深圳市地铁集团有限公司运营总部
摘要：在城市轨道交通迅速发展的今天，地铁车辆的行车安全是运营企业比较关注的问题之一，一旦出现事故损失的是经济，更是形象。走行部是车辆的重要组成部分，其关键部件如轴箱轴承、齿轮箱轴承、牵引电机轴承等状态的监测及数据处理，可以对故障进行准确的识别及预警，确保行车安全。本文主要就地铁车辆的走行部故障及诊断技术应用进行分析。
关键词：地铁车辆；行走故障；診断
前言
车辆走行部的机械故障对行车安全造成直接影响，采取常规的手段进行检测走行部的状态，其维护效率是非常低，浪费大量的人力物力。在走行部架修修程中，轴箱、构架、轴承等部件需要进行分解清洗检测(包括打砂探伤)，齿轮箱需要检查齿轮啮合而的状态及其他部件的安装状态，轮对需要进行探伤检查和轮缘踏而的修复，从这方面可以看出走行部关键部件的检查主要依赖于架修。在日常检修中，仅仅依靠“耳听目视”的检查方法很难检查到走行部各部件是否存在隐患，是检修人员面临的一大难题。而采用基于广义共振与共振解调的故障诊断技术，不仅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，并能准确指导车辆走行部的检修，效率得到大幅提高。同时，走行部车载故障诊断系统的应用提高了车辆运行的安全性和可靠性，为改变传统的转向架维修方式提供了有效的技术支撑，为城市轨道交通车辆的安全运营提供了可靠的保障。
一、地铁车辆走行部故障分析
城市轨道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，如在运营中出现过齿轮箱轴承保持架断裂、构架裂纹、轴箱轴承剥离、电机轴承保持架断裂、车轮失圆及踏面剥离等故障（图1、图 2）。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。
二、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。因此，为保障地铁车辆运行的可靠性，采取有效的在线故障诊断技术，提前预警，给做好及时处理和更换争取合理的时间。
三、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XX地铁多条线路应用。XX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。
四、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。
五、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XX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，不足以支撑城市轨道交通网络化条件下车辆走行部的运行安全。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。
（一）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。
（二）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。
（三）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。
六、结束语
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：
[1] 黄贵发，王定晓，唐德尧.用于城市轨道交通车辆走行部故障的车载在线实时诊断与监测系统[J].城市轨道交通研究，2015，09：31-36.
[2] 周天忠，贺德强，陈二恒，陈桂平.地铁车辆转向架故障诊断系统以太网与RS485转换接口的研究与实现[J].装备制造技术，2015，12：18-20.
[3] 李小波，吴浩.软故障分析在地铁车辆辅助逆变系统维修中的应用[J].铁道机车车辆，2011，03：62-64.
[4]晏红文，郭红锋.新型地铁车辆转向架的研究[J].机车电传动，2006-3-10.
[5]沈钢.发展中的轻轨车辆走行部[J].城市轨道交通研究，2002-9-20.
[6]孙超.基于可靠性分析的轨道交通车辆转向架维修周期研究[D].南京理工大学，2014.
论文作者:利懿翀
论文发表刊物:《防护工程》2017年第13期
论文发表时间:2017/11/11
标签：车辆论文; 在线论文; 故障论文; 地铁论文; 故障诊断论文; 部件论文; 系统论文; 《防护工程》2017年第13期论文;