JK00430型机车走行部车载监测装置研究

常 莹 上海铁路局徐州机务段

JK00430型机车走行部车载监测装置是一种新型的铁路机车行车安全装置，它运用共振解调技术对机车走行部温度和振动信息进行实时监测和报警。目前，徐州机务段在 DF11、DF11G、DF4D、DF4BK等型号的所有客运机车上安装了该监测装置，在保证走行部安全方面发挥了重要作用，成为一个值得研究的问题。

1 JK00430型机车走行部车载监测装置应用原理

1.1 系统组成

JK00430型机车走行部车载监测装置是由车载监测装置和地面数据分析管理系统组成。车载监测装置为每台机车一套，主要包括：JK00430监测装置主机和副机、TAX2走行部检测卡、接线盒、复合传感器、温度传感器、总线、光电速度传感器等。地面数据分析管理系统包括软件包、微机、数据转储器等，可以在单台微机上进行数据分析和管理。

1.2 应用原理

共振解调诊断技术是装置的工作核心。机车轴承、齿轮等运动部件有故障的话，会产生较大的故障冲击，故障冲击经共振解调器可获得共振解调波，它与故障振动一一对应，经转换，可得出相应的频域图，故障谱线为梳状，呈多阶性。由于轴承外圈、内圈、滚子、保持架以及齿轮、轮对这些部件在运行中均有准确的几何学和运动学关系，故它们在发生故障时，均有对应的故障特征频率，若计算的特征频率与相应频域中的基频符合，则确认为有故障，并可分析、判断出故障部位。装置在车速达到20 km/h后，就开始对所有检测点进行实时自动诊断，根据诊断结果可进行故障显示和现场三级报警。诊断数据经转储后由地面数据分析软件进行人工分析，可对报警位的故障发展趋势进行分析，以确定维修决策，及时预防故障隐患。

2 JK00430型机车走行部车载监测装置对故障的诊断处置

目前，监测装置报警主要集中在机车轮对踏面报警和轴箱轴承报警两个方面，一般通过地面数据分析，都能准确诊断故障，及时有效处置。

2.1 机车轮对踏面报警

机车轮对踏面报警是所有报警中最多、最频繁的，在数据分析中不能仅以一次或几次踏面报警作为扣车处理依据，这样会造成大量机车停时，影响机车运用。引起踏面报警的主要原因是轮对表面剥离及轮对内部缺陷。踏面报警一般由预警发展为一级报警、二级报警，在踏面冲击数据分析时，除了查看报警次数、连续性、冲击趋势等信息外，还应当注意时域波形图中的冲击幅值呈规律性变化。对持续发展的报警机车踏面进行目检、超声波探伤检查后才能进行镟轮、换轮处理。因此，在日常分析中要对有踏面报警的机车进行重点跟踪，同时针对踏面报警的不同类型进行针对性分析，准确掌握故障信号特征。

2.1.1 踏面剥离、擦伤故障的信号特征

波形特征：类似等腰三角形形状；冲击值特征：一般情况下，其冲击SV值与转速成反比；趋势特征：在故障初期，冲击值大，波形陡峭，发展后会出现冲击值变小，波形变胖的现象。

2.1.2 踏面内部缺陷故障的信号特征

波形特征：故障冲击类似直角三角形形状，每个冲击波的前沿几乎是垂直的；低速、高速故障冲击特征同样明显；冲击值特征：一般情况下，其冲击SV值与转速成正比。

2.1.3 踏面不圆度故障的信号特征

波形特征：故障冲击波在一圈中占较大的比例；冲击值特征：一般情况下，其冲击SV值与转速成正比。

在实际应用中，案例如下：DF11-147机车65位自2009年11月6日出现第一次踏面1级报警，次数为2次，在目检正常且轮缘不到限的情况下进行重点跟踪。后报警持续出现，至2010年1月14日发展为2级报警，经数据分析和判断，进行镟轮处理后报警消除（数据波形及故障图片如图1）。

图1 案例1的数据波形及故障图片

2.2 轴箱轴承报警

轴箱轴承是机车走行部的重要零部件，它的运用状态关系到机车运用安全。一旦轴箱轴承烧损，将对列车运行构成严重威胁，轻则造成机破，重则脱轨、颠覆，后果相当严重。且轴箱轴承具有不可见性，不能像机车轮对一样及时了解其运用状态。因此对轴箱轴承的报警必须及时处理，把故障消灭在萌芽中。

图2 案例2的 数据波形及故障图片

案例如下：DF11-124机车64位仅在2010年9月18日出现1次轴承1级振动报警，在9月23日22时19分10秒至9月24日00时10分22秒，6轴4位的温度由330C突升至970C，最高达到1090C。对此报警，采取落轮更换机车电机，电机解体后发现由于小轴承保持架掉块，进入轴承滚道，造成滚珠碾伤，有效地避免了一起可能发生的走行部事故（数据波形及故障图片如图2）。

