曹津暉

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，天津 300142)

隨著鐵路快速發(fā)展，鐵路機車運營體制改革也在不斷深化和探索，機車提速、重載導(dǎo)致列車牽引布局、機務(wù)乘務(wù)體制、機車檢修體制發(fā)生了重大變化。目前，機車整備部門普遍存在的問題是:缺乏行之有效的狀態(tài)檢測故障診斷設(shè)備和現(xiàn)代化管理手段，采用的是一種模糊的、感官化的經(jīng)驗型檢修作業(yè)方式，檢修質(zhì)量主要依賴于人，然而此環(huán)節(jié)中人是最不可靠的，成為最薄弱環(huán)節(jié)，甚至流于形式，設(shè)備的檢修質(zhì)量和狀態(tài)難以掌握和管理。這種檢修方式，已經(jīng)完全不能適應(yīng)鐵路發(fā)展的要求，亟待開發(fā)一整套適合機務(wù)段整備現(xiàn)場作業(yè)的檢測設(shè)備，能夠快速、準確判斷設(shè)備當前狀態(tài)及影響機車正常運行的潛在隱患。

因此，針對機務(wù)段整備廠整備作業(yè)，兼顧小輔修作業(yè)提出了機車狀態(tài)修方案。主要研究對象為現(xiàn)場檢測直接影響機車運行的故障和故障隱患。

1 機車狀態(tài)修方案原則

針對現(xiàn)場情況，設(shè)備全部采用便攜式，用電池供電;機械設(shè)備檢測時，不做任何現(xiàn)場拆解;不拆卸元器件;不改變線路接線。

所有設(shè)備采用計算機控制，根據(jù)內(nèi)建標準自動評判設(shè)備狀態(tài)性能，配備專家分析系統(tǒng)。配備以太網(wǎng)、藍牙、移動存儲接口，方便檢測結(jié)果的網(wǎng)絡(luò)共享、轉(zhuǎn)儲，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息化管理，提高現(xiàn)代化管理水平。被檢測設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)形成數(shù)據(jù)庫，上傳至計算機服務(wù)器，建立設(shè)備狀態(tài)隨時間變化趨勢報表，進行趨勢跟蹤，通過綜合分析，實現(xiàn)預(yù)知維修。另外，單臺設(shè)備趨勢數(shù)據(jù)可導(dǎo)入檢測設(shè)備，實現(xiàn)現(xiàn)場檢測的趨勢分析;利于操作人員現(xiàn)場綜合判斷。檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)一綜合處理，作為機車狀態(tài)數(shù)據(jù)，建立狀態(tài)報表。

2 總體設(shè)計方案

2.1 電力機車狀態(tài)修方案檢測項目

電力機車狀態(tài)修方案不是將目前國內(nèi)便攜式檢測設(shè)備的簡單羅列，而是根據(jù)機車的功能、特點及運用條件，對機車的重要部件、易發(fā)生故障部件及影響機車安全性能的機械、電氣性能狀態(tài)進行綜合檢測。具體檢測項目如下。

(1)機車主線路及主要控制線路邏輯功能測試。

(2)輔助風(fēng)機、電機等旋轉(zhuǎn)類設(shè)備的振動檢測與分析。

(3)主要電器元件、主要電線路工作狀態(tài)檢測，主要檢測故障對象為主要電線路存在的“軟”故障，即故障隱患，以虛接為主，同時適應(yīng)元件不工作或工作性能劣化現(xiàn)象。

(4)交、直流電機、變壓器、繞組、線圈、電容檢測。

(5)機車關(guān)鍵部件檢測。

(6)常規(guī)參數(shù)測量。

(7)設(shè)備性能的趨勢狀態(tài)分析。

狀態(tài)修實施流程如圖1所示。

圖1 狀態(tài)修實施流程

2.2 電力機車狀態(tài)修方案設(shè)備構(gòu)成

2.2.1 機車線路綜合測試儀

目前國內(nèi)機車檢測行業(yè)已有成熟產(chǎn)品，能夠完成主線路及主要控制線路邏輯功能測試。本方案的機車線路綜合測試儀除具有現(xiàn)有產(chǎn)品的測試功能外，還需要增加計算機數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲功能，將檢測結(jié)果轉(zhuǎn)儲到計算機服務(wù)器，完成機車線路狀態(tài)的趨勢分析，提示檢修人員當前機車線路狀態(tài)。并增加檢測數(shù)據(jù)判斷標準，在設(shè)備自配電源、體積、質(zhì)量、用戶易于操作等方面進行改進。

2.2.2 設(shè)備故障診斷儀

該設(shè)備之前還未曾在機車上使用，但在其他行業(yè)的設(shè)備，如大型發(fā)電機組、齒輪箱、空壓機等往復(fù)式機械設(shè)備的檢測與診斷等方面均有典型運用。設(shè)備故障診斷儀應(yīng)具有自動/手動操作模式、數(shù)據(jù)分析及頻譜分析功能，主要用于機車輔助風(fēng)機、電機等旋轉(zhuǎn)類設(shè)備的故障診斷。

