機車檢測與監(jiān)測技術 課件 項目1 機車檢測與監(jiān)測技術概述

《機車檢測和監(jiān)測技術》項目1目錄CONTENTS任務 機車檢測與監(jiān)測的意義和內容鐵路小故事復習思考題任務機車檢測與監(jiān)測的意義和內容一、機車檢測和監(jiān)測技術的意義（一）提高機車運行的可靠性和安全性現(xiàn)代機車是一種技術先進、結構復雜的鐵路技術裝備。它采用了大量的現(xiàn)代電子元件和裝備，來進行復雜的信息處理，因此要求這些裝備具有較高的可靠性。這種可靠性一方面通過電子裝備的可靠性來保證，另一方面則由檢測和監(jiān)測系統(tǒng)來提供。檢測與監(jiān)測技術可以迅速識別和提示運行中發(fā)生的故障，使其能采取措施及時排除故障，從而保障機車安全、可靠地運行。（二）為機車維修提供重要的依據(jù)現(xiàn)代機車的檢測和監(jiān)測技術不但能夠在運行中為機車乘務員提供機車的運行狀況、故障級別，提出排除故障措施的建議，而且還能在運行中將機車的運行狀況及時地向鐵路運營管理部門和機車檢修基地傳送、記錄和存儲，可在機車進入檢修基地以前做好機車檢修計劃，提早制訂檢修方案并準備好需要更換的配件，從而大大縮短了機車檢修停時，提高了機車的利用率和鐵路管理運營水平一、機車檢測和監(jiān)測技術的意義（三）可檢測、顯示、記錄、存儲和分析數(shù)據(jù)檢測和監(jiān)測技術能在機車例行檢修和運行中檢測出故障、并將故障狀況、故障等級以及應該采取的措施建議傳遞給機車乘務員，幫助機車乘務員及時關注和處理故障；同時，及時將故障發(fā)生的時間、位置、故障發(fā)生時有關參數(shù)的變化情況等信息記錄并存儲下來，供地面專家系統(tǒng)進一步分析。二、機車檢測和監(jiān)測技術的功能機車檢測和監(jiān)測技術的目的是提高機車運行的安全性和可用性，為此，檢測和監(jiān)測技術具有如下的主要功能。（一）故障檢測故障檢測是通過采取一定的手段（如安裝各類傳感器），獲取各個主要部件和系統(tǒng)工作狀態(tài)的信息，從而確認它們工作是否正常，能否完成應有的功能。（二）故障識別故障識別是根據(jù)檢測信息，判斷出所測部件和系統(tǒng)是否存在故障以及故障的嚴重程度。（三）故障定位故障定位即確定故障發(fā)生的部位。理想的情況是確定故障發(fā)生在哪些元器件上，但是由于機車的元器件數(shù)量極大，因此將任一故障都定位到元器件級有相當?shù)睦щy二、機車檢測和監(jiān)測技術的功能（四）故障顯示在故障檢測、故障識別和故障定位以后，還需要將故障顯示在顯示屏上，應盡量顯示出發(fā)生了什么樣的故障、嚴重程度如何、發(fā)生在什么部位、其功能范圍包括哪些，給機車乘務員以提示，提示在這種故障情況下的運行方式，并為檢修作業(yè)人員提出排除故障的維修措施建議（五）故障記錄、存儲與傳輸在故障檢測、故障識別和故障定位以后，除了顯示故障以外，還需將故障數(shù)據(jù)記錄和存儲起來，以便利用存儲的故障數(shù)據(jù)庫進行分析處理，對機車的檢修做出決策或者為機車的改進與發(fā)展提供依據(jù)。（六）整備作業(yè)和定期檢修中的檢驗檢測和監(jiān)測技術還擔負著機車自動化整備和定期檢修作業(yè)中的檢驗任務三、機車檢測與故障診斷系統(tǒng)的構成機車的檢測和故障診斷系統(tǒng)包括三部分，分別為車載故障診斷系統(tǒng)、地面故障診斷系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)（一）車載故障診斷系統(tǒng)機車故障診斷系統(tǒng)主要是指車載故障診斷系統(tǒng)。車載故障診斷系統(tǒng)是一套安裝在機車的實時運行診斷系統(tǒng)，實質上是一個分布式計算機測控系統(tǒng)。