3 JK00430型机车走行部车载监测装置使用探讨

结合监测装置实际应用情况，笔者认为该装置在硬件和软件方面还有待进一步改进，便于操作使用，更好地发挥作用。

3.1 硬件方面

3.1.1 改进主机存储方式

现行的温度实时数据保存方式为：以一次主循环测得的温度数据为一条记录（一次主循环所用时间与具体车型有关，如DF11约为1.5 min，DF11G约为2.5 min），文件总共保存300条记录（即保存了大约3 h到6 h的温度实时记录）。每保存完6条记录(约10－20 min)对这6条记录进行过滤筛选，选出每测点的最高温度值存入温度历史记录文件；存满300条记录后，按先进先出原则对温度实时记录文件进行处理。但在实际工作中，往往会出现精气丢失现象，主要原因是：一是机车交路不断延长，机车出库后经常几天后才返段，造成数据存储容量不够。二是数据下载器、电子盘及其他方面原因，也会发生数据丢失现象。三是在下载完原始数据、备份数据后主机会自动将数据存储区域清空。这样如2次取不出数据就会造成数据遗失的情况，给分析带来一定困难。四是数据存储与控制软件共用一个电子盘，不是十分合理。笔者以为，数据存储方式可参照LKJ主机的存储方式，用一个芯片存储主机的机车号、控制软件等，用二套芯片同时存储运行数据。同时，增大数据存储量，按先进先出的方式，以车次或时间等方式形成数据文件，以保证机车数据的完整性。

3.1.2 改变传感器安装方式

JK00430装置的传感器有2种长度，分别为1.2 m和0.6 m。在厂修和中修作业中由于是起架安装，拆除十分方便。在小辅修作业中，经常会因电机、轮对、齿轮箱、轴箱轴承等原因进行落轮，或在传感器不良需要更换时，有些轴位的传感器拆除十分困难。以DF11机车为例，2、5轴的非齿端电机位传感器由于闸瓦的影响，拆除空间仅十余厘米，在传感器锈蚀固死时拆除十分困难。如果碰伤损伤，就会造成一根传感器800多元的损失。笔者建议将传感器长度为改15 cm，只带传感器头和插座，这样不仅在落轮及日常维修时可以方便更换，也可以节省成本。

3.1.3 改换取数据的USB接口

在日常检测中，工作人员时常发现部分乘务员使用监测装置的标准USB接口给手机或一些电子设备充电。一方面，会造成主机少一部分原始数据或温度实时数据，格式化电子盘后下一趟数据就会正常。另一方面，手机等设备可能存在病毒且在主机上接入一台USB设备，会给主机的数据存储以及主机安全使用方面带来一定的危害，而这种情况在管理中很难禁止。笔者建议将主机前面板上的USB接口改为非标的USB接口，从源头上杜绝这种情况的发生，保证主机的使用安全。

3.1.4 在面板上增加向上键

在实际应用中，主机只有向下键，没有向上键，在调整时间、敲击试验时不方便。如果某轴位跳过，需要按30多次才能循环一遍，极为不便。笔者建议在面板上增加向上键。

3.2 软件方面

3.2.1 增加网络版分析软件

在实际应用中，需要对原始数据进行备份时，只能采用人工复制、粘贴的方法，十分不便。有时还需要共享数据。笔者建议在数据传输时除传输本机外，还可以同时上传至其他机器或服务器保存。这样不仅加快数据传输，而且在其他机器上分析数据时可以直接查看，不需每次都导入数据，既提高了分析效率，又提高了数据的安全性。

3.2.2 增加传感器不良提示功能

笔者建议软件功能中增加传感器不良提示功能，将设置初级诊断值＜100SV、初级诊断值=10000SV、温度显示异常、振动信息异常、瞬间故障达到一定次数等情况纳入不良范畴。在导入分析数据分析后，发现以上情况时就可直接显示传感器不良，提示作业者更换，而不需再进行数据详细分析进行判断。

3.2.3 温度实时数据和机车速度显示相结合

机车在运行和停车时，采集点的温度相差极大，现行的温度实时数据分析只能显示温度，不能对机车的运行情况加以了解。笔者建议在上部显示机车速度，下部显示温度实时数据，就可以结合机车运行情况更好地进行分析。

4 结束语

JK00430型机车走行部车载监测装置在保证机车走行部安全方面发挥了巨大的作用，如在监测装置软件、硬件方面的细节等有了进一步改进，这将更加有利于监测装置的使用和作用发挥。