铁路货车车载安全监测系统车载设备的研究和实现

铁路货车车载安全监测系统车载设备的研究和实现

赵帅

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摘要：回顾了国内外对 PHM技术的发展状况，对其进行了分析，并对其进行了重点技术的研究和讨论。

关键词：铁路货车;智能监测;技术研究

引言

要把“中国制造2025”所要求的信息化和产业化的深入结合起来，就必须对铁路运输的新型安全监测和保障技术进行深入的探讨。国际重型货物运输组织表示：今后，全球的重型货物运输技术将进一步向智能化和数字化方向发展。在2017世界重型货物运输会议上，首次提出了“世界重型货物运输4.0”的概念，通过广泛应用传感器、大数据计算、信息通信、人工智能等技术，大幅提升货运技术装备智能化水平，提高运输效率、安全性。

一、国内外现状

PHM技术的历史可以从50年代开始，由可靠性分析、故障分析、系统监测逐步发展到机内测试、飞机健康监测、综合健康监测和故障诊断健康监测。20世纪70年代， PHM技术在A-7E的引擎监测中得到了初步的运用。在20世纪九十年代后期，美国军队在F-35的合作计划中使用了 PHM技术。美国太空总署于二零零五年十一月举行了第一次「全体系卫生与行政」的「太空太空总署」。2009, PHM协会正式成立， PHM技术得到了全球的承认，并且制定了 PHM的相关规范。PHM技术在军用和民用方面得到了很好的普及。美国波音公司将 PHM技术用于诸如777这样的飞机，从而使飞机的可靠性和维护的效率得到了显著的提升。

在我国， PHM的研究虽然起步比较迟，但是发展很快，有些方面已经有了很好的结果。中国铁路科学院钱坤在高速道岔上运用 PHM技术，并对其在实际中的运用进行了深入的探讨。北京航空航天学院孙博教授介绍了 PHM技术的研究进展和目前的研究状况。在罗鸣州，西南交大已建成高速铁路牵引电力 PHM监控系统，有效地将铁路机车车辆的监控数据进行有效地应用。

而在我国的铁路运输行业， PHM的发展还处于初级阶段。德国，法国，加拿大和美国等国家的轨道交通企业都采用或进行了基于电力机车的安全监控技术，以减少运营费用和改善其使用性能。该软件具有车辆状态监测、远程故障报警和专家诊断等多种特点。特别是美国通用电气公司研发的 RM与 D，具有对异常数据进行即时监测、故障诊断、零件剩余寿命预报及智能维护推荐等多种能力。我国正在进行铁路列车的遥控监控和故障检测，并在列车上装有 WTDS （WTDS）。为了保证列车的安全、稳定、高效，各大公司分别研制了列车数据监控平台、检修平台、健康管理与运维决策平台，实现了车辆运行状态的监测、故障预警、故障分析、故障诊断及检修支持等功能。

二、主要研究目标

在汽车的转向架上加装汽车安全运行状况监控，在汽车上加装汽车状况监控，在机车上加装汽车 PHY监控终端，搭建了陆地 PHY监控软件。利用车载与地上两种方式，对货车行驶过程中的状况进行全面监控，达到“状态修”目标，为运输车辆的安全、有效地进行维修，使其达到了标准、规范。满足智能监控、智能诊断、智能维护等运营管理的需要，使原有的运营系统不断地革新和升级。

三、创新点

列车车辆的失效预报和卫生管理的创新表现在以下几个方面：

①研究开发汽车内标准窄宽带通信系统，保证车辆与汽车的可靠、可扩展通信。目前存在的车辆通信可靠性问题，自由编组后自动组网，多种设备之间的通信不协调。

②研制并研制了一套完整的货车监控监控体系。研制了汽车行驶状态监测系统，车身状态监测系统，转向架监测系统，空气制动监测系统。利用多传感器技术、高速数据采集技术、低功耗数据采集技术以及神经网络的模式识别技术，对关键部件进行了故障诊断和故障判断，从而达到对车辆进行全方位的全面检查，提高车辆的运行安全性。