（二）地面故障診斷系統(tǒng)由于車載故障診斷系統(tǒng)一方面受空間的限制，不可能配置大型計算機系統(tǒng)；另一方面受實時條件的限制，不可能進行大量的邏輯推理和運算。因此，需要在地面上設置故障診斷系統(tǒng)，以彌補車載系統(tǒng)的不足，從而能夠較好地完成機車故障診斷系統(tǒng)的各項任務。三、機車檢測與故障診斷系統(tǒng)的構成地面故障診斷系統(tǒng)往往和維修信息系統(tǒng)合并為一個系統(tǒng)，它實質上是一個完善的大型計算機系統(tǒng)。它的主要功能如下：（1）通過與機車的信息傳輸與交換，直接得知機車的運行狀態(tài)，并通過自身的軟件系統(tǒng)對信息進行處理與分析，對故障進行實時診斷，給機車乘務員以警示和指令。（2）通過數(shù)據(jù)轉儲設備，將機車運行中記錄下來的數(shù)據(jù)轉儲到地面系統(tǒng)，可進一步處理和分析，從而做出機車設計、制造、運用和維修方面的重要決策。（3）外部診斷項目，主要有輪對故障診斷、軸溫紅外線檢測、潤滑油的光譜和鐵譜診斷等。（4）機車進入機務段期間，所有的檢測數(shù)據(jù)都輸入該系統(tǒng)，由計算機系統(tǒng)做出診斷，以便對機車進行經濟、有效的維修。三、機車檢測與故障診斷系統(tǒng)的構成（三）數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)包括機車在途數(shù)據(jù)傳輸和入段數(shù)據(jù)傳輸兩部分。機車在途運行時，把車載故障診斷系統(tǒng)采集的機車狀態(tài)信息、機車安全信息、機車監(jiān)測信息及視頻數(shù)據(jù)等實時信息通過GSM

GPRS/3G/4G/5G、GSM-RGPRS傳輸?shù)降孛婀收显\斷系統(tǒng)服務器；地面服務器把指令信息通過GSMGPRS/3G/4G/5G、GSM-R

GPRS發(fā)往車載子系統(tǒng)。機車入段后，通過WLAN實現(xiàn)車地非實時信息雙向傳輸?？梢岳肳LAN將LDP記錄數(shù)據(jù)、6A數(shù)據(jù)、LKJ數(shù)據(jù)、TCMS數(shù)據(jù)等車載設備的記錄數(shù)據(jù)、機車電子履歷等大容量信息發(fā)送到無線轉儲服務器，同時把轉儲結果信息寫入段數(shù)據(jù)服務器。四、機車檢測與故障診斷系統(tǒng)的研究內容電力機車是由機械部分、電氣部分和空氣管路部分三大部分組成（一）機械部分檢測與故障診斷機械部分的構成機械部分是機車的骨架與身軀，是機車能夠正常運行的基礎。機械部分包括車體、轉向架、車體與轉向架的連接裝置和牽引緩沖裝置。故障診斷的內容（1）車體、轉向架、輪對變形和裂紋的檢測與診斷。（2）軸承溫度的自動檢測、自動定位和故障預報。（3）軸承狀態(tài)的聲學檢測和振動檢測。四、機車檢測與故障診斷系統(tǒng)的研究內容（二）電氣部分故障診斷電氣部分的構成電氣部分包括牽引電動機、牽引變壓器、整流硅機組、各類電器等。通過它們把來自接觸網的電能轉變?yōu)闄C械能，同時實現(xiàn)對機車的控制。機車上的主要電氣部件包括受電弓、主變壓器、牽引變流器、牽引電機、輔助電機系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、微機及電子控制系統(tǒng)、控制電源和輔助電源等。所以電力機車故障診斷系統(tǒng)的建立是一個十分復雜的系統(tǒng)工程。檢測與故障診斷的內容（1）電機、電器的絕緣檢測。（2）電機、電器的溫度檢測。（3）電機、電器的狀態(tài)檢測與故障診斷。（4）控制系統(tǒng)的狀態(tài)檢測和故障診斷。四、機車檢測與故障診斷系統(tǒng)的研究內容（三）空氣管路部分故障診斷1.

空氣管路部分組成空氣管路系統(tǒng)包括風源系統(tǒng)、制動機管路系統(tǒng)、控制管路系統(tǒng)和輔助管路系統(tǒng)。2.

