HX机车走行部故障监测系统轴报报警处置方案

文章编号：１００８－７８４２（２０２０）Ｓ０－００４１－０５
犎犡机车走行部故障监测系统轴报报警处置方案
尚海燕
（中国铁路武汉局集团公司　襄阳机务段，湖北襄阳４４１０５８
）摘　要　介绍了机车车载安全防护系统机车走行部故障监测子系统（简称轴报装置）的原理结构，分析了初期轴报故障判断标准存在的问题，并分阶段详细梳理了轴报报警判据的演变过程，归纳出报警项目在频率／幅度／次数上的量化处置依据，为作业现场提供标准、明确、有效、风险可控的处置标准对策表，极大地提高了生产效率，有效地确保了行车设备安全。

关键词　走行部故障监测；轴温；报警处置；量化处置
中图分类号：Ｕ２６０．３３ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ
．ｉｓｓｎ．１００８－７８４２．２０２０．Ｓ０．１０ 从２
０１２年开始，ＨＸ系列交流传动机车均加装了机车车载安全防护系统（６Ａ系统）。

机车走行部故障监测子系统（简称轴报装置，以下均同）作为６Ａ子系统之一，
通过采集机车走行部驱动装置关键部件（轴承、齿轮、踏面、空心轴、六连杆、驱动电机等）的温度、振动冲击信号，
以共振解调频谱分析为理论基础，建立各部件的频谱计算数学模型，通过车载计算机，实时监控机车走行部轴箱轴承、滚动抱轴承、电机轴承、空心轴轴承、传动齿轮、轮对踏面运行状态，并能检测发现早期故
障［１］，不仅有效确保了走行部安全，而且大大降低了检
修维护成本。

轴报装置有两种型号：北京××ＪＫ１１４３０Ｂ轴报装置，成都××ＹＺＤ－２型轴报装置。

其原理、结构基本相同，数据分析地面程序有所不同。

本文以北京××ＪＫ１１４３０Ｂ装置为分析研究对象。

在轴报装置装车使用初期，北京××给出的轴温报警故障处置策略比较简单：
①定量分析与定性分析间关联缺乏明确的标准。

②早期故障或初发故障的确诊，多依靠现场经验的积累。

③影响现场作业标准化、
检修人力资源动态优化调整等改革工作的推进。

因此，本文通过明确轴报分析量化标准，明确轴温报警处置方案，明确故障确认判据，形成处置作业标准化，并将其有机结合到检修整备管理一体化系统中，达到统筹平衡走行部质量风险管控与检修维护成本的目的。

１　犎犡机车轴报装置生产厂家故障判定指导标准
１．１　原有轴报报警故障预警运用、
检修决策（表１）１．２　原有轴报报警处置策略存在的不足
（１）对于轴承状态监测（轴箱轴承／牵引电机驱动轴承／抱轴承），第①项策略提出：轴承温度高于９０℃，或者轴承出现Ⅱ级报警，
运用策略要“降速至就近停车”，检修策略“侧线救援，视情维修”。

运用中发现夏季高温季节，环境温度最高可达５０℃，驱动电机轴承温度很容易上升到１００℃上，
易引发误报。

（２）轴承报警第②策略提出，当轴承温升大于５５Ｋ，并且出现Ⅰ级报警，运用策略可以“降速运行到温差＜５５Ｋ，
继续运行”。

但多次Ⅰ级报警后继续运行存在严重的行车安全隐患。

分析发现，当轴承Ⅰ级报警单趟达到３次以上，轴承外环往往存在明显的碾伤（从油沟边缘起始）
，若此时轴承依然带负载运行，很可能发生轴承烧损／固死的严重事故。

（３
）轴承第⑤策略提出，轴承发生预警（地面分析），只需要＂重点监视，跟踪故障发展＂。

实际上，轴承一旦发生预警，并且伴有一定的频率，就已经存在故障了，关键是如何判断故障的发展程度和确定合适的检修方案。

因此，需要通过对数据波形规律总结指导维修。

（４
）走行部传动齿轮／踏面的运用及检修策略第⑥⑦⑧⑨，
也存在同样的问题。

综上所述，以上运用及检修策略只是提供了一个大致的标准，与实际情况存在很大的差距。

２　轴报报警处置方案策略及判据修正
２．１　问题分析
图１所示为轴报分析软件的温度数据界面，准确的记录到了２０２０年５月２５日机车第１轴２位（牵引电机齿端轴承）温度异常的情况。

