列控车载设备故障分析及维修技术改进

列控车载设备故障分析及维修技术改进

摘要:高速铁路列车运行控制系统(简称列控系统),是保障行车安全、提高运输效率的安全苛求系统。因此对列控车载设备建立完善的维修维护技术具有重要意义。本文是在分析高铁列控车载设备的故障原因的基础上,提出了现行维修过程中的不足,并最终提出了一系列涉及维护维修技术的改进措施。

关键词:列控维修分析改进

在我国客运专线、高速铁路建设中,列控车载设备占据着十分关键的地位。健全的设备维修体系,可以及时检查、排除故障,最大限度的降低经济损失,避免造成严重的社会不良影响。

目前,在车载列控设备的维修维护规范方面,我国铁路部门实行的规范多为临时性的,体制问题尚未根本解决。特别是在维修制度方面,统一的、一刀切的定期维修方式多被采用,列控设备的实际运行情况未被考虑其中,这必将导致一些状态良好的设备出现故障或潜在的故障,进而影响设备原有的可靠性的恢复,以及使设备的故障隐患和故障率大为增加。此外,为了减少不必要的检修造成的列控车载设备被迫下道的情况出现,因此,对我国目前列控车载设备的维修方式做详细分析和改进日益成为不可忽视的问题。

1 列控车载设备故障分析

列控车载设备主要由安全计算机(VC)、应答器信息接收模块(BTM)、轨道电路信息接收模块(STM)、速度传感器、列车接口单元(TIU)、人机界面(DMI)、运行记录单元(DRU)、轨道电路信息接收天线、应答器信息接收天线等部件组成,如图1所示为CTCS-2级列控系统结构图。车载设备通过通信信道将地面传来的信号进行处理,形成列车速度控制数据及列车制动模式,监督和控制列车安全运行,因此对列车车载设备进行故障分析及诊断就显的尤为重要。

在实际运用中,由于运行环境的复杂多样,列控设备遇到的故障也是层出不穷,所以根据列控车载设备的机械和电器特性的不同,按照引起故障的原因将这些设备分为以下三类。

(1)机械类设备,包括轨道电路信息接受天线、应答器接受信息天线、速度传感器的保护钢套和连接电缆等,它们的故障通常是由于腐蚀、磨损、蠕变和疲劳损伤等引起的。(2)电路板类设备,包括VC内部的主板和集成电路、STM和BTM的内部电路板、各类传感器中的电子元件和传感线圈、TIU和DRU内部的电子元件等。它们的故障通常是由电子元件的各种逻辑故障和非逻辑故障引起的。(3)软件设备,主要是指安全计算机内的相关软件系统,其故障通常是由列控系统软件缺陷引起的。

下面就根据实际运用中发现的故障情况分别分析各类设备的故障原因。

腐蚀、磨损、老化、疲劳、蠕变等外在原因常常使设备偏离其设计状态并最终丧失部分或全部功能,这些外在原因也可以说是造成机械类设备故障的主要原因。如,设备的磨损是逐步产生的,设备的性能也是逐渐恶化的,结构参数也是缓慢变化的,所以在实际使用中不容易被发现。使用时间的延长会加剧设备性能恶化的程度,加之机械性故障具有潜在性、不可逆性、不确定性、复杂性以及发展性的特点,这些都会再在无形中对列控车载设备的安全、可靠方面增添不利因素。虽然通过润滑、调整、清洁等方法可以减缓或消除部分故障的发展,但此时设备结构参数和故障的判断的标准已经发生了变化,维修不能使设备的性能恢复到出厂时的良好状态。

1.2 电路板级故障

通常来说,设备自身不完善的设计或物理原因是造成电路板故障的主要原因。在很大程度上,亚稳触发或竞争冒险等问题是由不完善的设计所造成的。尽管大部分设计故障在印制电路板的设计阶段就能通过逻辑验证来消除,但不能完全排除某些设计故障进入生产阶段。物理原因造成的故障,多是由于电路板的物理结构或者电子元器件的电气性能参数改变引起的,包括由制造环节引入的物理故障(例如元器件安装错误、焊接不当造成的地线、信号线、电源线的开路或短路等)和外界环境造成的物理故障(例如搁置时间过长、温度变化剧烈、大幅度振动、强光、电、辐射干扰等产生的故障)。

列控软件的故障或错误通常是由于软件研发过程中程序结构错误(程序控制顺序有误)、软件实现和编码错误(编码错误、语法错误、与编码标准不符、程序逻辑不当等)、软件模块间的集成错误(程序的对内对外接口定义有误、程序各模块间的数据交换和时间配合不协调等)、软件系统结构错误(操作系统调用错误或引用环境错误)和测试定义与测试执行错误(测试方案错误、测试用例不典型)等导致的一些疏忽性错误、实际运行错误、清晰(或模糊)错误、速度错误和能力错误。

列控软件在使用过程中会碰到各种类型的软件故障,这些故障的灵活性都很强。

2 列控车载设备的维修技术改进

目前我国高铁列控系统的维修制度都是按照设备生产厂家提供的修程修制定期对设备进行检修,但遵循这种统一的方式去检修显然存在一些弊端。

(1)未能充分考虑到各设备的实际健康状况。造成多数设备维修过剩,少数设备维修不足,这样既增加了不必要的工作量,也可能会增加设备的潜在故障。(2)铁路运用所缺乏维修能力。目前我国运用所只能进行最基本的一级出入库检修和二级月检修,三级修及以上级别

的检修维护都要交给设备生产厂家进行检修。(3)不能对列控车载设备的运行状态进行全面监测。目前的检测系统仅能获得少量的实时检测数据,对列控车载设备运行状态监测力度明显不足。(4)列控软件在交付使用后,因开发测试时的不彻底、不完全性,会有部分隐藏的错误遗留到运行阶段,造成巨大的安全隐患。同时软件在使用过程中,不能随着其外部环境(如硬、软件配置等)、数据环境(数据库、数据格式、数据存储介质等)的变化进行相应的升级更新。

通过上述四点可知,我国铁路需在当前列控设备维修维护方式的基础上对当前的维修维护方式进行改进,使修程修制更科学,更合理。通过对国外高速铁路列控设备维修技术及标准和航空航天、军事等领域等先进装备维修技术的研究,吸收先进的、成熟的方法和技术,在此基础上提出列控车载设备的一系列维修技术改进措施。

2.1 机械类设备维修技术改进

列控车载系统机械类设备维护技术应当结合现代先进的维修技术,将表面工程技术引入列控设备维修领域,最大限度的保持和恢复设备良好工作状态,实现设备维修的快速化、自动化和智能化。

（1)纳米固体润滑干膜技术。

该技术是在固体润滑干膜中添加润滑和抗磨作用的纳米粒子,能够在常规油脂不宜使用的特殊环境下实现有效润滑,改善固体润滑干膜的耐磨和润滑性能。该技术最显著的优点就是不需要改变部件尺寸