大型养路设备自动润滑系统数据传输与后台数据分析

大型养路设备自动润滑系统数据传输与后台数据分析

杨茂盛

国能铁路装备有限责任公司 010300

摘要

随着科技的不断发展，地面设备的远程数据传输和后台数据分析变得越来越重要。本文旨在探讨地面设备远程数据传输和后台数据分析的相关技术，首先介绍了该领域的背景和意义，然后对已有相关领域内的文献进行综述，概述了当前现状、存在的问题以及发展趋势。接着介绍了研究所采用的方法，包括地面设备远程数据传输的协议和流程，以及后台数据分析的算法和模型等。最后，对结果进行客观的描述和解释，并结合文献综述进行对比分析，指出了研究的主要成果和不足，同时提出了建议和改进措施。本文对于地面设备远程数据传输和后台数据分析具有一定的理论和实践意义。

引言

自动润滑车载系统是一种集成了物联网、大数据等技术的设备。这种设备可以实时监测设备的运行状态，预测设备的维护需求，提高设备的运行效率。然而，如何稳定可靠的传输岁并有效的分析和利用这些设备后台生成的大量数据，为优化后续的润滑策略提供依据，成为一个亟待解决的问题。本文旨在探讨自动润滑车载设备系统后台数据分析的方法，并对其进行深入研究，从而为企业提供决策依据，优化系统性能。

文献综述

近年来，地面设备远程数据传输和后台数据分析的研究已经取得了一定的进展。在远程数据传输方面，研究者们主要关注了数据传输的稳定性、安全性和效率等问题。在后台数据分析方面，研究者们利用各种算法和模型对数据进行了深入的分析和处理，以提取有价值的信息。然而，目前该领域仍然存在一些问题，如数据传输的实时性、安全性以及数据分析的准确性等，这些问题需要进一步研究和解决。

本文针对以下两个方面进行研究：

1. 地面设备远程数据传输协议和流程：本研究采用了基于物联网底层TCP/IP协议的数据传输方式，并在应用层设计了一种高效可靠的远程数据传输流程，以确保数据的稳定性和安全性。

数据传输过程一共包括四个主要通讯步骤：

1)车载润滑控制器采集数据。

自动润滑控制器将收集到的管路压力、电流、电压等模拟量，以及当前实时的润滑状态和后续的润滑工作完成后的日志缓存到本地数据库文件中，每条记录包含时间戳以及传输标记，如果上是上传过的记录，传输标记字段为“1”，如果未上传过，则该条记录标记为“0”。

2)与主机通信握手

车载自动润滑控制器每间隔指定时间（可设置）与主机进行一次握手尝试，采用询问及等待反馈的方式，步骤如下：

1）车载设备对指定的主机地址和主机监听端口发送握手询问指令。

2）如果主机收到握手指令，则反馈一个反馈指令给车载控制器。

3）控制器收到主机反馈指令后则更新主机状态为“在线”，否则更新主机状态为“离线”。

3)发送数据帧

当地面控制器与主机“握手”成功后，则自动检索本地数据库，当发现有传输标记字段为“0”的记录则按照自定义协议向主机发送,协议帧格式：

4)主机检查解析数据

主机监听服务后台接受到数据帧后，启动解析程序对数据帧解析。

5)主机确认保存数据。

当解析的数据无误后，将数据分类保存至后台数据库。

网络数据传输结构图

2、后台数据分析

自动润滑后台数据分析原理主要是通过收集自动润滑系统的工作数据，包括润滑剂的消耗量、设备的运行状态等，然后通过数据处理技术对数据进行清洗、整合和标准化，以消除数据间的冗余和矛盾，发现数据的潜在规律和趋势。通过这些分析结果，我们可以监控设备的润滑状况，以及预测设备润滑的需求，从而制定个性化的润滑策略，实现设备的预防性维护和管理。数据分析主要根据以下几个方面来展开研究：

（1）各个部件的润滑管道工作压力随时间的变化趋势研究对于了解润滑系统的性能和优化润滑过程具有重要意义。通过对润滑管道压力变化趋势的研究，可以更好地理解润滑剂在管道中的流动和压力损失情况，为润滑系统的设计和优化提供理论依据。本研究旨在探究润滑管道中压力变化趋势及其影响因素，为改善润滑效果和优化润滑系统提供支持。

