馮彥斌

摘要：目前，在鐵路機(jī)車進(jìn)行運(yùn)行速度大提升的背景之下，機(jī)車行駛的安全問(wèn)題依然是鐵路行業(yè)向前良好穩(wěn)定健康可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素，很長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)機(jī)車故障監(jiān)控體系以及機(jī)車安全體系的分析探索早已變成國(guó)內(nèi)鐵路行駛安全監(jiān)測(cè)領(lǐng)域里面關(guān)注的焦點(diǎn)話題。文章首先介紹了鐵路機(jī)車診斷體系的組成部分以及研究現(xiàn)狀，然后分析了機(jī)車電器電路的故障診斷步驟，以供參考。

關(guān)鍵詞：鐵路機(jī)車；電路故障；基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；車載數(shù)據(jù)；專家系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：U269 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）19-0096-03

鐵路機(jī)車的電路故障監(jiān)測(cè)診斷一直是一種源自于現(xiàn)場(chǎng)的急需解決處理的難題。鐵路機(jī)車電器電路作為內(nèi)燃機(jī)的神經(jīng)體系，系統(tǒng)整體相當(dāng)于比較復(fù)雜龐大，表現(xiàn)為經(jīng)典的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，每臺(tái)電機(jī)包含的邏輯次序關(guān)系更加紛繁復(fù)雜；機(jī)車電器體系長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行在振動(dòng)高溫度的不良環(huán)境之下，電器故障發(fā)生的概率相對(duì)很大，診斷檢測(cè)的難度相對(duì)也比較大。根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，鐵路機(jī)車系統(tǒng)由于電器發(fā)生故障的次數(shù)大約占到機(jī)車故障總數(shù)的一半以上，特別是涉及到鐵路機(jī)車行駛的電機(jī)設(shè)備，一旦造成故障，如果不可以快速解決，很有可能直接對(duì)機(jī)車的運(yùn)行安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅，還有可能引起機(jī)破災(zāi)難事故的出現(xiàn)，將對(duì)人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成難以估計(jì)的損失。

隨著人工智能科技技術(shù)、傳感技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)，尤其是專家技術(shù)體系的發(fā)展推進(jìn)，各種各樣的信息、數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)、傳遞以及處理分析均具備實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的方法與條件，推進(jìn)了故障診斷系統(tǒng)朝向智能化趨勢(shì)發(fā)展，確保故障診斷的綜合化、系統(tǒng)化變成可能。然而現(xiàn)有的故障診斷體系全部各自構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)，信息缺乏一致的標(biāo)準(zhǔn)，沒(méi)辦法共享，阻礙了其向著綜合化、系統(tǒng)化的方向發(fā)展。該篇文章指出了一套鐵路機(jī)車常見(jiàn)的電路故障檢測(cè)體系的規(guī)劃方案，本體系可以達(dá)到在線故障的診斷，而且經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)的研究分析，發(fā)現(xiàn)故障存在點(diǎn)，引導(dǎo)司機(jī)快速解除，能夠進(jìn)一步降低以及規(guī)避機(jī)破災(zāi)難事故的產(chǎn)生，保障機(jī)車行駛安全順利。

1 鐵路機(jī)車體系電路故障的主要特征

鐵路機(jī)車屬于一個(gè)極其復(fù)雜的動(dòng)力體系，在工作的過(guò)程中成千上萬(wàn)個(gè)零部件相互配合，對(duì)外界顯現(xiàn)出錯(cuò)綜復(fù)雜的輸出信息，機(jī)車的工作是一個(gè)隨機(jī)的、動(dòng)態(tài)的以及復(fù)雜的過(guò)程，即在不同的時(shí)刻觀測(cè)到的任何數(shù)據(jù)都是隨機(jī)生成的，站在系統(tǒng)理論觀點(diǎn)分析，機(jī)車的故障具有如下一些特征：

（1）趨勢(shì)性：絕大多數(shù)機(jī)車的故障都是隨著時(shí)間呈現(xiàn)趨勢(shì)變化，也就是從細(xì)微的征兆發(fā)展成為顯著變化的趨勢(shì)。

