;而且在清除完故障点的小石子后,电流曲线仍旧没有任何的变化(见图1)。但通过道岔阻力曲线来监测道岔动作状况,却能明显发现阻力曲线存在异常情况(图2)。由此实例可知,使用电流曲线来判断道岔故障情况具有一定局限性,而使用道岔阻力曲线代替三相电流曲线能反映道岔所受到的阻力情况,可以正确判断道岔是否发生故障。

图1 道岔电流曲线无法表示故障示例

图2 真实反映故障的道岔阻力曲线示例

2 道岔阻力曲线的运用

提速道岔转换过程分为：转辙机内部解锁(简称为机内解锁);外部钩锁解锁,并在解锁同时还带动一尖轨斥离(简称为外锁解锁);双尖轨联动(简称为双轨联动);尖轨解锁(简称为外锁锁闭)。

ZD系列直流转辙机通过电流曲线的时间及该时间对应的电流峰值,来判断转辙机电气特性和机械特性。而阻力曲线的分析方法不能套用ZD系列的分析方法,特别在对应时间段和曲线样式上有明显区别。本文使用S700K型双机牵引的尖轨1转辙机举例说明问题。图3使用了销式传感器、半导体应变测力仪及道岔阻力测试仪,同时测量道岔阻力曲线来进行对比。

图3 3#道岔S700K型尖轨1双机牵引时反位到定位转换的道岔阻力曲线

2.1 机内解锁阶段

机内解锁阶段T1是销式传感器无法测试出的阶段。因为此时是在转辙机内部进行运行,传动杆并没有力的产生。这个阶段的时间跨度经测试一般在800 ms左右。在这个时间段的前期,转辙机要克服静摩擦力,所以产生的力会相当大,且由于传动齿轮的存在,受力情况比较复杂。在这个阶段,道岔的动作杆还没有动作,因此该阶段一般不参与故障判断,也不计入最大值的统计范围。在机内解锁后,道岔阻力曲线会进入一个相对平稳阶段。

2.2 外锁解锁阶段

外锁解锁阶段T2开始时外锁开始解锁。这个阶段传动杆开始产生力,销式传感器开始记录数据。经试验,外锁解锁持续时间一般为1.5 s至2.0 s左右。从T2阶段开始统计道岔阻力最大值。该阶段的力一般不超过2 500 N,并且最大值一般不会出现在该阶段。该阶段的道岔阻力曲线呈水平状,略微向下。如果该阶段的曲线有台阶或鼓包状,则可能为道岔密贴调整过紧造成解锁困难,也需要考虑是否有滑槽板缺油的情况或者是尖轨吊板所致。

2.3 双轨联动阶段

双轨联动阶段T3是转辙机转动的主体过程。该阶段两轨同时开始动作,持续时间一般为3.5 s左右。道岔转动的动作过程中,阻力最大的点通常就发生在T3阶段,但是最大值一般不超过5 000 N。从T2至T3阶段,道岔阻力曲线会有一个略微上扬的弧形。该弧形的落差一般不会超过2 500 N;如果落差过大,说明可能有转换阻碍。经过道岔阻力曲线最大值点后,会有一条相对平滑的向下曲线;如果曲线不平滑,可能是滑床板凹凸不平。该阶段向下平均值不应过高,否则应考虑是否有滑床板缺油,或者积雪等情况导致阻力过大。

2.4 外锁锁闭阶段

外锁锁闭阶段T4是最后一个阶段。该阶段道岔应该已经转到位,外锁此时开始锁闭。这个阶段持续时间为1 s左右。该阶段的道岔阻力曲线应相对平滑,一般最大值不会出现在此阶段。如果在T4阶段道岔阻力曲线出现明显的尖峰,或者最大值出现在此阶段,可能是道岔密贴调整过紧,造成阻力过 大锁闭困难,或者卡入了异物需要清理(见图4)。