本研究采用实验研究的方法，通过后台数据库中历史润滑日志数据的筛选，我们选取两段长度相同管径分别为6mm和8mm的润滑管路为试验对象，在一个自然年中选取气温温差不超过±10℃的工作区间，如下图：

内径8mm和6mm管道压力随时间变化趋势图

棕色为8mm管道的压力变化趋势，蓝色为6mm管道的压力变化趋势。我们观察到6mm的管道压力从横轴第249次润滑开始出现下降较快，此后再次上升的状况，我们通过该段数据结合设备现场的实际状况分析，发现在249次工作之前出现设备比较长时间未启动的状况，这将导致管道内停止工作后的残余压力缓慢释放，直到下一次也就是249次润滑工作启动时的压力出现短暂缓解现象，但随着后续润滑工作的继续，压力开始出现快速的上升，这是因为由于长时间未工作，管道内残留的润滑油脂粘度上升，造成管道某一段通径变小，从而导致压力升高。     

而8mm管径的压力变化不明显，虽然也存在一些压力波动，但都属于正常范围，通过现场检查，发现虽然8mm管道也存在管内油脂粘度增大的现象，但对实际润滑效果并没有明显的影响。

通过该实验，说明通过后台数据的分析能够客观了解到润滑管道中的压力变化趋势与润滑剂的粘度、管道直径、长度之间的关系，为车辆现场的管道安装维护提供实验依据。

（2）关于实际润滑频次和各个部件润滑油脂使用量

由于大机养路工程车辆的各部件润滑次数和润滑油脂用量的计算并无实际参考标准，通常依据经验有以下通用计算方法：

• 一般密封轴承注脂量：20%~30% 。
• 低速轴承注脂量：加注满 。
• 中速轴承注脂量：轴承内腔容积的1/2~1/3 。
• 高速轴承注脂量：不要超过轴承内腔容积的1/3 。
• 开式轴承注脂量：30%~50% 。

润滑油脂用量的计算举例

轴承外径为47mm，宽度为14mm，则注脂量计算如下1：

G=0.005×D×B=0.005×47×14=3.29g。

按照400g手动黄油枪打一次约0.8g(需称量)来计算，则需要打4次左右。

而在大机大型养路设备的自动润滑系统中，管路长度，工作温度、以及管径大小都会直接影响到末端的出油量，润滑油泵的出口润滑量与管道末端润滑点的实际出油量有较大误差，且系统中润滑点众多，用此方法难以实现各个润滑点的精准适配，容易造成油脂浪费或润滑不到位的情况。

为了得到接近各个润滑点实际的润滑油脂用量，我们需要通过对每一个润滑点的后台数据进行分析，需要提取的信息有：

（1）各部件实际要求的润滑量。

实际需求量通过润滑点保养手册获得，并作为参数写入后台数据库。

（2）该部件润滑点到油泵的管路长度。

主油泵出口到润滑点的管路长度。

（3）针对某个润滑点自动润滑工作的间隔时间和每次主油泵的出油量。

后台数据中为每个润滑点分配了不同的间隔时间以及该通道主油泵的注油时间。

（4）管径

注油管路的直径，不同部件不同距离需要的管径不同。

造成主油泵出口量与管道润滑点末端出口量不一致主要原因为：管道材质造成热膨胀系数不同，在油泵对管路施加压力时，不同的温度下管路的形变导致长度通径会产生细微变化，而主油泵的打油时间是固定的，导致不同温度和材料下出油量会有细微误差，虽然单次的误差较小，但由于当前润滑策略是将原先手动一次润滑的方式改成离散式的多次润滑，每次的误差将被累计，随着次数的增加，最后的总体注油量误差会显著增加。

为了解决此问题这里一般使用两种方法，

第一种：根据当前压力下不同管路材料及热膨胀系数计算出当前温度相对于常温时管路的体积变化，从而计算出管路内润滑油脂体积的误差，那么实际到润滑点的油脂体积公式为：

每次实际需要油脂体积=油泵出口量+管路内径膨胀体积

膨胀体积的计算方法为：

ΔL=ΔT×L×a
ΔL：伸缩长度（mm）
T：计算温差（℃）
L：管路长度（m）
a：线性热膨胀系数（mm/m·℃），以0.07为例
例如，在某些地区，昼夜温差较大，白天最高35℃，夜间温度5℃，管长16m
ΔL=（35-5）×16×0.07＝33.6mm

