分析机车车辆的诊断技术

分析机车车辆的诊断技术

【摘要】本文介绍了国内外机车车辆的诊断技术的历史与现状，分析了世界上先进机车车辆的诊断技术的特点，并给出了机车车辆的诊断技术的技术基础，最后本文对机车车辆诊断技术的技术实施与发展趋势展开了探讨。

【关键字】机车车辆；诊断技术；铁路

前言

在20世纪60年代，美国开始了机车车辆的状态监测与故障分析的研究。由于这一技术良好的经济与社会效益，具有较好的发展前景，机车车辆的诊断技术迅速在世界许多国家和地区都得到了广泛的应用与研究，技术手段与方法不断更新。到了20世界90年代初，这一技术成为了许多学科的重要交叉综合应用领域。

目前，在世界范围内的许多国家的铁路行业都相继引入了机车车辆的状态监测与故障分析的技术，由于其可以对早期的机车故障作于判断，并提出相应的对策，从而减少事故的发生，所以这一技术成为了保证机车运行安全的基本措施。到了上个世纪八十年代，随着计算机科技、信号处理技术与现代测试技术的迅速发展，机车车辆的状态监测与故障分析也得到了巨大的发展。

1 国内外研究现状

在一九六五年，美国的一家公司推出了第一套安装在铁路道旁的红外热轴传感检测装置，通过这一装置可以将轴承温度信号记录下来，并通过专业技术人员根据轴温来辨别机车的运行状况。这一情况是由于北美的铁路的运营状况决定的，其主要以重载为住，并且由于轴承是货车的关键部件，对运行的安全性起着决定性作用。到了八十年代中期，美国很多公司参与研制货车轴承声学与振动的故障监控技术研究，并与早期的红外热轴传感检测装置相结合，可在早期就能发现轴承故障，保证列车的运行的安全。到了二十世纪九十年代中期，美国铁道协会及其所属研究机构运输技术中心开发了新一代轴承道旁声学检测系统，并在北美、南非、澳大利亚铁路安装并得到了广泛的应用。目前这一探测系统的功能又有了进一步的发展。这一系统使机车的运行状态数据的获取实时性更强，从而能更及时的发现并排除机车故障，从而保证运输安全，由于该设备可以缩短检修停车所耗费的时间，所以可以能够提高机车的使用性与利用率，经济效益非常显著。

在二十世纪六十年代日本开通了第一条新干线，率先开始了铁路高速化的进程。日本开展机车、车辆和动车组的故障诊断时间比较早，其目的是为了保证安全与降低机车维修成本。在一九八七年日本铁路改革为民营企业后，为了加强各个铁路公司与铁道综合技术研究所的交流与合作，日本成立了铁道机车、动车诊断技术联系会。并在此基础上与一九九零年成立了机车车辆诊断技术研究会。其发开的200系新干线高速动车组上安装的监控设备，可同时检测八个重要部位的垂直与横向的振动，在有关舒适性指标的判断依据下检测列车运行的状态，从而

分析其不良部件，从而实现有效的状态监测与故障分析。

与美国不同，欧洲的铁路主要以旅客运输为主，其高速铁路技术位于世界先进水平。法国、德国、英国等欧洲国家都是高速铁路科技技术发达的国家。这些国家为了提高高速列车的性能、保证其运行的安全，欧洲各个国家都在气高铁中运用了计算机控制技术与状态监测和故障分析技术。

俄罗斯对将机车车辆的状态监测和故障分析技术放在一个相当高的地位，自从二十世纪八十年代起，前苏联的各个高等院校、铁路局等单位均投入了巨大的力量对机车的电气、轴承等很多方面开展了状态监测和故障分析研究工作。而俄罗斯在二十世纪九十年代末开发完成的高速动车组样车，采用了很多新技术，这一高速动车组样车中广泛地使用了计算机技术，这些基于计算机的控制系统能够在各个诊断系统与模块之间用网络进行通信，并将列车的运行信息展示在操纵台的显示器上，从而保证列车的运行安全。

我国自从二十世纪八十年代起，就积极开展了将机车车辆的状态监测和故障分析技术研究工作，在铁道部的推动下，铁道科学研究研究就许多高校合作，进行了广泛的机车何亮诊断技术的研究，并在部分铁路局、机务段的帮助配合下，完成了应用于实验工作，技术上取得了巨大的进步，并却得了显著的经济效益。在二十世纪九十年代中后期以来，我国新研制的一系列高速机车和动车上均安装了具有状态监测和故障分析功能的车载计算机。

