第一章-机车检测与故障诊断(绪论)

1第一章绪论第一节机车检测与故障诊断的意义和内容机车检测与故障诊断是识别机车运行状态的科学，其研究内容包括对机车运行状态的识别诊断、对其运行过程的检测以及对其运行状态发展趋势的预测。由于机车发生故障会带来严重的后果，因此必须在事故发生以前，利用先进的装备较早发现和预防事故发生。机车检测与故障诊断技术对于保障机车的安全、可靠运行起着重要的作用。2一、机车检测与故障诊断的意义1．提高机车运行的可靠性和安全性检测与故障诊断系统可以迅速地识别和提示运行中发生的故障，使其能采取措施及时地排除故障，从而保证机车安全、可靠的运行。2．为机车维修提供重要的依据可在机车进入检修基地以前做好检修计划，准备好需要更换的配件，从而大大缩短了机车检修停时。3．可检测、显示、记录、存储和分析数据能在机车运行中检测出故障，并将故障状况、故障等级以及应该采取的措施建议显示在显示屏上，帮助司机处理故障。3二、机车检测与故障诊断系统的功能故障检测故障识别故障定位故障显示故障记录、存储与传输整备作业和定期维修中的检验41．故障检测故障检测是通过采取一定的手段（例如安装传感器），获取各个主要部件和系统工作状态的信息，从而确认它们的工作是否正常，能否完成应有的功能。检测功能的完成主要依赖于各类传感器的工作。对于已有的机车来说，检测的效能主要取决于传感器本身的可靠性和测点的布置。52．故障识别故障识别是根据检测信息，判断出所测部件和系统是否存在故障，故障的严重程度。故障识别具有很强的实时性，要求配备功能较强的计算机和软件，以便能够及时有效地进行运算和推理判断。63．故障定位故障定位即确定故障发生的部位。理想的情况是确定出故障发生在哪些元器件上，但是由于机车的元器件数量极大，因此将任一故障都确定到元器件级有相当的困难。一般将故障定位到可更换单元或相应模块上，以利于维修。74．故障显示在故障检测、故障识别和故障定位以后，还需要将故障显示在显示屏上，应尽量显示出发生了什么样的故障、严重程度如何、发生在什么部位、其功能范围包括哪些，给乘务员以提示，提示在这种故障情况下的运行方式，并提出排除故障的维修措施建议。特别是在紧急情况下，指示司机所应采取的紧急措施。85．故障记录、存储与传输在故障检测、故障识别和故障定位以后，除了显示故障以外，还需将故障数据记录和存储起来，以便利用存储的故障数据进行分析处理，对机车的检修作出决策，或者为机车的改进与发展提供依据。现代机车采用诊断维修时，必须将运行中发生的故障信息实时传输给机务段，使机务段提前做好准备，机车入库后马上按照制订好的检修计划进行检修，极大地缩短了检修停时，提高了机车的利用率。96．整备作业和定期维修中的检验故障诊断系统还担负着自动化整备作业中的检验任务。例如出库检查，即在机车发车前的停车状态检测，包括车载微机的自诊断；关键部件的试验，以检验其功能是否良好。在检修基地进行定期检修时，将车载装备与其他设备相连，以进行检测诊断。10三、机车检测与故障诊断系统的构成机车的故障诊断系统包括两个部分：车载故障诊断系统地面故障诊断系统。111.地面故障诊断系统由于车载故障诊断系统一方面受空间的限制，不可能配置大型计算机系统；另一方面受实时条件的限制，不可能进行大量的逻辑推理和运算。因此，需要在地面上设置故障诊断系统，以弥补车载系统的不足，从而能够较好地完成机车故障诊断系统所有的各项任务。12地面故障诊断系统的主要功能有：①通过与机车的信息传输与交换，直接得知机车的运行状态，并通过自身的软件系统对信息进行处理与分析，对故障进行实时诊断，给司机以警示和指令。②也可以通过数据转储设备，将机车运行中记录下来的数据转储到地面系统，可进一步处理和分析，从而做出机车设计、制造、运用和维修方面的重要决策。③地面故障诊断系统还包括外部诊断项目，主要有：轮对故障诊断、轴温红外线检测和润滑油的光谱和铁谱诊断等。④机车进入机务段期间，所有的检测数据都输入该系统，由计算机系统做出诊断，以便对机车进行经济、有效的维修。132.车载故障诊断系统车载故障诊断系统是一套安装在机车的实时运行诊断系统，实质上是一个分布式计算机测控系统。机车车载故障诊断系统的检测诊断项目主要包括：供电诊断；牵引传动装置诊断；制动装置故障诊断；转向架故障诊断；防滑装置故障诊断；轴箱温度检测等等。14四、机车检测与故障诊断系统的研究内容1．机械部分检测与故障诊断的主要内容2．电气部分故障诊断的主要内容3．柴油机故障诊断的主要内容151．机械部分检测与故障诊断的主要内容①车体、转向架、轮对变形和裂纹的检测与诊断。②轴承温度的自动检测、自动定位和故障预报。③轴承状态的声学检测和振动检测。162．电气部分故障诊断的主要内容①电机、电器的绝缘检测。②电机、电器的温度检测。③电机、电器的状态检测与故障诊断。④控制系统的状态检测和故障诊断。173．柴油机故障诊断的主要内容①油路系统的检测与故障诊断。②活塞系统的检测与故障诊断。③冷却系统的检测与故障诊断。④润滑系统的检测与故障诊断。⑤涡轮增压系统的检测与故障诊断。⑥电喷系统的检测与故障诊断。