以8mm内径的管路计算，体积为： 4²*π*33.6mm=1688.064mm³

但此方法计算比较复杂，计算量很大，需要采集的参数也很多，不适用于现有的系统，原因有几点：

（1）不同润滑点使用的管路材料有区别，有使用硬性管道，也有高压软管，还有常规软管。

（2）车辆常年野外工作，一个自然年中温度变化大，对于热膨胀系数的计算误差较大。

（3）同一种管路的壁厚也影响到膨胀体积的计算。

综上所述，我们采用第二种方法，绕过复杂的材料、环境及温度因素，主要通过后台大量数据的分析和计算来生成每个润滑点的润滑策略配置。

根据上述分析，我们了解到每当温度变高时，管道会膨胀，内部势必产生负压，由于润滑点处的油嘴为开放式，所以此负压会在管路末端处吸入空气来平衡内外压力差，在管路末端形成空腔，此时如果系统启动润滑，还是按照固定的油量打油则会先填满空腔，在填充润滑点，出现润滑量小于实际需求量的现象。

为了修正空腔造成的误差，我们需要从后台大数据中关注几个指标：

（1）工作管压

（2）管压恢复正常的时间

（3）当前温度

在不同的温度下管路的膨胀程度会不同，造成的空腔大小也不同，反映到具体工作状态上就是润滑本泵启动时低管压持续的时间不同，所以空腔的大小就与温度、管压和时间形成一定关系，当润滑油泵开始启动工作时，我们记录下不同实验温度下分配阀—通道1的压力变化。

25℃时后台实验数据

35℃时后台实验数据

当室温25℃时，我们注意到管压从2Mpa左右升高到8Mpa左右总共用时，

7s,而当室温35℃时管压从1Mpa上升到正常管压10Mpa总共用时10s,而空腔的体积与温差我们看做近似线性关系，则关系如下：

（DestT-StartT）*C*K*( T1-T2) =Tj

HT:温升目标值 LT:温度起始值 C：管径  K:比例系数 

T1：本次低管压持续时间   T2：上次低管压持续时间

Tj:空腔体积

通过实际测量，我们得到K系数的参考值，则有：

比如：（35-25）*8*0.08*（10-7）=19.2ml

由此，通过后台的数据分析我们得到了该路管路在温升后的空腔体积，下一次在同样有温升的情况下就可以自动修改注油控制指令，修正其出油量，按照每次出油量4ml计算，需要多5次则可基本消除空腔的影响。

4. 结果与讨论。

通过实验验证，本文发现以下结果：

(1) 远程数据传输方面：采用先缓存后发送的方式，保证了主机数据库和车载设备数据的同步性，由于tcp/ip为可靠传输，在应用层另外再加上一次CRC16的效验，这种“双重”效验进一步保证了传输的数据准确性，同时断线重连和多次发送机制也保证了数据传输的可靠性。

(2) 后台数据分析方面：

通过后台数据的不断累积，空腔的计算准确度会相对接近真实值，并且基本达到自动根据上传的历史数据调整后续的润滑策略。

然而，本研究仍存在一些不足之处，例如：

(1) 数据传输实时性仍需提高：虽然基于TCP/IP协议的数据传输方式已经大大提高了数据的稳定性和安全性，但是由于网络延迟等因素的影响，实时性仍需进一步提高。

(2) 数据分析准确性有待提高：虽然采用了大量的历史数据进行深入分析，但是数据的准确性和可靠性仍有待进一步提高。这需要进一步优化算法和模型，同时提高数据的质量。

结论

本文对地面设备远程数据传输和后台数据分析的相关技术进行了深入探讨。通过实验验证，本文发现采用基于TCP/IP协议的数据传输方式和流行的机器学习算法以及统计模型可以大大提高数据传输的稳定性和安全性以及数据分析的准确性和可靠性。然而，本研究仍存在一些不足之处，需要进一步研究和改进。本文对于自动润滑系统的地面设备远程数据传输和后台数据的分析具有一定的理论和实践意义。