尚海燕（１９７４—）男，工程师（收稿日期：２０２０－１１－０９
）第４０卷第Ｓ０期２０２０年１２月 铁道机车车辆ＲＡＩＬＷＡＹＬＯＣＯＭＯＴＩＶＥ＆ＣＡＲ Ｖｏｌ．４０　Ｎｏ．Ｓ０
Ｄｅｃ． ２
０２０
表１　
原有轴报报警故障预警运用、检修决策［
２］
部位环境温度
绝对温度
相对温升
故障诊断结论序号运用决策检修决策轴承
ＸＸ
≥０℃
＜０℃
Ｘ
Ｘ＞９
０℃＜９
０℃＜９
０℃≥５５℃＜５
５℃Ｘ
ＸＸ≥５
５Ｋ＜５
５ＫＸ
ＸＸ
Ⅱ级报警Ｘ
Ⅰ级报警正常Ⅰ级报警正常Ⅰ级报警
正常Ⅰ级报警
正常地面预警①
②
③
④
⑤
降速至就近侧线停车
降速运行到温差＜５５Ｋ，
继续运行。

进行后部了望，观察有无烟雾、
异声、异味、异状
正常运行
降速运行到温度＜５５℃，
继续运行。

进行后部了望，观察有无烟雾、
异声、异味、异状
正常运行
侧线救援，解体检修
顶轮检测，视情维修顶轮检测，视情维修　
顶轮检测，视情维修
顶轮检测，视情维修
重点监视，跟踪故障发展传动齿轮
ＸＸＸ
Ⅱ级报警
Ⅰ级报警
地面预警⑥⑦正常运行，进行后部了望，观察有无烟雾、异声、异味、异状
正常运行
重点检查，进行维修进行检查，视情维修重点监视，跟踪故障发展轮对踏面
ＸＸＸ
Ⅱ级报警
Ⅰ级报警地面预警
⑧⑨
正常运行，进行后部了望，观察有无烟雾、异声、异味、异状
正常运行
重点检查，进行维修进行检查，视情维修重点监视，跟踪故障发展
图１　轴报分析软件的温度数据界面
温度异常升高，
原因是多方面的：（１）轴承故障（油润不亮，滚道滚子损伤），这是最危险的情况，必须准确判断故障发展程度，以及对行车安全的影响。

还有具体的修程（是更换轴承，还是清洗轴承？
）。

（２
）电机机体发热后的热传导温升。

包括电机散热不良（风道破损、电机脏污等）、风机工作异常等，需要准确界定温升异常的来源。

这里，就必须用到＂同位温差＂的比较数据，否则，单独看轴承温度数据，极易构成故障误判。

（３）传感器故障。

传感器内置的ＩＣ元件，
虽有自平衡功能［３
］，但是随着使用年限的增加，会产生漂移／震荡
效应，绝缘值会降低，造成监测数据失稳。

波形多表现为高频脉动，温度变化趋势ｄ狋／ｄ狊→∞或者０，而驱动装置总重在１．５～３．５狋间，存在巨大的热惯量，绝不会出现温度剧烈变化的情况。

因此，不能单凭监测点温度异常，就判断为轴承存在异常。

此外，机型不同，走行部部件结构及机械电气参数不同，温度异常升高后的处理也应该有所不同。

２．２　轴温报警处置方案修正策略在２０１２前，根据铁路总公司及铁路局相关技术文件规定，对机车轴温报警，采取的措施为出现温度（９０℃
以上或温升超过５５Ｋ）报警的机车回段后要认真仔细分析数据，确认是否监测装置误报，不是误报的机车要扣车更换故障部件。