从以上研究分析可以看出，以美国、加拿大、澳大利亚等国家以重载运输为主的国家，将研究的重心放在了研制道旁监测诊断技术的设备上。在这些国家中，很多企业与研究机构充分合作，共同研发了功能强大的道旁诊断监控网络系统，从而保障着运输安全。

而欧洲铁路主要是以高速客运为其主要的运营模式，所以主要研制了车载监测诊断监控技术。车载监测诊断监控计算器可以对机车车辆相关部件有其子系统进行监测，其发展的趋势是网络化、信息化，从而实现信息共享和集中的管理。

日本与欧洲相似的是其铁路运营主要是高速客运，但是日本不但开发了车载监测诊断监控装置，还开发了很多机车维修检车的设备，在检修基地中可对机车进行较为完整的检测包括振动、电气等，实际运用中效果很好。

而我国的铁路研究机构与高校以及成功的研制了载监测诊断监控装置与道旁监测诊断设备，并在全铁路范围内获得了应用，这些科研成果保证我国列的提速的平稳安全。

2 故障诊断和安全监测的技术基础

“广义共振与共振解调的设备故障诊断技术”为故障诊断和安全监测的技术基础，这一技术基于传感器技术与信号处理技术来的得到机车运行转台的物理信息，而且通过计算机系统计算、分析与处理检测数据，也就是完成了机车发生的

故障的信息与强度分析，从而警告相关人员及时发出警报，告知维修人员进行维护，从而降低事故的发生概率甚至避免事故的发生。从以上陈述可以看出，机车车辆的诊断技术就是用机车车辆运行过程中的各个主要部件的信心进行采集、分析、推理诊断、发出警报，从而提出解决方案的全部过程。

在传统的机车检测与维修中，为了避免由于机车故障引起特大交通事故的现象，很多铁路局均采用定期检测、维修的方法，这种方法相比一上所述的内容，可以看出这一方法比较费时、非礼。而且，现在运行的高铁与动车的故障，有可能是突发性的，而且其引发的后果也是对造成人民群众的的经济健康巨大的所示。所以需要机车故障诊断和安全监测系统及时的报告机车的运行状态，在第一时间内发现问题，制定故障解决方案，从而安排维修计划，从而有效防止故障引起的事故。

实际上振动检测是机械故障领域中较为成熟的技术之一，一般传统的振动检测技术是通过传感器采集被测对象的振动信号，并通过频域与时域分析，最终发现其中的问题从作出分析。但是机车运行的过程中，机车存在各种不同形式的振动，虽然一部分振动比较强烈，但其属于正常的工作情况，并没有不好的影响。而关键部件如轴承等因为故障而产生的振动却没其他背景噪音所覆盖，因此，通过直接的检测是很难提高测量精度的。但是，公众解调技术室在传统振动分析检测的基础上，融合了应力检测技术、声学等技术，从而可以有效的判断常规的振动与故障，并能够敏锐的不捉到微笑的故障冲击，从而采集到故障信号，从而可以分析与诊断，进而发现运行中的机车的问题，以便采取响应的措施。

3 机车车辆诊断技术的技术实施与发展趋势

为了有效的对机车的运行状态与故障信息做出诊断，需要建立机车的车载与地面诊断装置，通过进行共振解调技术，并考虑多个因素与不懂的物理量给出一个综合诊断的故障诊断。这一系统要对机车、走行部的轴承、齿轮等多个机械部件进行实施检测，并避免因车速变化造成信号飘逸，从而提高故障的诊断精度。并针对机车转向架的水平、垂直振动碱性监测，这需要相应的检测系统。还要研制轨道旁的传感器阵列、诊断设备主机、接受系统集成为机车故障诊断系统，对采集的信号及时分析，并将结果发送至相关部门，及时对机车车辆进行检修。

随着机车制造与检测维修技术的快速发展，其传感器系统必将越来越复杂，使用传感器数目越来越多。应采用多传感器技术以及先进的数据融合方法进行综合的分析，从而得到有效合理的诊断结果。

相关监测诊断的设备的功能可以预见肯定会进一步扩展，从而实现机车所有重要部件与相关子系统的随车监测，而这些设施必将小型化、集成化，与地面监测设施组成统一的监测系统。

4 总结

本文详细地阐述了机车车辆诊断技术的国内外研究现状与其技术基础，并给