（2）模糊性：征兆信息與機(jī)車的故障不一定是嚴(yán)格對(duì)應(yīng)的，呈現(xiàn)隨機(jī)分布特性，征兆之間的界限也是模糊不清的，而且有些訊息還是不確切的。

（3）緩變性以及突發(fā)性：突發(fā)性障礙通常瞬間爆發(fā)，沒(méi)有明顯征兆，很難預(yù)測(cè)，然而漸變性障礙具有局部功能出現(xiàn)失效以及緩慢發(fā)生的特征，是可以預(yù)料

到的。

（4）層次性：幾萬(wàn)個(gè)零部件部署在機(jī)車?yán)镆黄鸸ぷ鳎煌ハ囫詈?，決定了機(jī)車故障具有層次性。幾乎每一類故障都是通過(guò)多種原因組成。

2 建立機(jī)車電路故障體系的原因及意義

2.1 建立機(jī)車電路故障體系的原因

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，中國(guó)的鐵路行業(yè)同時(shí)正發(fā)生著天翻地覆的變化，它的發(fā)展規(guī)模是空前的。從十五規(guī)劃的開展、更新更多的鐵路的建造以及鐵路提速規(guī)模的持續(xù)增加，表現(xiàn)了國(guó)內(nèi)的鐵路行業(yè)正處于快速的發(fā)展時(shí)期。同時(shí)，在迅速發(fā)展的同時(shí)，怎樣確保鐵路機(jī)車在日益復(fù)雜的路況與飛速行駛情況中正常行駛早已成為當(dāng)今鐵路機(jī)構(gòu)的工作重心。鐵路機(jī)車的行駛狀況不僅關(guān)系顧客的生命財(cái)產(chǎn)安全，并且對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)揮很大的作用，身為國(guó)內(nèi)運(yùn)輸行業(yè)里最重要的運(yùn)輸形式，火車始終扮演著舉足輕重的角色，火車一旦發(fā)生電路故障所導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失是很嚴(yán)重的。

鐵路機(jī)車的行駛安全在度量鐵路整體運(yùn)行質(zhì)量時(shí)起著重要作用。極力推進(jìn)行駛安全監(jiān)測(cè)體系，達(dá)到對(duì)鐵路機(jī)車在線監(jiān)控的目的，竭力促進(jìn)地面監(jiān)控體系，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)鐵路機(jī)車行駛指標(biāo)以及運(yùn)行質(zhì)量的目標(biāo)；推行監(jiān)控、檢測(cè)、管理一體化的安全控制互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)等，上述這些都是國(guó)家發(fā)展鐵路行業(yè)的主要目標(biāo)。

現(xiàn)在，國(guó)內(nèi)的鐵路高速行駛尚且處在初級(jí)時(shí)期，和國(guó)際先進(jìn)水平比較還有一定的差距，其中主要的一個(gè)表現(xiàn)便是對(duì)鐵路機(jī)車的操控目前依然依靠司機(jī)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及掌握的技術(shù)程度，該情況早已不能夠適應(yīng)現(xiàn)代化的鐵路運(yùn)輸需求標(biāo)準(zhǔn)。所以，研究鐵路機(jī)車的安全體系以及檢測(cè)故障早已變成國(guó)家鐵路行駛安全控制范圍內(nèi)有待探討的關(guān)鍵主題。今天，在國(guó)內(nèi)鐵路進(jìn)行大范圍提速的背景下，針對(duì)該主題的探究有著一定的理論意義以及實(shí)際含義。

