走行部车载故障诊断系统在贵阳2号线的应用

走行部车载故障诊断系统在贵阳2号线的应用

胡瀚文

贵阳市城市轨道交通集团有限公司 贵州贵阳市550081

摘要：本文介绍了走行部车载故障诊断系统监测原理及组成，并以贵阳2号线轴箱轴承故障为例进行了详细描述，该系统为贵阳2号线车辆运营维保和检修提供了技术手段，保障了列车的运营安全。

关键词：走行部；轴箱轴承；技术手段；安全。

随着我国经济飞速发展和城市扩展，地铁已成为城市的重要公共交通工具。由于地铁运行区间短，车辆频繁启动、加速、减速和制动，使得地铁车辆动态载荷变化频繁，长时运行车辆可靠性随运行时间加长而下降，一旦车辆发生故障将直接对乘客的生命、财产安全造成威胁，基于此，贵阳2号线项目装备了JK450型走行部车载故障诊断系统，实现了走行部关键部件在线监测和故障诊断，在故障初期制定相应的运维、保障措施，最大程度减少影响，保障列车运营安全。

1.走行部车载故障诊断系统

1.1 系统监测原理

走行部车载故障诊断系统系统基于“广义共振与共振解调机械设备故障诊断技术”，通过在走行部关键部件（轴箱、齿轮箱、电机）位置安装传感器，传感器对冲击、振动、温度多物理量感知，采用“一种机械故障冲击的共振解调检测方法”、“同类、有序动信息（组）群中各信息源时域样本的跟踪采集”、“变速运转机械故障诊断的转速跟踪采样及固化谱号分析方法”等多项专利技术及理论，实现车辆转速跟踪采样与振动、冲击信号的滤波处理，提取微弱的走行部故障冲击信息，对其进行非周期信息的周期变换，最终通过频谱分析，实现对监测对象全寿命周期的精确诊断。

系统组成

走行部车载故障诊断系统主要由复合传感器、前置处理器、综合诊断仪等组成，结构组成如图1所示。

图1 走行部车载故障诊断系统组成拓扑图

1）复合传感器：实现温度、振动、冲击等多个物理量的检测、处理和传输；

2）前置处理器：实现振动、冲击模拟通道切换以及温度、模拟信号总线方式传输；

3）综合诊断仪：实现车载系统集中管理，包括：接收转速信号并判别、显示诊断和报警、数据集中储存和下载、系统更新及维护等。

贵阳2号线装备的走行部车载故障诊断系统由北京唐智科技发展有限公司自主研发产品，该系统主要由综合诊断仪（6台）、前置处理器（2台）、复合传感器（80支）组成，系统实现对轴箱轴承、电机轴承、齿轮箱轴承、传动齿轮、车轮踏面在线监测和故障诊断。

贵阳2号线应用情况

贵阳2号线是中国贵州省贵阳市建成运营的第二条地铁线路，于2021年4月28日通车，线路全长40.6千米，共设32座车站，是贵阳市西北、东南之间的重要交通工具。该线4列车装备了走行部车载故障 诊断系统，列车号分别为0206车、0207车、0229车、0230车，实现了走行部关键部件（轴箱、电机、齿轮箱）的冲击、振动、温度3个物理量在线监测和故障实时诊断，保障了列车运营安全。截止至2022年3月31日，装备系统的列车最大运行里程已达11.7万公里，整体应用情况如下：

1）轴箱轴承：监测轴箱轴承测点192个，存在 1处轴承（02029车5车41位轴箱）存在外环故障特征，该轴承位置存在冲击趋势较为连续，温度处于正常范围，建议车辆正常运营；

2）电机轴承：监测电机轴承测点64个，轴承全部正常，电机轴承位置振动、温度均在正常范围内；

3）齿轮箱：监测齿轮箱测点64个，传动齿轮、轴承全部正常，齿轮箱振动、温度均在正常范围内；

4）车轮踏面：监测车轮踏面测点192个，踏面全部正常，振动在正常范围内；

轮轨振动：贵阳2号线上行、下行62个区间均正常，未见明显波磨和振动偏大区间。上行全区间平均有效值0.72g，最大区间平均有效值为“金阳医院站-兴筑路站”1.32g,最小输出区间为“喷水池站-紫林庵站0.42g”；下行全区间平均有效值0.65g，最大区间平均有效值为“兴筑路站-金阳医院站”1.26g，最小输区间为“喷水池站-紫林庵站0.44g”。

走行部车载故障诊断系统通过对故障位置健康评估，结合车辆运营及检修要求，在密切跟踪故障数据的前提下，系统输出维修建议车辆继续正常运营，既保障车辆的运营安全，提高了车辆的利用率，同时也降低了检修成本。

3.轴箱轴承故障详情

图2轴箱轴承外环特征冲击样本图谱

2021年9月8号，020295车41位轴承持续输出轴承分级报警，通过对该轴箱轴承图谱进行分析，轴承类故障信息其时域波形成细窄梳状脉冲，每个脉冲等距，且在频谱图上，故障谱与外环理论谱对应，轴承存在外环故障特征，如图3所示；

图3 020295车41位轴承故障报警输出图

结合分析轴承冲击趋势数据，发现该轴承冲击趋势在11点40分左右突变，系统实时主动诊断输出轴承报警，轴承冲击趋势图如图4所示；通过结合该轴承历史趋势数据评估轴承外环存在轻微剥离，健康评估为亚健康，在基于走行部监测系统监测下与车辆检修结合，建议车辆继续运营，实时跟踪轴承状态。

图4 020295车41位轴承冲击趋势图

车辆正常运行至11月份，通过对020295车41位轴承两个月时间的持续跟踪，系统再未输出报警信息，从数据反映轴承从10月10号的冲击趋势趋于正常状态，轴承外环特征趋于“磨合”，故障特征不明显；轴承健康评估为正常，如图5所示。

图5 020295车41位轴承冲击趋势图

结束语

通过走行部车载故障监测系统在贵阳轨道交通2号线应用，实现了对车辆走行部轴箱轴承、齿轮箱轴承、电机轴承、车轮踏面在线监测与持续跟踪，掌握了车辆走行部轴箱轴承、齿轮箱轴承、齿轮箱齿轮、电机轴承、车轮踏面状态，为车辆走行部运营维保和车辆检修提供了有效的技术手段，保障了列车的运营安全。

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—城轨交通篇[M]. 北京：中国铁道出版社，2013

[2] 唐德尧. 机械故障微冲击的共振解调定理检测技术[J]. 铁道技术监督，2009，37（9）：26—29