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摘要：本文介绍DF4D型机车安装LKJ2000型列车监控记录装置，LKJ文件记录机车频繁空转，结合系统原理图和现场问题调查处理与分析，详细描述的分析处理过程，并提出了解决方案，对设计和现场运用具有指导作用。
关键词：DF4D型机车；列车运行监控记录装置；机车空转；处理方法
1 引言
LKJ2000型列车运行监控记录装置（以下简称LKJ监控装置）是基于国内外ATP及ATC先进技术，满足于前沿铁路数字化、网络化、智能化技术发展需要而研究开发的新一代列车超速防护设备，能够准确记录列车运行状态、信号设备状态及乘务员操纵状态，熟称铁路“黑匣子”，为保障铁路运输安全方面发挥了显著的作用。DF4D型机车为国内担当客运机车主要牵引车型，由于天气、安装方式、器材等原因LKJ会产生轮对空转报警与记录，空转会对LKJ的距离走行产生影响。
2 问题的提出
2017年7月24日 DF4D-488机车在7月21日担当白城站-阿尔山站的K7565次客运任务，乘务员反馈运行途中LKJ频繁报“空转”，并造成停车6分。
3 原因分析
3.1 运行文件分析
分析4月24日至8月18日DF4D-488号机车共计116个文件，其中78个文件机车走行距离大于4km，发生空转的文件有59个。
分析文件发现，4月份未发生空转，4月26日至5月24日无运行记录文件，5月25日至5月28日计运行18km，无空转记录，自5月29日起长距离走行，开始出现空转记录，至7月23日，故障频次逐渐升高，集中在0、1通道。7月24日更换LKJ、速度传感器，至8月18日，未出现频繁空转故障（仅有零星空转记录）。
8月16日DF4D-488号机车下车的LKJ主机安装到了DF4D-102号机车，8月22日，DF4D-488号机车下车的速度传感器也安装到了DF4D-102号机车。分析8月16日至8月30日运行记录文件，未出现频繁空转故障。
3.2 实地勘察情况。
7月24日进行了以下故障处理，分析后续LKJ运行记录文件，故障消除：
1）更换上车2轴（0、1通道）速度传感器，编号151227650，生产日期2015年12月，型号TQG15BL；
2）更换上车2轴（2通道）速度传感器，编号170331582，生产日期2017年3月，型号TQG15BL；
3）更换上车LKJ主机，编号27120-2010.6（换下LKJ主机编号Z006165153），型号F型。
3.2.1 设备地面检测
7月24日对DF4D-488机车进行多次柴油机启机试验，并用速度发生器给速度至30km/h，未发生空转现象；提升柴油机转速，对速度无任何影响；用万用表测量速传上车电缆，均正常导通，且无异常现象。查看各线路，未发现松动、干扰等现象；用摇表对X34-速传上车电缆接地情况进行耐压测试，该电缆各导线耐压测试正常。
7月26日对该LKJ主机进行地面测试。LKJ外观无异常，通过ZZS38信号模拟器给LKJ主机速度信号，加速稍过快时，LKJ会报空转提示，下载文件分析，速度通道0、1、2均记录为空转，与运行文件单独的通道0、1空转不相同。使用综合测试台测试该主机的模拟量入出插件、监控记录插件，测试结果正常。
7月26日对该LKJ主机进行整机测试，测试结果正常。
8月16日将DF4D-488机车换下的LKJ主机安装至DF4D-102机车上，跟车添乘，添乘过程未发生空转现象。分析该车运行记录文件，未出现频繁空转故障。
8月22日将DF4D-488机车换下的速度传感器安装至DF4D-102机车备轴上，分析该车运行记录文件，只偶尔发生2次空转记录，未出现频繁空转故障。
3.2.2 车上设备检查情况
2017年9月12日，再次对DF4D-488机车进行车上设备复查：
1）X34电缆生产日期2016年11月28日，厂家思维公司。X34插头插孔内部无明显氧化变黑痕迹，插头平面与插孔无进水痕迹，如下图所示。
2）使用1.0mm砝码对X34插头速度信号点位分离力测试，测试结果均正常。
3）对速度信号端子排进行检查，速度传感器15V+、15V-、速度通道0、速度通道1、速度通道2与速度屏蔽地线端子排安装良好，螺母紧固，线缆之间无搭接，导线无破皮情况，如下图所示。测量屏蔽地线与车体之间的连接，速度信号的屏蔽接地测试良好。
3.3 原理分析
3.3.1速度信号原理框图
LKJ具备三路速度信号的采集通道。其中0通道和1通道为主速度传感器，DF4D-488机车安装于2轴左侧，2通道为备速度传感器，安装于2轴右侧。
速度传感器输出的脉冲信号经过端子排接入LKJ主机，LKJ模拟量输入/输出插件对信号进行滤波、整形、转换后送到LKJ监控记录插件，LKJ监控记录插件对信号进行采样和换算后，转换为机车运行的速度值。
3.3.2 LKJ判断空转机制
机车运行时，在粘着力作用下动轮在轨面上滚动，动轮踏面与轨面间出现相对滑动时，动轮踏面的线速度高于机车运行速度，就会出现空转。
LKJ特定运用区段控制参数编制软件可以针对不同类型的机车设置对应的加/减速度值，同时还可以结合运用类型设置加/减速度值。当LKJ软件通过采集的速度脉冲信号计算的加速度值大于设置的最大加速度时，LKJ判断当前满足速度空转的条件，会进行相应的语音提示并启动速度信号抑制功能。