从２０１２年开始将同位温差数据纳入故障处理判据。

同位温差判据通过对比同车／同转向架／同位的温度，可排除环境温度、电机电气发热、传感器故障等干扰因素的影响，大大提高故障确诊率。

但同位温差如何设定判据阈值？阈值设定过小，风险小，但是检修和维护成本会大幅上升；阈值设定过大，检修维护成本低，但是行车安全风险又上去了。

因此必须有一个不断试验，不断修正的过程，最终达到防线可控，维护检修成本可控的目的。

２０１２年到２０１５年，轴温报警标准：温度９０℃、
温升５５Ｋ或者同车同位最大温差２５Ｋ，
达到其中一项标准，扣修检查。

执行这一标准后，扣修率大幅上升，但实际确诊的故障率只有９．３％。

大量的故障与电机轴承通风不良（ＳＳ６Ｂ机车），前后转向架环境温差差异大（ＨＸＤ３Ｃ）
有２
４ 铁道机车车辆 第４０卷　
关，而与轴承本身发热温升无关。

２０１５年１２月，
在对大量温升数据进行统计归纳的基础上，
首次分车型／分部位／分处置级别规范性的提出轴温报警的运行及检修策略（表２）。

表２　分车型／分部位／分处置级别的轴温报警检修策略
车型温升报警温度报警
同位温差（电机、抱轴承）同位温差（轴箱）２位其他位２位其他位首次扣车重复扣车首次扣车重复扣车ＨＸＤ１７０
５５
１０５
９０
３５／２５４０／３０３０／１５３５／２０ＨＸＤ３
ＨＸＤ３ＣＨＸＮ３Ｂ
５５
９０３５
／２５４０／３０
３０／１５
３５／２０
细化要求如下：（１）运行中，各型机车禁止无故随意切除牵引电机运行，
若需要切除电机，乘务员应在《机车运行日志》上注明切除原因、切除起始时间。

接续外机务段交路，发现牵引电机被切除时，须恢复被切除电机，并在《机车运行日志》上注明。

（２
）机车运行中，乘务员观察轴报温度显示情况纳入乘务员一次作业标准和巡检内容（
列车长大上坡道及长时间高手柄运行时，应加大观察频次，每１０ｍｉｎ不少于一次），发现任一测点温度超过８５℃时，
应降速５ｋｍ／ｈ以上，待温度降至８５℃以下时，恢复正常速度。

不得关闭牵引电机风机。

（３
）入库整备作业时，若发现乘务员报活有切除电机运行的，应告知轴报数据分析人员，数据分析时被切除电机轴不作为对比对象，只对其他轴作对比分析。

（４）数据分析发现同位温差大于２０℃，
且次高温度大于１０℃的，确认传感器位置接入正确后，对报警轴各部件全面检查（重点是电机内部状态、通风网有无破损、通风道截面是否变小；齿轮箱是否窜油、缺油；接地装置状态）
，检查无异常的可观察使用。

随后在２０１５年末对ＨＸＤ１机车再次修订（表３）。

２．２．１　轴温报警处置策略修正
２０１８年，在２０１５年的标准上，通过对２０１６年／２０１７年的数据分析，
修订了同位温差的标准，以提高确诊率，提高风险可控水平，数据分析及处理方法如下（表４）。

表３　犎犡犇１轴温报警处置策略
温升报警温度报警同位温差（电机、抱轴承
）同位温差（轴箱）备注
２位
５位
其他
位
２位
５位
其他位
首次
扣车
重复扣车
首次扣车
重复扣车
７０
７５
５５
１０５
１０５
９０
５位
其他
５位
其他
４０／３５
３５／２５
４５／４０
４０／３０
３０／１５
３５／２０
机车上２位超８０／１２０℃才报警。

７０／１０５℃为地面软件分析标准，注意地面软件不显示报警。

机车上
５位超７５／１０５℃报警，
地面软件分析标准为７５／１０５℃
表４　２０１８年版轴温报警判据表（
修正同位温差） 由表４可见，
准确、清晰、既能控制住风险，又能最小耗费的运用及检修方案，相比此前的标准，成效很明显。

