货物列车制动监测数据收集与应用

1 综述

目前列检技检作业时制动机试验利用微机控制试风设备模拟机车试风，需检车员不停的来回跑动来检查确认制动系统状态，劳动强度大。另一方面，制动机试验占用技检时间较长，剩余纯车辆故障检查、修理时间不充足，列车的技检质量难以得到保证。铁路货车制动在线监测在国内外目前基本上处于空白状态，主要原因就是因为铁路货车大都采用空气制动，没有电缆、电线铺设和连接，属于无电源状态。要在货车上增加电子监测设备首先面临的就是电源问题。其次面临的就是信息的传递问题，没有电缆只能采用无线电技术进行无线传输，设置的无线电装置功率小了传输距离短，无法实现信息的可靠传输，功率大了虽然满足了传输距离要求但是又和电源问题产生了矛盾。近年来，研究利用RFID技术(广泛用于铁路货车车号识别)来在线监测车辆空气制动系统，并在试验室和实际运用的列车中收集到了大量的制动系统状态数据。本文主要探讨利用收集的数据智能识别制动系统的性能状态，实现货物列车制动系统健康状态管理。

2 监测系统介绍

监测系统采用低功耗压力数据采集装置采集制动系统关键压力数据，并将采集到的压力数据经RFID技术传到服务器。用户终端根据给定的权限可查询相关数据。

“受多重因素影响，辖内银行机构存款组织能力有所下降，在一定程度上会影响未来信贷投放规模的可持续增长。”江苏常州银监分局局长陈惠莲介绍，当地银行存款的增长多以高成本的存款为主。“存款成本上升导致银行利差收窄，个别银行存贷款利率持平甚至倒挂，也在一定程度上影响了企业的融资成本。”陈惠莲说。

2.1 监测点的设置

现有铁路货车制动系统的配置大多采用120阀为核心的制动系统。根据这种阀的作用原理分析，列车管压力空气是空气制动系统唯一的动力来源，其压力变化是控制列车制动和缓解的信号，列车管空气压力变化情况的监测是必不可少的；控制阀通过列车管与副风缸空气压力的变化来驱动主活塞运动产生制动、缓解、保压等作用，副风缸空气压力监测也是其中的一个关键点；制动缸是空气制动系统中的执行部件，制动缸空气压力的变化直接反映了空气制动系统的制动缓解状态，也是制动性能状态监测的关键点；为监测空重车自动调整装置的工作状态是否正常，必须增加制动缸上游(限压阀前)的空气压力进行监测。综上所述，监测列车管、副风缸、制动缸上游(120阀到制动缸通路)、制动缸下游(限压阀到制动缸的通路)四个点，即可全面监测空气制动系统的状态。监测点的设置如图1所示。

教以生为本，学以悟为根。在语文教材中，很多篇章，或真实生动地展现我们民族的优良传统，或热情讴歌我们民族的精神，或精彩地描绘美丽多娇的祖国山河，或深刻阐述生命的意义等。我们教师要用中华优秀文化的精髓来启发自己的学生，使他们懂得生命的意义和价值，将古诗文的优秀文化内涵在不知不觉中潜移默化地渗透到高中语文课堂教学中来。

2.2 数据传输方式

为验证制动监测系统在列车实际运用过程中能否正常收集制动系统数据。在2万吨编组实际运行的列车上进行了运行试验。制动监测系统工作正常，采集并传输制动系统关键点压力变化数据到服务器。通过列车运行试验表明，制动监测系统采集和下载数据完整，通过数据分析，能准确判断车辆是否存在车辆抱闸故障和意外紧急故障，根据收集到的数据，能判定制动系统性能状态。

3 数据收集介绍

为满足功能要求，近几年部分高面板坝采用有压泄洪放空洞作为枢纽设计配置，控制段设于隧洞末端，并投入运用。如九甸峡有压泄洪放空洞泄洪历时约 31天 （2012年 7—8月），最大下泄流量 496 m3/s，共泄流5.7亿m3，最大落差近88 m，检查洞内混凝土（C50）完整性较好，出口段有局部受损。2013年7月贵州某面板坝工程有压泄洪洞出口段发生整体损毁 （水头约50 m），我国西部地区20世纪90年代建设的有压泄洪冲沙洞，由于洞内混凝土设计标准低，运用期发生过较明显损坏。

空气制动机压力变化是个复杂的过程，对于采集到的压力需要经过判别过滤等算法来提取代表压力变化趋势的关键压力点，从而保证车载主机能够记录到最大次数的制动操作数据。用有限的数据足够分析制动系统故障产生的原因。货车车辆制动系统监测，压力数据收集必须可靠。为验收集的数据可靠性，监测系统在实验室进行了单车试验台试验数据收集和列车定置试验台试验数据收集。为验证监测系统动态压力数据收集的可靠性，在的2万吨编组的列车上进行了运行试验数据收集。

3.1 单车试验台试验数据收集

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列车定置试验表明，制动监测系统对空气制动系统压力数据的采集、存储和传输过程的稳定和可靠。