2.2 建立機(jī)車電路故障體系的意義

最近幾年，隨著我國(guó)在鐵路機(jī)車安全管控技術(shù)范圍內(nèi)的探索已經(jīng)實(shí)現(xiàn)比較大的提升，縮小了和外國(guó)先進(jìn)技術(shù)水平之間的距離。然而從嚴(yán)格意義上講，該領(lǐng)域的研究從理論層面以及結(jié)構(gòu)層面并沒(méi)有根本性的超越，當(dāng)今司機(jī)控制車輛的行駛安全的主要手段很多還是依靠以前的經(jīng)驗(yàn)，司機(jī)依據(jù)觀測(cè)到的很多外界信息以及本人針對(duì)線路狀況和鐵路機(jī)車車輛的使用情況進(jìn)行了解以及掌握，使用豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)提出判斷結(jié)果，建立對(duì)策進(jìn)行機(jī)車行駛的操縱。然而培育素質(zhì)優(yōu)良的司機(jī)必須花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間，再加上機(jī)車車輛的運(yùn)行條件比較差，而且受到噪音、振動(dòng)、精神高度繃緊等各方面因素的作用，司機(jī)很容易精神疲憊，進(jìn)而導(dǎo)致判斷失誤或者觀察錯(cuò)誤等情況的發(fā)生。

鐵路機(jī)車在運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中，發(fā)生故障是難以避免的事情。所以對(duì)機(jī)車實(shí)施檢測(cè)維修，是保障機(jī)車的最高性能發(fā)揮出來(lái)的前提條件以及確保鐵路機(jī)車安全行駛。目前全球最發(fā)達(dá)的狀態(tài)診斷檢測(cè)體制的執(zhí)行，都無(wú)法離開故障檢測(cè)診斷技術(shù)的使用。當(dāng)今，中國(guó)鐵路機(jī)車領(lǐng)域的故障診斷檢測(cè)技術(shù)，總體來(lái)說(shuō)仍然局限于對(duì)設(shè)零件、組件、部件以及設(shè)備等一些方面的檢修。比如，經(jīng)過(guò)對(duì)機(jī)油光譜進(jìn)行分析，能夠檢測(cè)出機(jī)油中每一種微量元素部分的含量，進(jìn)而判斷出來(lái)柴油機(jī)里面各運(yùn)動(dòng)分件的磨損狀況。經(jīng)過(guò)對(duì)鐵路機(jī)車行駛當(dāng)中油輪對(duì)于傳送給鋼軌的功率譜以及震動(dòng)頻譜的分析，能夠判定出齒輪箱、電機(jī)以及輪對(duì)于每個(gè)零件、組件以及部件的缺點(diǎn)狀況，進(jìn)一步推理出每個(gè)部件剩余的使用年限。通過(guò)運(yùn)用紅外線測(cè)試儀器，能夠檢測(cè)出來(lái)正在運(yùn)行當(dāng)中的鐵路機(jī)車車輛每個(gè)軸的溫度情況，同時(shí)能夠經(jīng)過(guò)無(wú)損探傷這種形式，測(cè)試出每個(gè)零件表面以及內(nèi)部的缺點(diǎn)。上述那些診斷手段，全部沒(méi)有聯(lián)系整個(gè)鐵路機(jī)車體系的綜合性診斷監(jiān)測(cè)，現(xiàn)在綜合診斷整體的機(jī)車體系，大部分情況還是依賴技術(shù)專業(yè)人員，靠經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)綜合探析以后斷定。然而，伴著老專家同志的退休，青年專業(yè)人員實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不夠，導(dǎo)致每段機(jī)務(wù)段的專家人數(shù)表現(xiàn)不足，況且最初運(yùn)用特定型號(hào)鐵路機(jī)車的那部分機(jī)務(wù)段，其實(shí)根本沒(méi)對(duì)該種規(guī)格機(jī)車實(shí)施故障檢修的專業(yè)人員。不僅如此，由多名站在自身角度的專業(yè)人員一起共同判定整臺(tái)機(jī)車處于的狀態(tài)，有些時(shí)候意見(jiàn)很難一致，這樣便很容易導(dǎo)致誤判。利用專家體系就能夠攻克上述缺陷，而且豐富的專業(yè)知識(shí)經(jīng)驗(yàn)為建立專家系統(tǒng)給予了基本的保障。endprint

3 鐵路機(jī)車電氣故障診斷體系

3.1 系統(tǒng)介紹

鐵路機(jī)車故障診斷系統(tǒng)由兩大模塊組成：內(nèi)燃機(jī)車故障診斷系統(tǒng)和電力機(jī)車故障診斷系統(tǒng)。針對(duì)內(nèi)燃機(jī)車故障診斷系統(tǒng)作以簡(jiǎn)要說(shuō)明。

