铁路货车车辆转向架无源无线振动传感与监测系统

铁路货车车辆转向架无源无线振动传感与监测系统

白中亮

中国铁路呼和浩特铁路局集团有限公司包头西车辆段  内蒙古自治区包头市  014000 

摘要：随着铁路货车重载、提速技术的发展，铁路货车典型故障通常会大幅增加。本文主要对铁路货车车辆转向架无源无线振动传感与监测系统进行论述，详情如下。

关键词：铁路货车车辆；转向架；振动传感；监测系统

引言

进入新时代，聚焦“交通强国、铁路先行”目标任务，现行的机车车辆修程修制，难以适应新时代铁路高质量发展的新需求，修程修制改革势在必行。

1转向架无源无线系统整体结构

铁路货车转向架无源无线振动传感与监测系统的整体结构由车载振动传感与监测组件、轨旁数据基站、远程故障诊断中心3个部分组成。轨旁数据基站设置在现有5T系统的探测站内，为避免与现有系统的冲突，轨旁数据基站仅在探测站内共用供电电源，不占用站内和5T系统的其他资源。车载振动传感与监测组件在线监测铁路货车转向架运行状态信息并进行预诊断后经WSN网络发送到轨旁数据基站，轨旁数据基站将监测信息通过4G／5G网络发送至远程故障诊断中心，实现对铁路货车转向架的实时状态监测与故障诊断。

2铁路货车车辆转向架无源无线振动传感与监测系统

2.1轨旁数据基站设计

当铁路货车运行经过轨旁数据基站时，振动传感与监测组件通过WSN无线传输方式将转向架的监测信息传输至安装在现有5T系统探测站内的轨旁数据基站，轨旁数据基站的通信CPU经过处理、储存、协议封装之后通过4G／5G模块将数据传输给远程故障诊断中心。WSN无线传感网络选用具备多级冗余、无冲突、自组网等高可靠实时工业级LoRa无线网络技术，符合国家无线电管理要求，LoRa无线网络技术相比较其他的无线传输方案来说其最大的特点在于LoRa无线网络技术在同样的功耗条件下比其他传统的无线射频通信距离扩大3～5倍，实现了低功耗和远距离的统一；一个LoRa网络可以连接上万个节点，并可实现自组网；LoRa传输的速率和传输的距离相关，距离越远传输速率越低，其传输速率一般在几百到几十kbps之间；能适应铁路货运线路的特点，能适应风、雷、雨、雪等不同气候条件下的应用需求

2.2轮径差对铁路货车动力学性能

现有铁路货车结构简单，检修周期长，在最高时速120km时未暴露车辆平稳性和安全性问题。但调研发现，车轮踏面与轮缘的磨耗呈现出了固定杠杆支点一侧偏大的规律，踏面圆周磨耗和轮缘厚度超限的车轮往往产生了较大的轮径差。在稳态下，当轮对重力刚度提供的对中能力减弱后，轮轨蠕滑势必增大。而且，在轮对横移量较大时，因接触角增大，车轮自旋蠕滑不可忽略，车轮表面磨耗功在原横、纵向蠕滑两项基础上增加了自旋蠕滑的波动影响。当车轮偏磨产生轮径差后，为了维持轮对滚动时左右车轮实际滚动圆直径相同，轮对将向轮径小的一侧横移，并稳定在新的轮对横向平衡位置。

2.3利用增强现实技术提高铁路运输装备故障诊断和维修效率

（１）跟踪模块。典型的增强现实维修应用流程如下：当摄像机识别出预定义的图案或几何图形时，增强现实系统会在其存储库中寻找多模式信息和与之相关的标记。多模式信息包含与之相关的任何信息或指令。（２）检修模块。这种体验创建方式必须符合逻辑，必须清楚地突出／指出用户感兴趣的领域，并提示用户按照明确的流程进行维修或培训。（３）简单解释。指示器及其相关属性（箭头和颜色）的选择是按照没有任何技术背景或经验的人都可以操作的方式来设计的。这是用户体验的关键部分，需要仔细思考。增强现实应用程序利用模式识别算法进行工作。可以使用模型目标或标记来启动体验。当采用模型目标模式时，通过图像相关算法将目标的三维CAD视图叠加到真实目标上。一旦图像相关算法跟踪到了目标，增强现实体验就启动了，用户可以逐步执行一组动画指令，指导他们完成任何预定义的活动。这些活动可以通过培训、维修、故障诊断和故障修复来帮助使用者。创建增强现实体验的关键是确保用户交互简单，交流信息简洁明了。

2.4制动抱闸故障判断方法

运用车辆的制动机在货车运行时处于未制动状态，制动缸活塞杆仍处于收缩至制动缸，但由于手制动机的手制动链未及时被松开，依旧紧拉前制动杠杆，即手制动机仍处于制动不缓解状态，致使基础制动装置仍然处于制动作用，导致车辆所有的闸瓦均紧贴车轮踏面，造成车轮踏面擦伤，发生故障。运用车辆的制动机虽在运行时处于缓解状态，但制动缸活塞杆未同步工作，仍然保持伸长制动状态，导致车辆所有闸瓦均紧贴车轮踏面，易出现制动故障，但由于闸瓦状态、闸瓦厚度等不可控因素，其离开车轮踏面时难免会出现迟钝产生火花，故此判断方式仅为初步判断，还需重点观察后再下结论。严格执行列车技检标准化作业程序。加强对制动阀、制动缸、基础制动装置、空重车自动调整装置、闸调器及人力制动机等主要配件重点检查，制动管系漏泄问题必须得到彻底解决，手制动机手制动链过紧、各配件有别劲时及时处置。要重点检查制动梁滑块与侧架制动梁滑槽的磨耗是否别劲，发现闸瓦存在偏磨现象时，必须采取撬闸瓦的措施加以确认，同时加大更换偏磨的闸瓦。按照运用技检工艺要求更换过限闸瓦和缺损闸瓦。严格执行列车检修工艺要求，闸瓦厚度到达不大于25mm时必须更换处置，要加大对C80系列大秦线配属车辆闸瓦的检查及更换。落实列车制动机试验技术作业程序。列车制动机试验前要先连接长大风管进行吹尘作业，试验时列检人员必须快速查看制动缸勾贝动作情况，仔细检查制动阀的动作情况、制动缸勾贝行程长度和闸调器螺杆外露部分工作长度的确认，切实找准原因，妥善处理，严禁主观臆断，盲目放行，确保车辆制动机试验检修质量。

2.5转Ｋ４、转Ｋ５型转向架常接触弹性旁承的优化改进

BD型常接触弹性旁承具有结构简单、纵向无间隙、可靠性高的特点，满足了铁路货运重载提速要求，已成为我国铁路货车主型弹性旁承之一。在此产品基础上开发的CZC系列长行程常接触弹性旁承已被广泛应用于国内27t、30t轴重货车及多种出口铁路货车上。为适应国铁货车修程修制改革，将在此基础上进一步研究使用寿命可由6年延长到10年的长寿命弹性旁承。

结语

随着信息技术的发展，未来将继续进行传感器的低功耗设计及无线传输方式研究，减少传感器的功耗，或采取电池供电的无线传感器设计，进一步减少车辆的线缆，精简系统的复杂程度，提高系统可靠性。

参考文献

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