檢測與故障診斷的內容（1）列車管壓力檢測。（2）停放缸壓力檢測。（3）均衡風缸壓力檢測。（4）折角塞門的狀態(tài)檢測。拓展知識利用現(xiàn)代技術手段開展設備的狀態(tài)檢測和故障診斷，始于20世紀60年代。最早開展診斷技術研究的是美國，英國和日本緊隨其后。故障診斷的方法、手段和內容不斷豐富，至20世紀90年代初趨于完善，成為多種學科的重要應用領域，正在發(fā)展成為一門新的綜合性交叉學科。作為保障機車運行安全的基本措施之一，檢測與故障診斷技術可以對早期故障做出預報，提出對策或建議，避免或減少事故的發(fā)生，在機車的安全性、可靠性、維修經濟性和運行效果等方面發(fā)揮了極大的作用。20世紀80年代以來，隨著現(xiàn)代測試技術、計算機技術和信號處理技術的迅速發(fā)展，機車檢測和故障診斷技術也得到了很大的發(fā)展，各國鐵路部門都在積極地開展工作，故障診斷技術在機車中的應用也越來越廣泛。拓展知識一、機車檢測與故障診斷技術在國外鐵路上的應用和發(fā)展1965年美國Servo公司推出了第一套安裝在軌道旁的紅外熱軸探測系統(tǒng)，將軸承溫度信號記錄在記錄紙上，由有經驗的人員來辨別軸溫情況?，F(xiàn)在，軸溫探測普遍采用了計算機和網絡技術，可自動測量軸承溫度，自動定位和預報軸承故障，因此得到了廣泛的應用。日本于20世紀60年代修建并開通了第一條新干線高速鐵路，率先開始了鐵路高速化進程。為保證安全和降低維修成本，日本很早就開展了機車、車輛和動車組的故障診斷研究，如利用通用儀器進行了振動和鐵譜分析技術的應用研究，特別是通過測量和分析電力機車上一些旋轉機械的振動加速度O/A值，對判斷標準的設定做了探討。德國鐵路從1975年開始研究故障診斷技術，20世紀80年代隨著微電子技術廣泛應用于機車，診斷技術也受到了重視，現(xiàn)在它已經成為機車運營和維修的重要輔助工具，具有代表性的是ICE系列機車。俄羅斯自20世紀80年代起，鐵路運輸科學院、高等院校、鐵路局和機務段在內的許多單位和部門都投入了力量，在電氣、軸承、柴油機、輪對等很多方面開展了診斷技術的研究、開發(fā)和應用工作。拓展知識二、機車檢測與故障診斷技術在我國鐵路上的應用和發(fā)展我國鐵路自20世紀80年代起，積極開展了診斷技術在機車上的應用工作，進行了內容廣泛的診斷技術研究、開發(fā)和應用，技術上取得了很大進展，并獲得了明顯的經濟效益。所采用的故障診斷方法主要有溫度探測、光鐵譜分析、電氣參數(shù)檢測、動態(tài)壓力檢測及振動診斷等，一些新的理論、方法和技術（如模式識別、灰色系統(tǒng)、模糊數(shù)學、專家系統(tǒng)、小波變換神經網絡、遺傳算法等）也進入探索與應用階段。20世紀90年代初開發(fā)的機車軸承診斷儀，可提取峭度系數(shù)、均方根值等多個特征參數(shù)，并具有共振解調分析功能，已有近400臺服務于全鐵路的機務段、電機廠、機車制造廠和大修廠等。20世紀90年代中后期以來，我國開發(fā)的新一代準高速、高速機車和動車大都安裝了具有控制和故障診斷功能的車載計算機，如SS6型電力機車、神州號內燃動車組動力車等，其車載微機控制系統(tǒng)均具有某些部件診斷功能。拓展知識2011年2月，中國鐵道科學研究院牽頭研發(fā)機車車載安全防護系統(tǒng)（6A系統(tǒng)），6A系統(tǒng)是針對機車的制動系統(tǒng)、防火、高壓絕緣、列車供電、走行部等危及安全的重要事項、重點部件和部位，采用實時檢測、監(jiān)視、報警并可實現(xiàn)網絡傳輸、統(tǒng)一固態(tài)存儲和智能人機界面，整體研究設計而形成平臺化的安全防護裝置。2011年10月25日，6A系統(tǒng)總體暫行技術條件發(fā)布。2012年9月26日，6A系統(tǒng)中央處理平臺及六個子系統(tǒng)暫行技術條件正式發(fā)布。2012年10月29日，在中鐵認證中心主持下，召開關于6A系統(tǒng)產品CRCC認證規(guī)則討論會，確定了6A系統(tǒng)認證的基本規(guī)則。2012年11月底，6A系統(tǒng)首批供應商通過CRCC認證。