③对车辆运行状态进行智能化预测和健康管理的建模。通过大数据、云计算、机器学习等先进技术，对大卡车运行状况监测数据进行智能化的分析、发掘，并构造出了健康评估、故障预测、维护决策等关键技术。

④建立了以车辆状态检修为基础的智能运营系统。介绍了故障预报与健康管理技术，通过运用最小数量的监测资料，运用故障预报与健康管理的智能分析模式，实现了从传统的以传感为基础的智能化预测与诊断模式，实现了对周期修、故障修的快速替代，从而大大减少了汽车维修周期，提升了汽车维修的效率，改善了汽车的使用和维修费用。

四、关键技术研究

1.车辆运行平稳性和蛇形失稳监测

按照 GB/T5599-1985标准，以车身最大的震动加速度和平稳性能指数来表达车辆的平稳性能。新生产的汽车的平稳性能要求满足 GB/T 5599-1985中的优良要求，即：车辆的横向和纵向的平稳性能不能超过4.0，车身的水平和垂直方向的最大振动加速值不能超过0.5 g，垂直方向上的最大振动加速值不能超过0.7 g。

按照AARM-976标准空心汽车振动测试的规定，对汽车的蛇型不稳定状况进行了分析，提出了侧向加速峰-峰（极限值≥1.5 g）和标准偏差（极限值≥0.13 g）。该装置使用微型机电三轴加速传感装置，其安装部位应按 GB/T 5599-1985要求的要求设置在车身中心中心沿纵向方向为1000 mm的内中横梁下盖。

2.超、偏载监测

根据《铁路货车超偏载检测装置检定规程》的有关要求，通过对车辆超偏载和偏载的分析，提出了用弹性静弯角作为车辆超偏载荷的方法。货车具有前、后两个转向机构，在四个侧向的对称位置上安装了四套二系支座。在汽车前、后两个转向架的两个支座和两个支座的支座之间设置了一个位移传感器，测量了4个支座支座的压力和体积的变化。

3.空气制动系统异常监测

采用空载刹车异常监控装置，可提高列车的运行质量，保证行车和交通秩序，杜绝误检和漏检，防止机车有事故发生。可对车辆刹车系统进行实时监测，并对其进行及时检测和诊断，以提高行车的使用效益和保障行车的安全性。根据大量的实测资料，应用大数据挖掘与解析技术，对汽车刹车零件的失效进行了归纳与研究，并对其进行了预测与预测，为汽车的运行状况提供了技术支持，防止了“过度修”现象，从而使汽车使用的效率和经济效益得到了进一步的提升。

4.转向架监测项目

（1）轴承状态监测

国内大部分的列车列车都是由承重座和支座相连，它们的外部环是裸露的，所以使用5 T系统来进行工况监控。5 T系列产品中，有两套用于监控轴承的工作。THDS对轴承的温度进行监控， TADS对轴承的异常进行监控。这种外部探测监控不能覆盖全线路，有监控死角，比如 THDS每30公里就有一个。汽车用支座监控装置能对汽车的工作状况进行实时监控，保证汽车的使用安全性。

A针对异声信号的检测，提出了一种具有较大动态幅度的声源检测方法。

（2）闸瓦状态监测

对制动块的状况进行监控，包括磨耗极限、熔渣夹渣等的表面状况，以及判别是否减轻。制动块磨耗极限、熔渣夹渣等可通过串行式可视式感应器，通过对制动块图像进行实时监控。减振效果差时，轮瓦会粘附在一块，造成摩擦，造成轮子和制动蹄的温升，应根据温度监控的方式进行判定。在设计时，应将传感器的位置设置在边框的导轨位置。

结束语

提出了基于列车运输特点，提出了基于列车运输特点的车辆安全监测指标的界定与评估、车载无线信息传输、智能监测系统的一体化设计与测试，以提高系统的安全性和可靠性。

参考文献

[1]于江. 铁路货车车载安全监测系统车载设备的研究和实现[J]. 哈尔滨铁道科技, 2021.

[2]魏常庆王蒙张俊林邵文东赵天军韩俊峰. 重载铁路货车车载智能监测系统的应用分析[J]. 智慧轨道交通, 2021, 58(6):1-4.