列车关键部件安全监测理论与分析研究

2007年4月18日我国铁路进行了第六次大规模的提速，列车速度已经达到了200 km／h，而250 km／h的线路也已经达到846公里，列车的提速有效地缓解了铁路运量与运能的矛盾，收到了十分显著的社会经济效益。然而，铁路交通安全形势却不乐观，列车的安全问题不断出现，较常遇到的故障就有“车辆运行中的轮对故障”、“制动和空气弹簧系统故障”、“转向架构架以及中央悬挂装置的故障”、“车辆蛇行失稳”、“列车特别是货车脱轨故障”等，这些故障严重影响行车安全，同时会带来巨大经济损失。列车关键部件安全监测系统是为列车安全运行提供技术保障，它能实时监控列车走行部系统、基础制动系统以及车电应用系统等关键部件的工作状态，通过实时记录、分析与诊断，对列车关键部件的状态进行集中显示和报警，查找故障的原因，并对故障定位以指导维修，同时预测各个关键部件的工作状态以防止事故发生。为此本文进行了以下研究工作： (1)建立列车关键部件安全监测系统的检测模型。从检测设备→车厢级检测系统→列车级检测系统→段检测系统→局检测系统→部检测系统建立层层连接，将传统的对单个设备的检测结合起来形成一套完整的实时监测系统，实现资源的共享，对各个检测设备进行集中的显示、保存、分析与报警。采用分级管理的方法将监测系统分为车厢级监测子系统、列车级监测子系统和地面监控与专家分析子系统等三级管理系统，利用现代通讯技术将各级系统进行连接，保证系统的可实施性和操作性。 (2)研究走行部监测的理论与模型，基于车辆—轨道耦合动力学对走行部监测模型进行受力分析及运动状态分析，利用simpack仿真系统研究走行部在低速、高速下轴箱、构架与车体的振动特性，特别是高速下的振动特性，提取走行部故障的特征参数，建立了走行部的故障识别模型，利用试验数据对各个故障的特征参数进行筛选及其判别规则的优化。 (3)利用局域波分解法对走行部振动信号进行分析与解耦。研究局域波法在走行部故障监测中的运用，特别是对非平稳随机振动信号的分解与时频特性分析，提出通过局域波法在专家分析系统中进行走行部故障的判断、定位以及预警分析。 (4)研究制动系统空气制动工作原理，建立制动系统的故障识别模型，通过试验数据对列车制动故障识别模型进行验证。针对列车的电器应用系统，研究列车电器检测设备的原理，重点是那些容易引起行车安全事故的电器设备，如列车电源系统、48V绝缘状态、塞拉门工作状态、电力线连接器温度情况以及列车的轴温等等。 (5)建立车厢级、列车级以及列车与地面等通讯网络。研究LonWorks网络与其它通讯网络的特点与结构，确定LonWorks为列车级通讯网络，研究LonWorks怎样实现列车解编后的排序、方向、定位等问题；利用RS-485网络建立了下位机与检测设备的通讯网络与通讯协议；确定了列车级系统与地面系统的GPRS无线通讯网络，以及在整个系统中对通讯网络中数据的验证方法。 (6)通过地面与装车试验对检测设备、车厢级系统、列车级系统以及所用的通讯网络进行系统验证，并对装车试验中的列车故障进行处理。