2012年12月，在HXD3C和HXD1型機車上批量安裝6A系統(tǒng)。2013年4月，HXD3C型機車97臺，HXD1型八軸機車50臺批量生產投入運用。2013年5月，鐵路總公司下發(fā)運機技驗函〔2013〕179號文《機車車載安全防護系統(tǒng)（6A系統(tǒng)）運用維護管理規(guī)則（試行）》自2013年7月1日起施行。拓展知識三、不同國家機車檢測診斷技術的主要特點（1）美國、加拿大、澳大利亞鐵路以重載運輸為主，重點發(fā)展了道旁檢測診斷技術。不同企業(yè)及研究機構充分合作，共同研發(fā)了內容廣泛的道旁檢測網絡系統(tǒng)，對運輸安全起了積極的保障作用。它們在滾動軸承的檢測和診斷方面做了大量的工作，其成果值得我們借鑒。此外，美國在機車狀態(tài)檢測與診斷方面也做了大量的工作，開發(fā)了機車車載檢測裝置及基于無線通信網絡的機車遠程檢測診斷系統(tǒng)，提高了機車利用率。（2）歐洲鐵路以高速客運為主，主要發(fā)展了車載檢測診斷技術，機車上的控制計算機同時具備診斷功能，可對多種機車部件或子系統(tǒng)進行診斷。其發(fā)展趨勢是網絡化，應用各種現(xiàn)場總線技術將不同位置、不同功能的診斷裝置連接成網，實現(xiàn)信息共享和集中管理。拓展知識三、不同國家機車檢測診斷技術的主要特點（3）日本鐵路也是以高速為主，但與歐洲不同的是除開發(fā)車載檢測裝置外還開發(fā)了很多面向機車檢修方面的儀器和裝備，應用在檢修基地。研究、開發(fā)工作的有組織進行，診斷技術研究會（聯(lián)絡會）起了很大的作用，診斷方法、種類呈現(xiàn)多樣性，包括振動、電氣、油液分析等，現(xiàn)場應用效果良好。（4）俄羅斯鐵路在電氣、軸承、柴油機、輪對等很多方面開展了診斷工作，采用各種方法與計算機技術結合開發(fā)了多種儀器，并在機務段和車輛段進行了推廣應用，取得了較好的效果。在高速動車組上，利用控制計算機進行某些部件的診斷，以保證機車的運行安全。（5）中國鐵路在鐵譜、電氣性能、振動等方面進行了廣泛的應用研究和開發(fā)，研制的儀器、裝備已在全鐵路范圍內獲得了應用，正在改變著機車檢修模式。同時，我國也開發(fā)了一些如6A系統(tǒng)的車載檢測診斷裝置，對機車的提速起了安全保障作用。拓展知識四、機車檢測診斷技術的發(fā)展趨勢（一）多傳感器信息融合技術的應用簡單零部件的診斷，采用單一信號一般可以獲得有效的結果。但對于復雜的部件或系統(tǒng)，采用單一的物理信號通常很難得到準確的結果，如機車柴油機的故障診斷問題，應利用多種信號及先進的數(shù)據(jù)融合方法進行綜合診斷，才會取得有效的診斷結論。（二）新的智能診斷方法和模式識別方法的應用近年來出現(xiàn)和蓬勃發(fā)展的各種新方法如人工神經網絡、模糊邏輯、遺傳算法等，均可在機車故障診斷中應用。將幾種方法結合起來，特別是數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)挖掘技術的應用，將進一步提高診斷的準確性和可靠性。拓展知識（三）網絡化檢測及遠程診斷技術的開發(fā)和應用通信和計算機網絡技術的發(fā)展，使現(xiàn)代機車可以利用各種有線和無線網絡，增強通信能力，提高檢測診斷的有效性和實時性，提高數(shù)據(jù)集成和管理的效率。道旁檢測系統(tǒng)可利用互聯(lián)網及各種專用網絡，車載檢測裝置可利用的有線網絡包括各種現(xiàn)場總線（如CAN、LonWorks、Worldfip、MVB等）及工業(yè)以太網，無線網絡包括GPS、GSM、GSM-R、GPRS、CDMA等。智能化技術、網絡化技術和信息化技術的應用，也是我國鐵路安全技術裝備的近期發(fā)展方向。鐵路小故事鐵路小故事“毛澤東號”機車組：紅色基因，在他們手中一代代薪火傳承1946年的哈爾濱剛剛解放，為了支援遼沈戰(zhàn)役，緩解鐵路運輸運力不足的困難，哈爾濱機務段的工人們經過27個晝夜的奮戰(zhàn)，搶修出了一臺蒸汽機車。中共中央東北局按照工人們