轨道车辆故障诊断技术的研究进展

牛晗 张成强 李天阳

摘 要：随着我国科技领域的不断发展，轨道车辆在世界来说都比较瞩目，不论是在运输力还是在效率上，都发展的非常迅速。但是，作为技术发展的必要性前提就是需要可靠地保障体系，軌道车辆是由多个重要的部分组成，无论那一部分出现故障，对我国的轨道交通都是一项重大的损失。本文从当前轨道车辆的现实情况出发，加快理论向实践的转化速度。

关键词：轨道车辆；检测；故障诊断；研究进展

中图分类号：U216.3 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）12-0054-02

1 子系统故障诊断

在轨道车辆的故障中，最关键的就是能保持设备的正常运转，减少轨道车辆的安全威胁。这一个阶段以来，我国对轨道车辆的诊断中，都将牵引电动机以及自动门方面的安全性作为重点研究的方向，但是却没有研究人员对车辆的多个部件进行同时兼顾的诊断系统。一下我们将对轨道车辆自身的走行部、齿轮箱、电气设备、牵引电动机以及自动门等多个方面的子系统进行讨论分析：

1.1 关于走行部的故障分析诊断

在我国目前的研究中，轨道车辆走行部大都为转向架式走行部，一般情况下就是将此类型的走行部称之为转向架，在不同的文件介绍中，转向架的名称并不是都一样，但在故障诊断中，诊断方式几乎相差无几。

1.1.1 轴承

目前而言，最常用的滚动轴承检测方式就是包络检波频谱分析的方式，在业内也被称作共振解调技术。这种检测方式的目标是将在强振动中由于各个零部件导致的细小的冲击进行检测，这种方式具有很高的灵敏性，能够将机器在运动时各装置部件的故障，其灵敏度可以非常精准的检测装置中承载部件的故障。

1.1.2 轮对和轮轴

所谓轮对，是轨道车辆在行走时的一个重要组成部分，其特点在于直接与轨道接触，能够始终承受巨大的摩擦力以及车体自身的重量，在轮对中，车轮的接触面和轨道的损耗程度成为了研究重点。在德国铁路公司的法兰克福机务段中，2000年时，使用了车轮诊断装置，学者松尾修针对该装置进行了详细的介绍，装置的诊断模块共有五个主要部分，测定裂纹的方式采用的超声波技术，利用激光光束遮断的方法测定轨道车辆车轮的直径。

1.1.3 行走部整体

另外，越来越多的研究已经转向了以架式走行部整体的研究。例如，在2007年，西南交通大学研究人员在自身的研究课题上面向列车的走行部提出了多项检测方式，其中向走行部提取了一些故障特征的参数，根据实验得到的数据对各个故障的特征参数进行适当的筛选，并优化检测规则，最后经过局部的波分解法来分析系统中的故障，判别和定位局部走行部的正常与否。

1.2 齿轮箱

在轨道车辆系统中用来做动力连接的重要部位就是齿轮，齿轮箱也是轨道车辆传动系统中的主体结构，位于车辆齿轮之间的轮轴上将电动机生产的动力传至车辆的轮对上。在轨道车辆的整体结构中，齿轮箱所处的工作环境很恶劣，最容易发生齿轮面的剥落，齿轮之间擦伤和腐蚀等重大故障。在齿轮箱的故障检测中，我们通常以轴承的为重点。在过去的研究中，轨道车辆的齿轮箱故障可以利用小波分解等方式进行付账的检测。

1.3 牵引机

牵引电动机就是将其他形式的能量利用某种方式转变成轨道车辆在运行中所需的机械能量的核心，牵引机的运行环境也相对恶劣，经常处于沙尘暴或者雨雪自然条件下，运行过程中极易发生轴承故障和线圈故障等。我国高技术研究发展计划项目中，关于轨道交通安全的研究一直是备受关注，刘海波对于牵引电动机轴承的集中故障作为详细的分析，设计并开发了轨道车辆中电动机的轴承诊断故障。