２．２．２　轴报报警处置方案及判据表
在实施２０１８年判据表的基础上，
意外发现２个问３
４　第Ｓ０期 ＨＸ机车走行部故障监测系统轴报报警处置方案
题。

（１）ＨＸＤ１机车，
当牵引客本、行包列车，速度达到１０５ｋｍ／ｈ以上时，
会出现５位（牵引电机非齿端轴承）轴温异常升高的现象；若牵引速度等级在７８ｋｍ／ｈ以下货本／货补列车时，５位轴温无明显温升，且温度变化平稳。

这正是在运用同位温差分析法后，发现的规律。

该问题迅速提交到了机务处，有效防范了行车安全风险。

同时，也提出了运用策略：当ＨＸＤ１机车出现５位轴温温度报警时（温度报警、温升报警），若温升值超限时间段对应的机车速度在１０５～１１５ｋｍ／ｈ
（轴报分析速度曲线峰值在５０以上），且轴承冲击波形无异常，机车可正常运用。

（２）因冬季环境温度低（０～５℃），ＨＸＤ１机车２
／５位轴承在负载工况下，工作温度极易上升到８０℃以上，造成测点温升报警，但是同位温差不超限（最大温差大于２５Ｋ且次高大于１５Ｋ）的情况。

提出的运用策略：在冬季，对ＨＸＤ１机车２／５位温升报警，扣修标准临时更改为：（６０～９０℃）的驱动功率（表５）。

２
０１８年底，再次修订了判据，形成了实行至今的机车轴温温升维护检修策略判据表（表６）。

表５　犎犡犇１
机车２
／５位在环境温度低时轴报报警判据
【２位】
　第①种情况：
温升≥８０℃，并且次高温差≥１５Ｋ（无轴承冲击预警报警）；　第②种情况：
温升≥８０℃，并且次高温差＜１５Ｋ并且有轴承冲击预警报警【５位】
　第①种情况：
温升≥７５℃，并且次高温差≥１５Ｋ（无轴承冲击预警报警）；　第②种情况：
温升≥７５℃，并且次高温差＜１５Ｋ并且有轴承冲击预警报警表６　轴报报警判据表
２．３　修正效果分析
经过多次修正，判据表的准确性、科学性得到了实践的检验，２０１９年扣修率大幅下降，而确诊件数也下降了１／２。

到了２０２０年，轴温扣修处理８件，没有发生一件走行部轴温异常引起的行车质量和安全事故。

以下数据是２０１４～２０２０年间，因走行部轴温异常而扣修检查（扣临修及Ｃ１／Ｃ２／Ｃ３修）
的次数（图２和表７
）。

以上检修数据可见，对于温度异常升高而扣修处置的高峰期，发生在２０１８年前。

到２０１９年，扣修率下降，到了２０２０年上半年，基本上控制在每月１．５件左右。

部件落修的情况为：ＨＸＤ３Ｃ机车２０１４年落修１台驱动，２０１７年落修３台驱动，ＨＸＤ１机车２
０１８年落修３台驱动。

ＳＳ６Ｂ机车共计落修电机２
９台。

４
４ 铁道机车车辆 第４０卷　
图２　２０１４年至２０２０年间轴温异常的扣修检查次数图表７　２０１４年至２０２０年间轴温异常的扣修检查次数表
年份ＨＸＤ３Ｃ
ＨＸＤ１ＳＳ６ＢＤＦ４２０１４４１７ ２０１５２７９２９８９２０１６３９２２９４２０１７２４９２９６２０１８３１３３２９６２０１９０２６１５６２０２０
０
５
２
１
３　整备作业现场的轴报报警检查处置要诀
根据历年来的轴报分析，报警处置经验，结合整备作业现场特点，
编制了轴报报警检查与处置要诀：轴报数据先分析，装置故障先排查。