（1）載入數(shù)據(jù)。該種功能可將內(nèi)燃機(jī)車的所有檢測(cè)儀搜索到的數(shù)據(jù)，經(jīng)由通信線路傳送到故障診斷系統(tǒng)中去。

（2）設(shè)置參數(shù)。該功能主要是對(duì)內(nèi)燃機(jī)車設(shè)備設(shè)定門限值系數(shù)。

（3）診斷故障。經(jīng)過(guò)專家系統(tǒng)以及檢測(cè)儀器搜索到的數(shù)據(jù)，用以確定機(jī)車電路設(shè)備的性能，并獲得診斷的結(jié)果，據(jù)此來(lái)判定設(shè)備有無(wú)需要進(jìn)行維修或者維護(hù)。

（4）打印查詢。完成數(shù)據(jù)監(jiān)控和故障的查詢并且打印出查詢結(jié)果。

（5）分析走勢(shì)。經(jīng)過(guò)設(shè)置走勢(shì)的分析條件，全面深刻了解機(jī)車的運(yùn)行狀況。

3.2 該體系的構(gòu)成

鐵路機(jī)車電路故障的診斷體系主要運(yùn)用在迅速找出故障原因以及位置、檢測(cè)機(jī)車電氣體系的質(zhì)量狀況的診斷體系，具體包括有地面專家檢測(cè)體系以及車載診斷體系兩個(gè)子體系。車載診斷體系運(yùn)用在線檢測(cè)鐵路機(jī)車電路故障以及記錄各個(gè)機(jī)電設(shè)備的故障信息以及狀況信息，而且可以通過(guò)在線狀態(tài)數(shù)據(jù)快速找出發(fā)生故障的原因以及位置，引導(dǎo)司機(jī)快速解除，能夠進(jìn)一步降低以及規(guī)避機(jī)破災(zāi)難事故的產(chǎn)生，保障機(jī)車行駛安全順利。而地面專家檢測(cè)體系經(jīng)過(guò)對(duì)故障信息以及狀況信息實(shí)施研究分析，依據(jù)專家的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)提出判斷，搜尋到多方面、更復(fù)雜的故障，因?yàn)槠鋼碛懈呒?jí)的運(yùn)算速率以及豐富的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，因此具備特別強(qiáng)的檢測(cè)診斷技能。其中轉(zhuǎn)儲(chǔ)器主要進(jìn)行提取車載數(shù)據(jù)，把車載體系測(cè)算到的信息數(shù)據(jù)等傳遞到地球的數(shù)據(jù)處理體系實(shí)施更加全方位的處理分析。

完成體系的設(shè)計(jì)必須解決下面幾個(gè)核心問(wèn)題：

（l）處理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。鐵路機(jī)車的電路根據(jù)它的功能能夠劃分成勵(lì)磁回路、輔助回路、主回路、控制回路，所有的電路表現(xiàn)為經(jīng)典的網(wǎng)絡(luò)體系，邏輯次序紛繁復(fù)雜，工況不同，每個(gè)回路具有的工作狀態(tài)也是不一樣的，進(jìn)而其接觸器的每個(gè)觸點(diǎn)狀態(tài)也不一樣，有關(guān)的連鎖電路同時(shí)也不同，然而總是能夠依據(jù)紛繁復(fù)雜的工況之下每個(gè)接觸器具備的邏輯聯(lián)系確立主電路里面所有點(diǎn)的狀況。所以，處理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)就必須尋找出來(lái)被測(cè)點(diǎn)以后，找到不同的工況下每個(gè)點(diǎn)的組合狀態(tài)以及尋常狀態(tài)，給查詢判斷故障構(gòu)建模式。具體有構(gòu)建車載診斷體系的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)以及地面專家檢測(cè)診斷體系的狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)與知識(shí)庫(kù)。