1.4 电气设备

与牵引电动机的结构模式相关的电气设备就是供电弓网和逆变器等常见设备。电气设备的重要之处就在于能够保障车辆整体的电能分配和供给，尤其是在只有电能作为动力的电力机车中根式如此，故障诊断的方式方法也就值得学者专家进行讨论。我国交通大学学者在对地铁行进车辆的牵引供电的关键结构诊断研究中明确指出，电动机付账是最容易产生的故障之一，在考虑到整体的行车安全中，提出了重要的理论系统。

1.5 自动门系统

在众多子系统中，和以上重要部分同等重要的还有电动门系统，自动门的故障发生次数相当于轨道车辆整体故障总数的30%。我国南京康尼机电股份有限公司作为我国轨道车辆的电动门研发和制造基地，对于自动门的系统有着自身的研究成果，孙宇教授也参与其中，最终利用智能诊断方法提出了结合故障树和产品树的混合结构树。

1.6 多对象故障

以上针对轨道车辆的故障诊断都是针对一些关键部位，非常精确，除了这些故障外，还有一些工作着重于研究诊断体系，为多对象故障诊断做准备。

2 讨论

在经过多年的发展，我国的轨道车辆诊断技术已经有了很大的提升，经过技术人员的大量经验积累，有学者指出了通用故障诊断技术的发展方向并着手研究。这种发展方向实现了由表象研究到机理研究的新突破，在未来的发展中，可以实现由定性研究转变为定量研究，可以实现从检测单一故障到多重故障检测，可以实现从高强度故障检测到一些细小故障的自动检测。所以，在今后的发展中，应该通过轨道车辆的故障诊断来提升轨道车辆在生产时的安全性。

另外，轨道车辆故障检测的诊断方向应该更多的关注在检测中，系统装备中的故障诊断可以从信息融合的方向展开。

2.1 故障检测

在众多交通工具中，轨道车辆的运行状况多变，噪声相对较大，尤其是涉及到电气设备时，会有比较大的噪声干扰。首先在故障诊断技术中，还是不能完全取代人脑额劳动，大多数智能故障检测方式智能停留在实验室阶段，并不能大规模的投入使用，研发工作还需要一段时间来完善。另一方面，现有的故障检测装置在准确率上还有很大的提升空间，所以，研究快速有效的智能检测方式是当下的重点方向，在整个研发过程中，轨道车辆故障的形式也将会不断发展，会出现一些没有方式检测到的故障，所以，研究轨道车辆的正常运行过程也是轨道车辆检测方式的一个新的思路。

2.2 远程诊断

迄今为止，我国轨道车辆中安装了大量的状态检测系统，但是又受限于轨道车辆的诊断运算能力稍差，轨道车辆的个体差异，使得检测系统并不能量身定制运算系统。远程诊断中的精确度可以通过多元信息共享来实现，通过共享分析，为历史数据的调取和应用提供了极大地便捷。在可以预见的将来，远程诊断技术逐渐完善后，可以实现轨道车辆的集成化综合检测系统，成为轨道安全的重要保障。近年来，传感技术和物联网技术额催生下，产生了大量的数据诊断，一个新的诊断方式能够带动轨道车辆的发展，使之成为未来科技研发的重点。

3 结语

综上所述，本文从轨道车辆检测的起始开始介绍，详细分析了轨道车辆的转向架走行部以及齿轮箱、自动门等重要的部件诊断技术，介绍了该领域的研究进展及成果，分析了各领域杰出的工作成果。在后文中，探讨了目前的研究中存在的一些问题，从技术上和理论上都进行了论述。最后，值得讨论的问题是我国目前为止的轨道交通工具需要尽快加强自身的精度，深化轨道交通建设的内涵，在故障诊断中要加快理论到实践的转化，以期提高我国轨道车辆交通的安全性。

参考文献

[1]高文明，李志保，唐谦，等.轨道车辆门远程监控与故障诊断系统软件设计[J].机械设计与制造工程，2016，（10）：49-51.

[2]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，（9）：31-36.

[3]刘志亮，潘登，左明健，等.轨道车辆故障诊断研究进展[J].机械工程学报，2016，（14）：134-146.

[4]毛云龙，高军伟，张志强，等.基于LabVIEW的轨道车辆轴承故障诊断系统设计[J].青岛大学学报（工程技术版），2016，（2）：32-36，42.

[5]陈欣安.信号自适应分解及其在轨道车辆故障诊断中的应用[D].北京交通大学，2015.