自動操作模式:診斷儀根據(jù)被測設(shè)備對象具體參數(shù)預(yù)先內(nèi)建對應(yīng)的分析策略，選定對象型號，程序自動執(zhí)行故障分析策略，根據(jù)設(shè)備對應(yīng)評判標準，輸出狀態(tài)診斷結(jié)果。

手動操作模式:由于狀態(tài)診斷的復(fù)雜性，對于經(jīng)驗豐富的操作人員，或者針對需要進一步精密診斷的設(shè)備，采用手動方式，利用診斷儀提供的各種分析手段，現(xiàn)場更為準確地判斷被測設(shè)備是否存在故障及設(shè)備的當前狀態(tài)。

時域分析功能包括時域波形、概率密度、自相關(guān)分析、互相關(guān)分析等，實時顯示多種有量綱參數(shù)(峰值、平均值、有效值)和多種無量綱參數(shù);便于運行狀態(tài)判斷和故障的精密診斷。頻譜分析功能包括幅值譜、對數(shù)譜、相位譜、倒頻譜分析等，實時顯示6個最大譜峰及對應(yīng)頻率，各種窗函數(shù)任選;線性譜、對數(shù)譜可選擇;用于不平衡、不對中、軸彎曲、軸裂紋等各種旋轉(zhuǎn)機械常見故障分析。

2.2.3 紅外熱像診斷儀

長期以來，在電氣系統(tǒng)中接點(包括觸點、連接點等)接觸質(zhì)量差，在常規(guī)檢測手段下，很難發(fā)現(xiàn)故障部位，長期運行后出現(xiàn)觸點燒死、燒斷、局部過熱燃燒等現(xiàn)象，將直接影響列車的安全運行。另外，元件本身性能劣化，甚至個別元件不工作，而從表面看機車仍然“正常”運行，但實際存在故障隱患。例如機車變流裝置的并聯(lián)支路硅元件均流性能差，將導(dǎo)致大電流元件發(fā)熱嚴重，直至燒毀引發(fā)故障。綜合上述諸多問題，急需一種行之有效的檢測手段，能夠在故障發(fā)生早期及時發(fā)現(xiàn)隱患存在部位，及時處理，避免重大事故發(fā)生。分析故障及故障隱患異常發(fā)熱的特點，采用紅外熱成像診斷儀，結(jié)合針對機車檢修作業(yè)的專門分析軟件，成為電氣系統(tǒng)狀態(tài)檢測的有力助手。

熱像儀屬于高科技產(chǎn)品，并已在許多行業(yè)成功運用。本方案熱像儀采用美國FLUKE公司E65產(chǎn)品，該設(shè)備采用焦平面、非制冷、微熱量型探測器，熱靈敏度高達0.10℃，能夠反映細小的溫度變化，可以提供清晰、無噪聲的優(yōu)質(zhì)圖像;通過修改軟件可自動查找熱點和冷點，即熱像圖內(nèi)的最高和最低溫度點位置;計算整幅圖片的平均溫度，計算任意兩點的溫度差。

本設(shè)備用于檢測機車電氣線路中接觸點虛接、關(guān)鍵元器件性能劣化等故障隱患部位，確定其狀態(tài)性能。

2.2.4 電機故障診斷儀

此類設(shè)備屬于成熟產(chǎn)品，經(jīng)過適當參數(shù)變化可用于三相交流電機、直流機、變壓器、定子、轉(zhuǎn)子、單個線圈的全面狀態(tài)檢測。自動測試電阻、阻抗、電感、相角、對地絕緣等繞組參數(shù);利用電流/頻率動態(tài)關(guān)系，倍頻測試將給出數(shù)字化的匝間品質(zhì)評定，發(fā)現(xiàn)早期微小的匝間短路，同時判斷整體電磁特性;準確判斷匝間短路、開路、三相不平衡、轉(zhuǎn)子匝間短路、斷條、對地短路等。

2.2.5 機車主斷路器性能測試儀

該設(shè)備在鐵路行業(yè)已有定型產(chǎn)品，測試功能基本滿足要求。本方案設(shè)備除具有在線及離線測試功能，還需能測試空氣主斷路器的固有分閘時間、延遲時間、固有合閘時間、輔助觸點邏輯閉合關(guān)系;測試真空主斷路器的分閘時間、合閘時間、輔助觸點邏輯閉合關(guān)系;并增加數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲功能。

在線測試方式下，利用機車氣路系統(tǒng)、控制電路、指令開關(guān)控制主斷路器的分合操作動作，計算機自動采集主斷路器合分閘線圈的通電時刻并啟動測量程序，測量主斷路器的固有分閘時間、延遲時間以及固有合閘時間。