图4 3#道岔S700K型尖轨1双机牵引时反位到定位时夹入异物的道岔阻力曲线

2.5 整体动作概述

道岔一次动作总体时间因道岔的类型不同、调校不同而有差异。机内解锁阶段T1应不超过800 ms,否则说明机内有缺油或相应电机故障;外锁解锁阶段T2不应超过2 s,否则说明道岔启动机械解锁困难;双轨联动阶段T3与道岔动作中的阻力相关,阻力越大,动作时间越长,一般不超过3 s(跟道岔动程有关);外锁锁闭阶段T4应不超过1.5 s,否则可能出现转辙机锁闭困难、密贴调整过紧、道岔卡异物等情况。道岔转辙机整个动作时间不超过7 s左右,该时间因各种调校和现场情况不同而略有出入。可以通过对比历史标准曲线来设置参考曲线。若实际测的和参考曲线相比,动作时间相差过长,则说明遇到阻力过大,需认真分析,查找原因后进行调整。

3 道岔阻力测试系统与微机监测系统

道岔在排进路中需要经常动作,所以需要实时地进行监测。微机监测系统是已经上道的监测系统,并且该系统已经有了相当的道岔监测功能。所以,将道岔阻力的采集系统作为微机监测的子系统,并通过微机监测来显示、记录和统计。在图5中,微机监测与道岔阻力监测主机系通过CAN总线相连接,道岔阻力监测主机与道岔阻力采集模块通过485总线相连。每个道岔阻力采集模块可以采集一个转辙机的阻力曲线,并通过主机收集后,发送给微机监测主机。电务维修人员可以通过微机监测来查看每次道岔动作的阻力曲线,并可以实时报警。

道岔阻力监测系统作为微机监测的子系统,可以实时地查看道岔阻力曲线;并且通过设置参考曲线等操作,还能与一些历史标准曲线进行对照,得出更准确的结论。更为重要的是,微机监测系统可以分析曲线数据,通过比较判断等逻辑生成报警信息。这样能实时监测道岔状态,做到防范于未然,并由过去的故障修上升到状态修。

图5 微机监测系统与道岔阻力监测系统

因为道岔阻力曲线的模式比较复杂,为了简化判断,微机监测系统采用同参考曲线相比较的方法来智能判断某次动作的曲线是否正常。参考曲线可以由工区电务人员设置,也可以在出厂时根据电动转辙机的标准曲线设置。已知道岔阻力的参考曲线后,报警曲线的计算方法为：取第k点的值v0和相邻n点的值v1,…,vn,计算出该n+1个点的最大值max(k)作为第k点的值。遍历所有点,得出一条新的曲线。将该曲线上浮a(a可以配置),即可得到该转辙机的报警曲线。该曲线的特点是将一些波动和毛刺都过滤掉,并且不低于每点的最大值,这样计算出的报警曲线可以保留原始参考曲线的趋势。因为机内解锁阶段道岔还未转动,所以将转辙机前500 ms的动作点排除在报警计算之外后,统计超过报警线的点,如果总数超过b(b可配置)则报警。阻力曲线报警流程见图6。

图6 道岔阻力曲线报警流程

4 结语

1)道岔电流曲线不能反映交流转辙机的动作情况,建议改用阻力曲线。

2)可以通过分析道岔阻力曲线的动作时间和相应阶段的阻力数值,来分析道岔转换过程中的机械特性,从而发现故障。

3)现有微机监测技术条件只要求采集三相电流曲线,建议加入采集道岔阻力曲线。

4)通过微机监测实时监控道岔阻力曲线,监测到不正常状况时则会报警,可以有效地监督道岔的运行状态,使提速道岔做到状态修,以保障铁路正常运营、防范事故发生。

5)可以通过专家系统将道岔阻力曲线的模式分析结合到计算机程序中以自动判断故障原因,为电务工作人员检修调试道岔设备提供参考。

6)在适当的参数调整后,本文所描述的故障判断模式也可用于交流三相液压转辙机的阻力测试。

[1]董光.提速道岔转换力计算机模拟研究[J].铁道建筑,2006(9)：76.

[2]铁道部运基信号[2006]317号文.信号微机监测系统技术条件[S].

[3]诸葛致,张小兰.电机及拖动基础[M].重庆：重庆大学出版社,2004.

[5]吕永昌.有关道岔转换阻力的测试[J].铁道通信信号,2006,42(12)：21.