3.2 列车定置试验数据收集

车辆运行中实时监测列车管压力变化，感知列车管压力下降速度大于70kPa/s时视为发生紧急制动，数据处理器记录列车管压力数据，同时存储并输出所有检测车辆的压力变化曲线。通过比较各车辆列车管压力变化突变点的时间差来判别发生紧急制动的首发车辆，并可根据首发车辆的编组位置和变化速度及其相邻车辆的列车管压力变化速度判别本次紧急制动是由机车主动施行还是车辆本身意外发生。

单车试验表明，车载装置收集到的数据与单车数据采集仪数据对比，最大差异仅为2kPa。采集的数据能准确的反应制动系统压力变化情况。数据精度能作为判断制动系统性能状态的依据。

3.3 车辆运行过程实际数据收集

根据货车车辆无供电系统的现状，选用低功耗的RFID数据传输方式，该数据传输方式在车号智能识别系统已有成熟的应用经验。数据传输方式如图2所示。当车辆通过地面读出装置的天线上方时，车载装置采集的制动系统压力数据经RFID下载，并经既有的铁路IP网络传送到服务器，数据查询终端通过给定的用户权限可查询制动系统的压力数据。车载装置选用38ah的电池供电。一节电池可供车载装置正常使用2年。

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4 数据应用分析

制动监测数据主要有两大用途。一是自动实时查找制动系统故障车辆，及时排除故障，确保列车运行安全。二是通过监测数据变化趋势，实现制动系统健康状态管理，降低制动系统运营维护成本。

4.1 故障判断

我国铁路货车的制动系统是二压力直接作用式的制动系统，配有空重车自动调整装置。制动系统性能正常状态下，制动位、保压位、缓解位、运转位，列车管、副风缸、制动缸上游、制动缸下游4处压力的变化有其固有的变化规律，收集到车辆制动系统压力变化曲线应与制动系统理想压力曲线基本一致。同一列车的各车辆制动系统，车辆制动系统全部没有故障时，各车辆的制动曲线基础是一致的。查看整列车车试验曲线，如果某一车辆的制动系统压力与整列车其他车辆的制动系统压力曲线存在较大的差异，很容易发现其中的故障车辆。

通过对比单车试验台数据采集仪与制动监测系统采集的数据进行比较，验证了制动监测系统采集的数据准确性。单车数据采集仪采集数据与制动监测车载装置采集数据对比见表1。

4.1.1 意外紧急判断

为验证制动监测系统的数据传输能力和收集的数据对判断故障的准确性。在列车定置试验台上模拟列车进行紧急制动、常用制动、缓解不良工况下，制动监测系统对压力数据的采集、存储和传输过程的稳定性和可靠性。定置试验台1号车收集的数据见表2。定置试验台2号车收集的数据见表3。

4.1.2 缓解不良判断

(4) 随着通入发动机气体质量流率的增大, 发动机内流场的压强不断升高, 气体总压增大, 因此注入单位质量流率所需要的能量也增大, 这是发动机效率降低的原因之一.

从制动开始到缓解完毕组成一次常用制动动作。车辆运行中实时监测列车管压力变化，感知列车管压力下降速度大于10kPa/s时视为常用制动，列车管上升速度大于2kPa/s时视为缓解，数据处理器记录列车管、副风缸、制动缸上游、制动缸下游压力数据，同时存储并输出所有检测车辆的压力变化曲线。通过比较各车辆制动缸压力变化突变点的时间差来判别缓解不良车辆的编组位置和变化速度，并可根据列车管和副风缸的压力差以及制动缸上游和制动缸下游的动作差来判别引发缓解不良的原因，即确认缓解不良是由控制阀故障引起还是空重车故障引起，或者其它原因的影响。

4.1.3 自然制动判断

车辆运行中实时监测制动缸下游压力变化，感知其压力上升速度大于5kPa/s时，数据处理器记录列车管、副风缸、制动缸上游、制动缸下游压力数据，同时存储并输出所有检测车辆的压力变化曲线。通过比较各车辆制动缸压力上升突变点的时间差来判别发生自然制动的首发车辆编组位置，并通过对制动缸压力上升时列车管的压力变化和相邻车辆的压力变化情况的对比判别发生自然制动的原因。

4.2 健康管理

在列车运行过程中，绝大多数车辆的制动系在运行过程中没有发生故障，但有些车辆的制动系统压力数据曲线与理想曲线存在差异。利用监测数据，可以对制动系统的关键性能指标(如制动缸压力值、制动缸压力上升时间、制动缸缓解时间)进行跟踪监测，各项指标进行分级评分，再将各项指标分值按给定的比例对制动系统进行综合评价，实现制动系统的健康管理。

5 总结

货物列车制动监测系统能准确收集到列车应用过程中制动系统压力数据，通过分析收集到的制动系统压力数据，能准确判断制动系统故障信息。通过对列车制动系统数据的跟踪分析，能掌握制动系统性能状态，便于对制动系统健康状态不佳的车辆及时进行维护，将进一步提高列车运行的安全性。利用监测数据可实现对车辆制动系统进行健康管理，将降低铁路货车制动系统的运行维护成本，提高列车运营效率。

[1]夏寅荪、吴培元 120型空气制动机 北京：中国铁道出版社 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]邓之明.铁道车辆制动工程[M].北京：中国铁道出版社,2006.

[4]GB/T 25119—2010，轨道交通 机车车辆电子装置[S].