離線測試方式下，測試儀利用機車空氣系統(tǒng)，在外加直流測試電源條件下，直接控制主斷路器的合分閘操作，測量主斷路器的固有分閘時間、延遲時間以及固有合閘時間，同時完成主斷路器所有輔助觸點的邏輯閉合關(guān)系的測量。

2.2.6 受電弓性能測試儀

受電弓為機車關(guān)鍵部件，其運行條件惡劣，故障率較高，其性能直接關(guān)系到機車能否正常運行。本方案設(shè)備采用鋼絲拉繩控制被測受電弓勻速升降，以實現(xiàn)相對法測試靜態(tài)接觸壓力的功能。通過設(shè)定停止位置，可進行任一高度的精細作用力調(diào)整。跟蹤測量受電弓升弓即時高度以及最大高度。用光電行程元件和限高帶測試升、降弓時間以及快速降弓脫網(wǎng)時間。能夠進行單臂、雙臂受電弓的動作演示和特性試驗、接觸壓力測量(測試靜態(tài)接觸壓力、同高壓力差、同向壓力差);最大升弓高度，升弓、降弓時間測試，快速降弓脫網(wǎng)時間等參數(shù)測試。

2.2.7 司機控制器性能測試儀

司機控制器為機車重要部件，本方案設(shè)備完成司控器邏輯閉合關(guān)系以及觸點接觸性能狀態(tài)的檢測，調(diào)速電位器性能檢測，邏輯觸點狀態(tài)采用屏幕圖形顯示;同時顯示邏輯觸點的接觸電阻，并自動判斷是否超差。

2.2.8 蓄電池狀態(tài)測試儀

該設(shè)備用于機車鉛酸蓄電池狀態(tài)檢測，掌握電池的狀態(tài)，避免出現(xiàn)未到報廢年限過度老化引起的突然失效等故障。檢測時，將反應(yīng)電池壽命的電池內(nèi)電壓、內(nèi)阻參數(shù)作為電池狀態(tài)數(shù)據(jù)輸入計算機，用于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)上傳或轉(zhuǎn)儲;對于潛在失效電池給出重點警示，提醒檢測人員重點關(guān)注，同時根據(jù)試件編號可將被測試設(shè)備的狀態(tài)趨勢數(shù)據(jù)導(dǎo)入測試儀，進行現(xiàn)場趨勢分析。檢測過程中無須解體電池組或中斷供電，對電池?zé)o損害、不起化學(xué)變化。

2.2.9 絕緣電阻測試儀

完成機車主、輔回路絕緣性能檢測。測試過程中，測試儀自動選擇并轉(zhuǎn)換至合適的量程;同時在測試儀輸出端短路情況下，應(yīng)自動封鎖高壓輸出，測試輸出電壓、電流均為零，以避免燒毀測試儀。

2.2.10 耐壓測試儀

用于機車上對電器設(shè)備的交、直流耐壓試驗，漏電流、耐壓時間在規(guī)定范圍內(nèi)任意設(shè)定，當被測設(shè)備漏電流超過預(yù)置值時，發(fā)出聲光報警。

2.2.11 設(shè)備管理分析軟件

根據(jù)狀態(tài)修方案選用計算機服務(wù)器，編制軟件，實現(xiàn)機車設(shè)備檢修檔案的信息化，完成段內(nèi)以至跨段、跨局信息共享。通過設(shè)備管理分析軟件能夠?qū)C車部件發(fā)展趨勢檔案和信息檔案數(shù)據(jù)進行綜合分析，更為準確地診斷和預(yù)知維修。

3 方案的可行性分析及經(jīng)濟效益分析

針對機車狀態(tài)修設(shè)備的研制方案，對各機務(wù)段機車整備環(huán)節(jié)檢修現(xiàn)狀進行全面了解，對檢修設(shè)備需求方向及各車型機車出現(xiàn)的機破、臨修、碎修故障進行了調(diào)研與綜合分析，以此作為設(shè)計的依據(jù)。

該機車狀態(tài)修總體設(shè)計方案完全符合機車現(xiàn)有條件，可減少檢修部門小、輔修次數(shù)，減輕工人的勞動強度，提高機車運行質(zhì)量，增加機車的運用效率，如果按100臺車計，每段每年可節(jié)約費用大約150萬元。因此本設(shè)計方案具有較大的推廣價值。

4 結(jié)論

機車狀態(tài)修檢修方案，將傳統(tǒng)的整備作業(yè)轉(zhuǎn)化為機車的狀態(tài)檢測和維修的形式，引進了現(xiàn)代化設(shè)備維修與檢修質(zhì)量控制管理的全新理念，是未來機車檢修的信息化科學(xué)管理的一種嘗試，尤其對大功率機車專業(yè)化的運用維修具有指導(dǎo)意義，對當前鐵路快速發(fā)展意義重大。

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