祁 新 趙俊偉 郭 平 張志宇

(上海鐵大電信設(shè)備有限公司,200070,上海∥第一作者,工程師)

電動(dòng)道岔是現(xiàn)代鐵路的關(guān)鍵設(shè)備之一。而一旦道岔故障,會(huì)影響運(yùn)輸效率,造成不安全的事故。所以,道岔狀態(tài)日常的監(jiān)控和故障診斷非常重要。目前,在06版微機(jī)監(jiān)測(cè)的技術(shù)條件內(nèi),只采集道岔的電流曲線。事實(shí)證明,電流曲線并不能切實(shí)地反映許多電動(dòng)交流提速道岔轉(zhuǎn)換過程中的阻力動(dòng)態(tài)異常情況。本文指出了道岔阻力曲線比電流曲線更具實(shí)用性的優(yōu)勢(shì),描述了如何通過道岔阻力曲線進(jìn)行分析和故障判斷,并簡(jiǎn)單介紹了道岔阻力曲線結(jié)合微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來監(jiān)控道岔的運(yùn)用情況。

1 道岔電流曲線采集的局限性

道岔動(dòng)作的動(dòng)力是由電機(jī)提供的。直流轉(zhuǎn)轍機(jī)的輸出力和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流呈對(duì)應(yīng)的線性關(guān)系。目前對(duì)ZD系列的直流轉(zhuǎn)轍機(jī)的動(dòng)作電流測(cè)量能大致反映道岔阻力的變化過程。而ZD系列轉(zhuǎn)轍機(jī)的故障判斷,也都是通過對(duì)電流曲線的區(qū)段峰值與相應(yīng)的時(shí)間區(qū)段來對(duì)照分析。對(duì)于三相交流提速道岔來說,道岔的牽引力除了與驅(qū)動(dòng)電流的幅值有關(guān)外,還與電壓、電流及相位角有密切關(guān)系。所以,通過采集電流曲線,用直流轉(zhuǎn)轍機(jī)的模式分析三相電流曲線來判斷交流轉(zhuǎn)轍機(jī)的故障是難以實(shí)現(xiàn)的。例如,在昆明鐵路局小哨站道岔監(jiān)測(cè)的過程中,通過三相電流曲線來檢查道岔的動(dòng)作情況時(shí),并未發(fā)現(xiàn)任何異常;而且在清除完故障點(diǎn)的小石子后,電流曲線仍舊沒有任何的變化(見圖1)。但通過道岔阻力曲線來監(jiān)測(cè)道岔動(dòng)作狀況,卻能明顯發(fā)現(xiàn)阻力曲線存在異常情況(圖2)。由此實(shí)例可知,使用電流曲線來判斷道岔故障情況具有一定局限性,而使用道岔阻力曲線代替三相電流曲線能反映道岔所受到的阻力情況,可以正確判斷道岔是否發(fā)生故障。

圖1 道岔電流曲線無法表示故障示例

圖2 真實(shí)反映故障的道岔阻力曲線示例

2 道岔阻力曲線的運(yùn)用

提速道岔轉(zhuǎn)換過程分為：轉(zhuǎn)轍機(jī)內(nèi)部解鎖(簡(jiǎn)稱為機(jī)內(nèi)解鎖);外部鉤鎖解鎖,并在解鎖同時(shí)還帶動(dòng)一尖軌斥離(簡(jiǎn)稱為外鎖解鎖);雙尖軌聯(lián)動(dòng)(簡(jiǎn)稱為雙軌聯(lián)動(dòng));尖軌解鎖(簡(jiǎn)稱為外鎖鎖閉)。

ZD系列直流轉(zhuǎn)轍機(jī)通過電流曲線的時(shí)間及該時(shí)間對(duì)應(yīng)的電流峰值,來判斷轉(zhuǎn)轍機(jī)電氣特性和機(jī)械特性。而阻力曲線的分析方法不能套用ZD系列的分析方法,特別在對(duì)應(yīng)時(shí)間段和曲線樣式上有明顯區(qū)別。本文使用S700K型雙機(jī)牽引的尖軌1轉(zhuǎn)轍機(jī)舉例說明問題。圖3使用了銷式傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)變測(cè)力儀及道岔阻力測(cè)試儀,同時(shí)測(cè)量道岔阻力曲線來進(jìn)行對(duì)比。

