地铁车辆走行部故障诊断系统的设计与应用

冯舒

摘 要：城市轨道交通行业凭借其对城市交通特点的良好适应性，进入了一个快速发展的时期。同时，对车辆的可靠性和安全性提出了更高的要求。由于车辆在高强度模式下运行，其走行部往往容易出现各种故障。本文对车辆走行部进行故障监测与诊断方法研究，以预防和减少事故的发生，提高机车运行的安全性。

关键词：走行部 故障诊断 实时监测

引言：当前我国的城轨列车发展迅速，但随着我国城轨列车的飞速发展的同时，地铁安全事故却不断发生，地铁列车安全性仍然有待提高。走行部是地铁车辆的重要部件，它的运行状态直接关系到车辆的运行安全。在故障出现的初期，如果没有任何有效的手段提前检测和发现，单纯依靠日常的维修和检查，已无法避免问题的发生，以至于直到发展为肉眼可见的程度后才发现时，则已处于发生事故的危险边缘，甚至已经发生严重的事故。因此，需要应用新的在线故障诊断及安全监测技术，及早发现故障，及时指导维修，以保障安全和运营秩序。

1走行部常见故障

通过分析机车走行部长期的运用和检修数据发现，对行车安全影响较大、发生故障频率相对较高且定期检修时不易发现的机车走行部故障主要是轮对踏面、轴承、电机齿轮等旋转部件，其中踏面发生故障的频率最高，其次为轴承。

由于地铁车辆的快启动、快制动和频繁启停的特点，除了常见的踏面磨损、失圆、碾皮、剥离、擦伤、内部空洞，裂纹等故障外，特别地还存在由频繁制动引起的高温所致的表面裂纹，存在轨道波磨对车轮的咯伤、咬伤。

此外，齿轮的断齿、裂纹、崩落和组合螺钉松动、脱落、折断；轴箱的松动与裂损；轴承内、外圈和滚子的磨损、剥离、擦伤、裂纹、折断、劈裂和崩落，转动体与非转动体的碰撞非转动体之间的摩擦、碰撞等，也是轨道交通车辆走行部常见故障。

2走行部故障诊断系统

针对于轨道车辆走行部的关键部件的安全监测的需要，基于广义共振和共振解调的故障诊断技术，上海地铁12号线增购项目采用JK16450城轨车辆走行部车载故障診断系统，运用分布式诊断和集中式数据管理相结合的工作模式，以满足诊断的快速性、实时性的要求。

2.1系统介绍

JK16450系统是一种走行部安全监测装备，通过安装在轴箱、齿轮箱、电机上的复合传感器，同时监测振动、冲击、温度3个物理量，并通过基于广义共振与共振解调的故障诊断技术，实现走行部关键部件的车载在线实时诊断，对于故障实现早期预警和分级报警，准确指导车辆的运用和维修。有以下功能：

（1）走行部关键部件（轴承、齿轮、踏面等）故障的准确识别和早期预警，并实现分级诊断、通过接口将信息输出到TCMS；

（2）车载监测数据通过车载诊断仪集中下载，并可转储到地面系统；

（3）地面系统实现详细数据回放分析，故障发生发展的历史和趋势分析，诊断信息统计分析等功能，并实现维修指导；

（4）网络化管理及远程诊断支持；

（5）涵盖轴温报警器全部功能；

（6）振动状态监测。

2.2系统构成

JK16450系统，由6台诊断仪、24台前置处理器、48只复合传感器与48只振动传感器组成本监测系统，头尾车诊断仪需引入转速脉冲信号。

全列车由贯通的屏蔽双绞电缆组成总线通信网络，形成数据通信网络和转速脉冲信号实时通信网络，车载诊断仪通过MVB将实时监测信息和诊断报警信息传输给列车TCMS；同时通过以太网接口进行数据下载及系统升级。系统拓扑结构如图1所示。

车载系统配置：测点配置，如表1所示。车载系统测点安装位置如图2所示。地面系统配置：地面系统1套（包括维护下载器、地铁车辆走行部信息地面分析管理软件及计算机）

2.3系统原理

JK16450系统基于广义共振与共振解调的故障诊断技术原理，见图3：

（1）传感器敏感机械运动过程中的振动、冲击和温度信息；

（2）信号变换、采集、处理模块，对信息进行共振解调变换和滤波等处理后，由AD采集进入嵌入式计算机；

（3）故障自动诊断专家系统软件进行数据分析和诊断，输出故障诊断结论。

准确指导列车走行部的运用与维修，见表2。

3结语

面对走行部轴承和传动齿轮容易产生的材料疲劳，以及构架、车轴容易产生的裂纹等故障，传统监测技术往往不能满足要求。JK16450走行部故障诊断系统利用基于广义共振与共振解调的故障诊断技术，对地铁车辆走行部关键部件的冲击、振动及温度信息的车载在线实时监测，并自行诊断，实现故障的早期预警和分级报警，为地铁车辆的走行部安全运行和状态维修提供保障。为了进一步提高故障诊断能力，诊断系统将会借助大数据和云计算来提升走行部状态评估的时效性和准确性。相信更多新技术的应用，会进一步保障城市轨道交通的行车

安全。

参考文献：

[1] 唐德尧. 广义共振、共振解调故障诊断与安全工程[M]. 北京：中国铁道出版社，2013.10

[2] 张中央. 高速机车走行部实时在线监测与诊断方法的研究[M]. 北京：电气应用，2009.07