（2）提取車載數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)查閱及調(diào)研很多的有關(guān)資料，采取統(tǒng)計(jì)分析的辦法，選擇50個(gè)將要被檢測(cè)的點(diǎn)，這部分被檢測(cè)點(diǎn)大致上包括常見(jiàn)的故障產(chǎn)生位置以及鐵路機(jī)車行駛的主要電路位置。車載診斷體系中央處理器持續(xù)地查看被測(cè)點(diǎn)訊息，進(jìn)而實(shí)施故障判斷檢測(cè)，如果遇到被測(cè)點(diǎn)的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，就把目前的狀態(tài)以及狀態(tài)變化的時(shí)間記錄下來(lái)，然后經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)儲(chǔ)器把單片機(jī)里面的數(shù)據(jù)信息傳送到地面的PC機(jī)實(shí)施處理分析。

（3）探究診斷辦法。車載與地面專家診斷系統(tǒng)均是對(duì)被測(cè)信息進(jìn)行分析處理，根據(jù)相應(yīng)的信息庫(kù)作出故障判斷。由于車載診斷系統(tǒng)受到其運(yùn)算速度的影響，故只能對(duì)那些影響行車安全的重要故障作出判斷，并指導(dǎo)司機(jī)及時(shí)排除，而更復(fù)雜的、多方面的故障信息則是依賴地面專家系統(tǒng)，根據(jù)知識(shí)庫(kù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)所提供的信息，通過(guò)邏輯推理和經(jīng)驗(yàn)知識(shí)作出故障診斷。在實(shí)際的應(yīng)用中，由于不同的應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)所要求的檢測(cè)和故障診斷的側(cè)重點(diǎn)也不同，這就需要軟件設(shè)計(jì)具有兼容性。因此，切實(shí)可行的診斷方法，建立知識(shí)庫(kù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)是數(shù)據(jù)處理的難點(diǎn)和關(guān)鍵。

3.3 鐵路機(jī)車診斷系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

我國(guó)鐵路機(jī)車在使用的過(guò)程中，保持車輛的安全運(yùn)行方式很大程度上依賴機(jī)車司機(jī)長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)踐過(guò)程。但是由于機(jī)車車輛的本身工作規(guī)定、噪音、震動(dòng)、疲乏，即使經(jīng)驗(yàn)豐富的司機(jī)一樣可能發(fā)生錯(cuò)誤抑或失誤。20世紀(jì)80年代以后，國(guó)家鐵路部門積極地把診斷檢測(cè)技術(shù)的研究成果應(yīng)用于機(jī)車電器方面，并且取得了非常大的進(jìn)步。如今，通常都是定期對(duì)已經(jīng)達(dá)到規(guī)定運(yùn)行里程的鐵路機(jī)車進(jìn)行大規(guī)模的檢測(cè)與維修，把檢修過(guò)的車輛送去維修廠，然后再依次對(duì)機(jī)車?yán)锩娴碾姍C(jī)、油機(jī)以及電氣線路進(jìn)行檢測(cè)。其中檢測(cè)電路仍然使用常規(guī)做法，通過(guò)使用高度精密的儀表和儀器來(lái)對(duì)每一條電氣線路中電阻數(shù)值進(jìn)行測(cè)量與分析，在完成以后做出檢測(cè)維修方法的判斷并實(shí)施。對(duì)于機(jī)車的綜合的診斷，大多數(shù)都運(yùn)用人工智能的診斷方法。如果鐵路機(jī)車在行駛過(guò)程中出現(xiàn)了故障，必須在現(xiàn)場(chǎng)立即尋找出障礙發(fā)生的原因然后妥善解決，因而車載故障診斷體系非常重要。

4 結(jié)語(yǔ)

文章介紹了機(jī)車車載電氣線路故障診斷系統(tǒng)，其中一部分已經(jīng)通過(guò)了實(shí)驗(yàn)?zāi)M監(jiān)測(cè)，車載部分具有觀察直觀，性能優(yōu)良，操作方便，體積小，并且可以進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等特點(diǎn)，綜合考慮現(xiàn)實(shí)狀況，是一個(gè)非常實(shí)用的

系統(tǒng)。

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