圖3 3#道岔S700K型尖軌1雙機(jī)牽引時(shí)反位到定位轉(zhuǎn)換的道岔阻力曲線

2.1 機(jī)內(nèi)解鎖階段

機(jī)內(nèi)解鎖階段T1是銷式傳感器無法測(cè)試出的階段。因?yàn)榇藭r(shí)是在轉(zhuǎn)轍機(jī)內(nèi)部進(jìn)行運(yùn)行,傳動(dòng)桿并沒有力的產(chǎn)生。這個(gè)階段的時(shí)間跨度經(jīng)測(cè)試一般在800 ms左右。在這個(gè)時(shí)間段的前期,轉(zhuǎn)轍機(jī)要克服靜摩擦力,所以產(chǎn)生的力會(huì)相當(dāng)大,且由于傳動(dòng)齒輪的存在,受力情況比較復(fù)雜。在這個(gè)階段,道岔的動(dòng)作桿還沒有動(dòng)作,因此該階段一般不參與故障判斷,也不計(jì)入最大值的統(tǒng)計(jì)范圍。在機(jī)內(nèi)解鎖后,道岔阻力曲線會(huì)進(jìn)入一個(gè)相對(duì)平穩(wěn)階段。

2.2 外鎖解鎖階段

外鎖解鎖階段T2開始時(shí)外鎖開始解鎖。這個(gè)階段傳動(dòng)桿開始產(chǎn)生力,銷式傳感器開始記錄數(shù)據(jù)。經(jīng)試驗(yàn),外鎖解鎖持續(xù)時(shí)間一般為1.5 s至2.0 s左右。從T2階段開始統(tǒng)計(jì)道岔阻力最大值。該階段的力一般不超過2 500 N,并且最大值一般不會(huì)出現(xiàn)在該階段。該階段的道岔阻力曲線呈水平狀,略微向下。如果該階段的曲線有臺(tái)階或鼓包狀,則可能為道岔密貼調(diào)整過緊造成解鎖困難,也需要考慮是否有滑槽板缺油的情況或者是尖軌吊板所致。

2.3 雙軌聯(lián)動(dòng)階段

雙軌聯(lián)動(dòng)階段T3是轉(zhuǎn)轍機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的主體過程。該階段兩軌同時(shí)開始動(dòng)作,持續(xù)時(shí)間一般為3.5 s左右。道岔轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)作過程中,阻力最大的點(diǎn)通常就發(fā)生在T3階段,但是最大值一般不超過5 000 N。從T2至T3階段,道岔阻力曲線會(huì)有一個(gè)略微上揚(yáng)的弧形。該弧形的落差一般不會(huì)超過2 500 N;如果落差過大,說明可能有轉(zhuǎn)換阻礙。經(jīng)過道岔阻力曲線最大值點(diǎn)后,會(huì)有一條相對(duì)平滑的向下曲線;如果曲線不平滑,可能是滑床板凹凸不平。該階段向下平均值不應(yīng)過高,否則應(yīng)考慮是否有滑床板缺油,或者積雪等情況導(dǎo)致阻力過大。

2.4 外鎖鎖閉階段

外鎖鎖閉階段T4是最后一個(gè)階段。該階段道岔應(yīng)該已經(jīng)轉(zhuǎn)到位,外鎖此時(shí)開始鎖閉。這個(gè)階段持續(xù)時(shí)間為1 s左右。該階段的道岔阻力曲線應(yīng)相對(duì)平滑,一般最大值不會(huì)出現(xiàn)在此階段。如果在T4階段道岔阻力曲線出現(xiàn)明顯的尖峰,或者最大值出現(xiàn)在此階段,可能是道岔密貼調(diào)整過緊,造成阻力過 大鎖閉困難,或者卡入了異物需要清理(見圖4)。

圖4 3#道岔S700K型尖軌1雙機(jī)牽引時(shí)反位到定位時(shí)夾入異物的道岔阻力曲線

2.5 整體動(dòng)作概述

道岔一次動(dòng)作總體時(shí)間因道岔的類型不同、調(diào)校不同而有差異。機(jī)內(nèi)解鎖階段T1應(yīng)不超過800 ms,否則說明機(jī)內(nèi)有缺油或相應(yīng)電機(jī)故障;外鎖解鎖階段T2不應(yīng)超過2 s,否則說明道岔啟動(dòng)機(jī)械解鎖困難;雙軌聯(lián)動(dòng)階段T3與道岔動(dòng)作中的阻力相關(guān),阻力越大,動(dòng)作時(shí)間越長(zhǎng),一般不超過3 s(跟道岔動(dòng)程有關(guān));外鎖鎖閉階段T4應(yīng)不超過1.5 s,否則可能出現(xiàn)轉(zhuǎn)轍機(jī)鎖閉困難、密貼調(diào)整過緊、道岔卡異物等情況。道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)整個(gè)動(dòng)作時(shí)間不超過7 s左右,該時(shí)間因各種調(diào)校和現(xiàn)場(chǎng)情況不同而略有出入?？梢酝ㄟ^對(duì)比歷史標(biāo)準(zhǔn)曲線來設(shè)置參考曲線。若實(shí)際測(cè)的和參考曲線相比,動(dòng)作時(shí)間相差過長(zhǎng),則說明遇到阻力過大,需認(rèn)真分析,查找原因后進(jìn)行調(diào)整。