LKJ特定运用区段控制参数编制软件中设置的DF4D的加速度为4.5km/h/s，内燃客车加速度4.5km/h/s，如下图所示。当LKJ进行控制计算时，最大加速度取两者的低值即4.5km/h/s。
以LKJ运行周期为100毫秒为例，下一运行周期速度超过本运行周期速度0.45km/h即判定为空转开始。举例如下：
1.当前速度为5时，下一运行周期速度大于5.45km/h则判定为空转开始；
2.当前速度为10时，下一运行周期速度大于10.45km/h则判定为空转开始；
3.当前速度为40时，下一运行周期速度大于40.45km/h则判定为空转开始。
LKJ判定空转开始后，400ms内若加速度仍然大于最大加速度则判定确认空转，LKJ会记录该速度通道空转，此后若仍然处于空转状态，LKJ语音提示。
3.3.3可使LKJ记录空转的条件分析
LKJ采集速度信号并进行处理，需要经过下图中5个主要环节，如发生频繁空转也与上述5个环节相关。
（1）轮对：机车轮对实际发生空转；
（2）LKJ主机：LKJ硬件故障或者LKJ软件逻辑处理错误。
（3）LKJ电缆：上车电缆连接器接触不良、信号被干扰；
（4）速传上车电缆：上车电缆连接器接触不良、信号被干扰；
（5）速度传感器：速度传感器故障发生空转；
3.4 故障原因分析
结合近2个月持续发生的LKJ频繁空转仅在2轴主速度传感器对应0/1速度通道上发生的差异特征，以及主速度传感器和备速度传感器均安装在2轴的实际情况，现对各环节可能导致空转的情况分析如下。
（1）机车轮对实际发生了空转
由于主速度传感器和备速度传感器均安装在2轴上，根据近2个月中仅有主速度传感器对应的0/1速度通道发生频繁空转的情况分析，可排除机车轮对实际发生空转的可能。
（2）LKJ主机软硬件故障
3路速度信号进入LKJ主机，在经滤波后进入比较器A8，经光耦OP5隔离后转为5V频率信号，再由反向施密特触发器U2进行信号整形后输送至监控记录插件，3个速度通道的硬件处理电路完全一致，信号所流经芯片也为同一个芯片。若LKJ主机硬件故障，则表现为3路速度信号全部故障，或特定通道持续故障。但故障主机更换至102号机车上持续运行1个月未再发生类似的0/1速度通道频繁空转故障，可排除LKJ硬件故障的可能。
LKJ软件自2011年换装使用以来，未出现过类似可导致频繁空转问题，同时LKJ主机软件对于此3个速度通道的处理不存在差异。而实际情况是0/1速度通道空转的同时，2速度通道未空转。因此可排除LKJ主机软件逻辑处理错误的可能。
（3）LKJ电缆故障或被干扰
速度信号由LKJ主机X34连接器采集，其中电源信号、地信号为公共接点，一旦故障则为3路速度信号同时故障。3路速度信号为独立点位信号，若出现故障，不会0/1通道反复多次同时故障、恢复。因此排除此LKJ电缆连接器接触不良或者线缆被干扰的可能。
（4）速传上车电缆故障或被干扰
主速度传感器对应的0/1通道速度通道上车电缆由主司机座椅下方上车后经主司机台地板至副司机台下的端子排，该链路上无干扰源设备；经上车测量，连接器分离力正常，检查端子紧固正常且无其他异常情况。0/1通道速传上车电缆故障的可能性较低。
（5）速度传感器故障
根据频繁空转仅发生在主速度传感器对应的0/1速度通道，结合7月24日更换LKJ主机和速度传感器之后故障消除，频繁空转与主速度传感器关联的可能性最大，由于该传感器更换至102号机车前经过了解体和拆装等相关处理，不排除速度传感器本身存在特定条件下才能发生故障的可能。
4 结论与建议
综上频繁空转的故障现象和各环节的设备分析情况，本次该机车发生频繁空转，经排除其他相关设备，故障与速度传感器关联的可能性较大，建议将速度传感器返厂进行进一步检测和分析。
建议措施：
加强运行记录文件分析，发现异常时及时处理；
加强设备的日常检测，确保满足以下要求：
1.速度传感器型号、轴长与机车型号匹配安装；
2.端子排的速度信号等接点可靠连接，避免与LKJ无关的信号接入LKJ端子；
3.布线屏蔽地与大地可靠连接；
4.速度信号相关各插头、插座之间连接可靠、无松动；
5.速度信号相关布线自然弯曲、无拉扯，弯曲半径满足LKJ技术规范要求；
6.速度信号相关布线周围无大功率设备电缆，或与大功率设备电缆以直角交叉；
7.速度传感器密封良好，螺钉安装紧固。
参考文献
[1]杨志刚.LKJ2000型列车运行监控记录装置[M].北京：中国铁道出版社，2003.
[2]程晓东.浅析LKJ—2000型列车监控记录装置系统故障分析[J].中国新通信，2013，24：50-51.
[3]张宏志.LKJ2000型列车监控记录装置系统故障分析[J].科技创新与应用，2012，34：89.
论文作者:吴俊岭
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第2期
论文发表时间:2018/6/22
标签：速度论文; 机车论文; 传感器论文; 信号论文; 故障论文; 通道论文; 主机论文; 《建筑学研究前沿》2018年第2期论文;