甘长瑞

[摘 要]在城市轨道交通日益发达的今天，地铁车辆行车安全要摆在首要位置，车辆行走部转向架更是重中之重。通过对走行部关键部件（轴箱轴承、齿轮箱轴承、牵引电机轴承）的状态监测和数据处理，可以实时诊断、科学评估车辆走行部运行状态，能够对故障进行精确识别和提前预警，保障行车安全。

[关键词]跌停车辆；行走故障；診断系统；应用；分析

中图分类号：U279.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）10-0320-01

1 导言

城轨车辆走行部的机械故障关系到列车运行安全，常规手段的日常检查无法准确掌握走行部的状态，维修效率更难以提高。城轨车辆走行部车载故障诊断系统，采用了自主创新的广义共振与共振解调的机械设备故障诊断技术，能自动诊断车辆走行部轴承、传动齿轮、车轮踏面等关键部件的早期故障，并在线实时发出预警信息，准确指导车辆的运用和走行部的状态检修。该系统在北京地铁获得了成功应用，对于提高走行部检修效率和实现轨道交通运营主动安全保障具有重要意义。

2 走行部故障分析

城轨车辆走行部的机械故障主要发生在轴承（含轴箱、齿轮箱和牵引电机轴承）、传动齿轮、车轮踏面等处，在缺乏有效的在线自动诊断技术之前，即使依靠人工耳听目视进行大量的普查，投入大量的人力物力进行高密度的“死看死守”式的计划性维修和预防性维修，也难以避免故障的发生，而且一旦发生故障就会危及行车安全。

另外，由于车辆设计或材质缺陷等原因导致的走行部故障不时出现于运营车辆上，而此时不在预定修程中，短期内又不能全部在修程外安排大量的停修时间予以更换，都会使运营管理部门陷入既要保证正常运营又无法确保走行部安全的窘境。

3 JK10450型地铁车辆走行部车载故障诊断系统

目前，国内已经研制出多种走行部故障监测设备，帮助车辆检修人员解决了一些实际问题。JK10450型地铁车辆走行部车载故障诊断系统（以下称JK10450系统）就是其中比较成熟的走行部动态监测设备之一，该系统已在北京地铁多条线路应用。北京地铁采用的JK10450系统，实现了走行部部件中的轴承、齿轮、车轮踏面等部件的故障预警和安全监测，解决了长期以来车辆走行部日常检查难以有效准确地发现故障隐患的局限性问题。该系统通过安装在转向架上的复合传感器，监测冲击、振动、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，实现走行部故障的在线实时诊断，早期预警和分级报警，为指导列车的安全运用和状态维修提供可靠保证。

4 系统工作流程

走行部故障诊断系统主要由以下部件组成：列车主机、车辆分机、前置处理器、复合传感器等；每列车2台列车主机；每辆车1台车辆分机；动、拖车每转向架配置2台前置处理器；每轴箱、小齿轮箱和牵引电机各1个复合传感器。复合传感器的功能复合传感器是由敏感元件和信号处理器构成，实现温度、振动、冲击3个物理量的复合检测、远传和抗干扰的一体式受感部件。前置处理器的功能前置处理器是实现所辖测点的复合传感器管理、信号的预处理并与车辆分机交互通信的部件，它将温度信息和模拟信号以总线方式传输到车辆分机。车辆分机的功能车辆分机是实现本车辆前置处理器管理、信号采集、数据暂存和分析诊断并与列车主机交互通信的装置。列车主机的功能列车主机是实现车载系统集中管理、全列信息集中显示、数据传输与集中存储的装置。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。列车主机通过MVB或以太网将实时监测信息和诊断报警信息传输给TCMS。具体信息处理流程如下：a.由布置在走行部的复合传感器测量温度、振动和冲击信息，并转换成电信号；b.经前置处理器处理，传输到车辆分机对信号进行隔离、滤波、共振解调变换、A/D采集处理；c.由列车主机诊断模块进行数据分析处理并给出诊断结果，并传输给TCMS，从而实现走行部关键部件的实时状态评估。

5 走行部车载故障诊断系统的应用探索

目前，走行部车载故障诊断系统在北京地铁仅部分线路和部分车辆上安装使用，监测对象也是局部的运营线路和车辆，覆盖范围还很有限，不足以支撑北京城市轨道交通网络化条件下车辆走行部的运行安全。北京地铁计划在全路网主要线路上安装走行部车载故障诊断系统，逐步扩大应用范围。只有车载故障诊断系统覆盖整个线网的运营车辆，才能确保地铁车辆的运行安全，提高地铁车辆的安全性和可靠性。

5.1 利用诊断系统改变维修模式，逐步向状态修模式转变

利用监测诊断手段向状态维修转变，保障运行安全，提升维修效率，是轨道交通车辆维修技术的发展方向。逐步扩大在线状态监测设备安装范围，最后形成车辆标配，会极大地提高故障隐患监测的准确性，从而提升维修效率。维修人员对车辆在线监测数据进行分析，掌握其发生、发展和变化规律，从而确定车辆的运行状态，提前制定维修计划。这种维修能最大限度地发挥设备的利用率，减少计划维修的盲目性，提高维修工作效率。

5.2 监测系统网络化设想

在无线通信技术迅猛发展的今天，车地无线数据传输技术已经是很成熟的数据传输方式，被广泛地应用在轨道交通领域中。因此，随着车辆在线监测系统配备范围逐步扩大，建立地铁轨道交通网络车辆管理系统是必要的和可行的。通过车载在线监测及故障诊断系统与地面数据管理、数据分析系统有机结合实现北京轨道交通网车辆关键部件的状态监测及全寿命周期健康管理研究，可为科学地制定车辆日常检查和维修方案提供决策参考。

5.3 车辆走行部监测及故障诊断设备完善

目前，车辆走行部在线监测系统针对转动部件（轴承、齿轮、轮对踏面等）故障的在线实时诊断、早期预警和分级报警已比较成熟，投入应用效果良好；但对于像构架、箱体等非转动部件故障的诊断还处在研发阶段，所以国内的车辆走行部在线监测设备还有待于进一步完善。

6 结论

走行部的状态信息和故障诊断是行车安全的重要指标。为了提高走行部的状态监测能力，复合传感器将向更多物理量方向发展，包括多向振动、加速度和噪声等。为了提高故障诊断能力，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

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