二级报警果断扣，行车安全放首位。

报警报活不要慌，运行日志可参考。

报警位置要分清，齿轮箱侧是一位。

报警扣修有标准，简明表看ＡＢ面。

冲击温升一起报，必有重大隐患在。

轴承冲击有报警，通知动车听声音；梳状波形要当心，五十以上故障真。

连续三趟皆报警，
联系技术看数据；开盖与否听指挥，部件恢复要细心。

齿轮冲击有报警，油位检查放在先；箱体鼓包看仔细，防断防脱是关键。

踏面冲击查圆周，缺陷位置要标记；轮对检测也在报，务必扣修保安全。

温升报警要分析，曲线持续才是真；
通风油润来比较，环境不好要改善。

波形参数细致看，异常状态截画面；联系技术来会诊，确保故障拿得准。

记录填写要及时，完整准确备查询。

机统－２８是个宝，
定检维修除隐患。

４　结束语
机车走行部安全，历来是行车安全卡控的重点。

通过对轴报监测原理的研究分析，在长期大量实践的基础上，不断修正完善报警处置标准，在风险可控的基础上，提高故障确诊率，减小不必要的检修作业，是提出建立标准明确、风险可控、减小检修耗费的判据表，以及检查处置要诀等标准的目的。

从２０１２年至今，８年时间建立的一套标准、完备、科学的作业标准和流程，极大地提高了生产效率，
有效地确保了行车设备安全。

希望这一整套标准能得到推广，并在推广中不断得到完善。

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．
［２］　唐智公司技术资料．
ＪＫ００４３０原理简介及数据分析方法［Ｚ］．２０１４．
［３］　唐智公司技术资料．
ＪＫ１１４３０Ｂ使用说明［Ｚ］．２０１２．犃犾犪狉犿犻狀犵犇犻狊狆狅狊犪犾狅犳犃狓犾犲犜犲犿狆犲狉犪狋狌狉犲犻狀犉犪狌犾狋犇犲狋犲犮狋犻狀犵
狅犳犎犡犔狅犮狅犿狅狋犻狏犲犚狌狀狀犻狀犵犌
犲犪狉犛犎犃犖犌犎犪犻狔
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４１０５８Ｈｕｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ）犃犫狊狋狉犪犮狋：ＴｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｇｉｖｅｓａｂｒｉｅｆｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｔｏｔｈｅＦａｕｌｔＤｅｔｅｃｔｉｎｇＳｙｓｔｅｍ（ａｌｓｏｃａｌｌｅｄＡｘｌｅＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＡｌａｒｍｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）ｏｆｔｈｅｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅｒｕｎｎｉｎｇｇｅａｒ，ｔｈｅｖｅｈｉｃｌｅｓｅｃｕｒｉｔｙｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｓｕｂ ｓｙｓｔｅｍ．Ｉｔｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ，ａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｊｕｄｇｉｎｇｓｔａｎｄａｒｄｓｆｏｒｔｈｅａｘｌｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆａｕｌｔｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，ｇｉｖｅｓａｄｅｔａｉｌｅｄｆｏｕｒ ｐｈａｓｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅａｌａｒｍｉｎｇｆｏｒｔｈｅｃｈａｎｇｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｅｓｏｆａｘｌｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ａｎｄｄｅｄｕｃｅｓｔｈｅｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｄｉｓｐｏｓｉｎｇｓｔａｎｄａｒｄｓｆｏｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｒａｎｇｅａｎｄｔｉｍｅｓｏｆｔｈｅａｌａｒｍｉｎｇｓｙ
ｓｔｅｍ．Ｔｈｅｓｅｓｔａｎｄａｒｄｓｐｒｏｖｉｄｅａｃｌｅａｒ，ｅｆｆｅｃｔｉｖｅａｎｄｒｉｓｋｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅｓｏｌｕｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｃａｎｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｏｎ ｆｉｌｅｄｗｏｒｋｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｇｒｅａｔｌｙａｎｄｅｎｓｕｒｅｔｈｅｓｅｃｕｒｉｔｙｏｆｔｈｅｔｒａｖｅｌｌｉｎｇｆ
ａｃｉｌｉｔｉｅｓ．犓犲狔狑
狅狉犱狊：ｆａｕｌｔｄｅｔｅｃｔｉｎｇｏｆｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅｒｕｎｎｉｎｇｇｅａｒ；ａｘｌｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ａｌａｒｍｉｎｇｄｉｓｐｏｓａｌ；ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｄｉｓｐｏｓａｌ５
４　第Ｓ０期 ＨＸ机车走行部故障监测系统轴报报警处置方案 。