3 道岔阻力測(cè)試系統(tǒng)與微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

道岔在排進(jìn)路中需要經(jīng)常動(dòng)作,所以需要實(shí)時(shí)地進(jìn)行監(jiān)測(cè)。微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是已經(jīng)上道的監(jiān)測(cè)系統(tǒng),并且該系統(tǒng)已經(jīng)有了相當(dāng)?shù)牡啦肀O(jiān)測(cè)功能。所以,將道岔阻力的采集系統(tǒng)作為微機(jī)監(jiān)測(cè)的子系統(tǒng),并通過微機(jī)監(jiān)測(cè)來顯示、記錄和統(tǒng)計(jì)。在圖5中,微機(jī)監(jiān)測(cè)與道岔阻力監(jiān)測(cè)主機(jī)系通過CAN總線相連接,道岔阻力監(jiān)測(cè)主機(jī)與道岔阻力采集模塊通過485總線相連。每個(gè)道岔阻力采集模塊可以采集一個(gè)轉(zhuǎn)轍機(jī)的阻力曲線,并通過主機(jī)收集后,發(fā)送給微機(jī)監(jiān)測(cè)主機(jī)。電務(wù)維修人員可以通過微機(jī)監(jiān)測(cè)來查看每次道岔動(dòng)作的阻力曲線,并可以實(shí)時(shí)報(bào)警。

道岔阻力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作為微機(jī)監(jiān)測(cè)的子系統(tǒng),可以實(shí)時(shí)地查看道岔阻力曲線;并且通過設(shè)置參考曲線等操作,還能與一些歷史標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行對(duì)照,得出更準(zhǔn)確的結(jié)論。更為重要的是,微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以分析曲線數(shù)據(jù),通過比較判斷等邏輯生成報(bào)警信息。這樣能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)道岔狀態(tài),做到防范于未然,并由過去的故障修上升到狀態(tài)修。

圖5 微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與道岔阻力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

因?yàn)榈啦碜枇η€的模式比較復(fù)雜,為了簡(jiǎn)化判斷,微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用同參考曲線相比較的方法來智能判斷某次動(dòng)作的曲線是否正常。參考曲線可以由工區(qū)電務(wù)人員設(shè)置,也可以在出廠時(shí)根據(jù)電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)曲線設(shè)置。已知道岔阻力的參考曲線后,報(bào)警曲線的計(jì)算方法為：取第k點(diǎn)的值v0和相鄰n點(diǎn)的值v1,…,vn,計(jì)算出該n+1個(gè)點(diǎn)的最大值max(k)作為第k點(diǎn)的值。遍歷所有點(diǎn),得出一條新的曲線。將該曲線上浮a(a可以配置),即可得到該轉(zhuǎn)轍機(jī)的報(bào)警曲線。該曲線的特點(diǎn)是將一些波動(dòng)和毛刺都過濾掉,并且不低于每點(diǎn)的最大值,這樣計(jì)算出的報(bào)警曲線可以保留原始參考曲線的趨勢(shì)。因?yàn)闄C(jī)內(nèi)解鎖階段道岔還未轉(zhuǎn)動(dòng),所以將轉(zhuǎn)轍機(jī)前500 ms的動(dòng)作點(diǎn)排除在報(bào)警計(jì)算之外后,統(tǒng)計(jì)超過報(bào)警線的點(diǎn),如果總數(shù)超過b(b可配置)則報(bào)警。阻力曲線報(bào)警流程見圖6。

圖6 道岔阻力曲線報(bào)警流程

4 結(jié)語

1)道岔電流曲線不能反映交流轉(zhuǎn)轍機(jī)的動(dòng)作情況,建議改用阻力曲線。

2)可以通過分析道岔阻力曲線的動(dòng)作時(shí)間和相應(yīng)階段的阻力數(shù)值,來分析道岔轉(zhuǎn)換過程中的機(jī)械特性,從而發(fā)現(xiàn)故障。

3)現(xiàn)有微機(jī)監(jiān)測(cè)技術(shù)條件只要求采集三相電流曲線,建議加入采集道岔阻力曲線。

4)通過微機(jī)監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)監(jiān)控道岔阻力曲線,監(jiān)測(cè)到不正常狀況時(shí)則會(huì)報(bào)警,可以有效地監(jiān)督道岔的運(yùn)行狀態(tài),使提速道岔做到狀態(tài)修,以保障鐵路正常運(yùn)營(yíng)、防范事故發(fā)生。

5)可以通過專家系統(tǒng)將道岔阻力曲線的模式分析結(jié)合到計(jì)算機(jī)程序中以自動(dòng)判斷故障原因,為電務(wù)工作人員檢修調(diào)試道岔設(shè)備提供參考。

6)在適當(dāng)?shù)膮?shù)調(diào)整后,本文所描述的故障判斷模式也可用于交流三相液壓轉(zhuǎn)轍機(jī)的阻力測(cè)試。

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