18第二节机车检测与故障诊断技术的应用与发展最早开展诊断技术研究的是美国,英国和日本紧随其后。故障诊断的方法、手段和内容不断丰富,至20世纪90年代初形成了高潮,成为多种学科的重要应用领域,正在发展成为一门新的综合性交叉学科。作为保障机车运行安全的基本措施之一,检测与诊断技术可以对早期故障做出预报,提出对策或建议,避免或减少事故的发生,在机车的安全性、可靠性、维修经济性和运行效果等方面发挥了极大的作用。19一、机车检测与故障诊断技术在国外铁路上的应用和发展1965年美国Servo公司推出了第一套安装在道旁的红外热轴探测系统。近年来,GM公司电力驱动分部(EMD)又开发了基于商业无线通讯网络的机车远程检测诊断系统。日本在200系新干线高速电动车组上装设了仪器,可同时检测8个被测部位的垂向和横向振动。700系动车组采用了智能化检测系统,可对主要电气装置的动作和控制状态进行直接检测。20一、机车检测与故障诊断技术在国外铁路上的应用和发展德国铁路从1975年开始研究故障诊断技术,1980年左右随着微电子技术引入机车,诊断技术也受到了重视,现在它已经成为机车运营和维修的重要辅助工具。ICE1高速机车装设了计算机辅助故障管理系统,它具有从故障产生到故障排除及统计分析的全面管理作用,覆盖了车上的大部分主要部件或系统。ICE2有很多与ICE1相似之处,但在转换器、存储器、故障输入、供电装置等方面做了较大改进。ICE3为提高机车可用性和减少维修费用,采用了新一代基于机车通讯网络(TCN)的检测和控制系统。21二、机车检测与故障诊断技术在我国铁路上的应用和发展我国铁路自20世纪80年代起,积极开展了诊断技术在机车上的应用工作,进行了内容广泛的诊断技术研究、开发和应用,技术上取得了很大进展并获得了明显的经济效益。所采用的故障诊断方法主要有温度探测、光铁谱分析、电气参数检测、动态压力检测及振动诊断等,新的理论、方法和技术的探索与应用包括模式识别、灰色系统、模糊数学、专家系统、小波变换、神经网络、遗传算法等。22三、不同国家机车检测诊断技术的主要特点----美国①美国、加拿大、澳大利亚铁路以重载运输为主,重点发展了道旁检测诊断技术,不同企业及研究机构充分合作,共同研发了内容广泛的道旁检测网络系统,对运输安全起了积极的保障作用。此外美国在机车状态检测与诊断方面也做了大量的工作,开发了机车车载检测装置及基于无线通讯网络的机车远程检测诊断系统,提高了机车利用率。23三、不同国家机车检测诊断技术的主要特点----欧洲②欧洲铁路以高速客运为主,主要发展了车载检测诊断技术,机车上的控制计算机同时具备诊断功能,可对多种机车部件或子系统进行诊断。其发展趋势是网络化,应用各种现场总线技术将不同位置、不同功能的诊断装置连接成网,实现信息共享和集中管理。24三、不同国家机车检测诊断技术的主要特点----日本③日本铁路也是以高速为主，但与欧洲不同的是除开发车载检测装置外还开发了很多面向机车检修方面的仪器和装备,应用在检修基地。研究、开发工作的有组织进行,诊断技术研究会(联络会)起了很大的作用,诊断方法、种类呈现多样性,包括振动、电气、油液分析等,现场应用效果良好。25三、不同国家机车检测诊断技术的主要特点----俄罗斯④俄罗斯铁路在电气、轴承、柴油机、轮对等很多方面开展了诊断工作,采用各种方法与计算机技术结合开发了多种仪器,并在机务段和车辆段进行了推广应用,取得了较好的效果。在高速动车组上,利用控制计算机进行某些部件的诊断，以保证机车的运行安全。26三、不同国家机车检测诊断技术的主要特点----中国⑤中国铁路在铁谱、电气性能、振动等方面进行了广泛的应用研究和开发,研制的仪器、装备已在全铁路范围内获得了应用,正在改变着机车检修模式。同时也开发了一些车载检测诊断装置,对机车的提速起了安全保障作用。27四、机车检测诊断技术的发展趋势1．多传感器信息融合技术的应用。2．新的智能诊断方法和模式识别方法的应用。3．网络化检测及远程诊断技术的开发和应用。281．多传感器信息融合技术的应用简单零部件的诊断,采用单一信号一般可以获得有效的结果。但对于复杂的部件或系统,采用单一的物理信号通常很难得到准确的结果,如机车柴油机的故障诊断问题,应利用多种信号及先进的数据融合方法进行综合诊断,才会取得有效的诊断结论。292．新的智能诊断方法和模式识别方法的应用近年来出现和蓬勃发展的各种新方法如人工神经网络、模糊逻辑、遗传算法等,均可在机车故障诊断中应用。将几种方法结合起来,特别是数据库和数据挖掘技术的应用,将进一步提高诊断的准确性和可靠性。303．网络化检测及远程诊断技术的开发和应用通讯和计算机网络技术的发展,使现代机车可以利用各种有线和无线网络,增强通讯能力,提高检测诊断的有效性和实时性,提高数据集成和管理的效率。道旁检测系统可利用Internet及各种专用网络,车载检测装置可利用的有线网络包括各种现场总线(如CAN,LonWorks,WorldFip,MVB等)及工业以太网,无线网络包括GPS,GSM,GSM-R,GPRS,CD2MA等。