地铁内燃机车故障维修技术研究_米茂林.pdf

内燃机与配件 地铁内燃机车故障维修技术研究米茂林（北京市地铁运营有限公司线路分公司，北京 ）摘要：传统地铁内燃机车故障维修方法主要依靠人为排查的方式进行，由于缺乏对机车整体损伤度的估算，导致维修效果不佳。对此，提出地铁内燃机车故障维修技术研究。采用卡尔曼滤波算法，构建地铁内燃机滤波残差序列，并结合故障阈值对故障节点进行判定，构建马尔科夫模型，掌握内燃机车状态数据对应的健康情况，判定故障类型；并估算累计损伤度，根据地铁内燃机车损伤度以及内燃机车故障定位结果，对动态维修过程进行分析，以实现对地铁内燃机车的智能化维修。在实验中，对提出的方法进行了维修性能的验证。经实验结果分析表明，采用提出的方法能够对不同类型的故障进行有效维修，具备较好的维修效果。关键词：地铁内燃机车；故障维修；故障定位；损伤度中图分类号：文献标识码：文章编号：（）（，）：，；，：；作者简介：米茂林（）男，汉族，北京人，专科，研究方向：大型机械车辆对地铁线路的养护与维修。引言内燃机车是目前中国铁路主要的牵引设备。它可以在电力机车不能正常工作时，在各种故障和灾害的影响下，替代电力机车进行自我保护。为了保证内燃机车的正常工作，必须加强对机车的常见故障的处理和检修。例如，在内燃机上使用的动力装置，增压器和冷却水系统都是非常重要的设备，如果出现技术问题，可能会造成内燃机的停机，所以日常作业应该加强对内燃机车的检查，及时解决常见的故障，防止发生重大故障。目前对于地铁内燃机车故障维修较为依赖人力，对维修人员的实际操作水平要求较高。并且普遍采用的都是大周期维修，导致内燃机车的运行性能受到不利的影响。传统地铁内燃机车的维修方法主要依靠人工排除故障。由于缺乏 对 机 车 整 体 损 坏 程 度 的 估 计，导 致 维 修 效 果不佳。对此，需提出更为有效可行的维修策略，对内燃机车的具体损坏情况进行分析，针对不同部件的可靠度进行对应的维修。由此可在额定时间内完成维修工作的前提下，最大限度地保证内燃机车的运行效率，有效定位故障节点，从而为地铁线路的平稳运行提供良好的保障。地铁内燃机车故障维修技术研究 地铁内燃机车故障判定由于地铁内燃机车的电气控制系统结构较为复杂，内部集成了多个电力控制子系统，不同的子系统出现对接错误均可能会导致地铁内燃机车出现不同的故障问题。因此，为对地铁内燃机车的不同故障问题进行维修，首先需对故障类型进行判定。对此可采用卡尔曼滤波算法构建地铁内燃机滤波残差序列，并结合故障阈值实现故障的判定，具体实现步骤如下。首先对地铁内燃机车状态进行记录，形成内燃机车状态序列。为保证后续算法运行的有效性，提前对内燃机车状态序列的原始数据进行预处理。对于原始序列中缺失的内燃机车状态数据，采用代替法对数据进行替换。通过选取缺失数据序列附近的中位数或众数，作为缺失数据的替代值，填充到内燃机车状态数据序列中。具体替代值需根据数据的实际内容以及类型进行调整，尽量保证选取的DOI:10.19475/ki.issn1674-957x.2023.13.012 年第 期替代值与缺失数据在数值大小上的一致，从而为内燃机车状态数据的完整性提供保障。除此之外还需根据内燃机车状态数据的表现情况对其进行分级处理，将数据按照健康程度进行分级，为故障判定工作提供帮助。对此可构建马尔科夫模型，模型具体结构如图所示。图基于地铁内燃机车原始数据的马尔科夫模型结构图在上述模型结构图中，代表系统编码，即地铁内燃机车状态数据编码，代表健康评级结果，即内燃机车状态数据的观测值。通过构建马尔科夫模型，掌握内燃机车状态数据对应的健康情况，从而更好地判定故障类型。假设内燃机车状态向量为，该向量位于维空间，该向量构成的状态矩阵为，则在地铁电力系统的控制输入下，内燃机车状态数据的量测方程表达式如下：（）（）（）（）其中，（）代表时刻与时刻的内燃机车状态转移值，（）代表量测噪声，代表激励噪声，（）代表量测向量。（）的具体计算公式如下：（）（）（）（）其中，（）代表当前时刻的内燃机车状态参量，代表地铁电力系统输入电力的控制因子。由此可构建出卡尔曼滤波残差序列，具体序列表达式如下：（）（）（）（）其中，（）代表残差序列，（）代表过程噪声序列，（）代表增益因子，代表过程噪声序列对应的协方差矩阵。在构建出残差序列后，即可对地铁内燃机车的故障进行判定。当内燃机车出现故障时，残差序列的零均值和方差分别为和。用和分别代表故障状态以及非故障状态，则可得到关于地铁内燃机车状态的高斯白噪声序列，具体表达式如下。（）（）其中，代表方差，代表虚警概率，则对此可计算出故障阈值。槡（）假设内燃机车设备节点为，当该节点处的高斯白噪声序列值（）大于故障阈值，则说明此刻该节点处存在故障，反之则说明无故障。通过上述步骤即可得到出地铁内燃机车设备的运行状态，实现故障类型以及节点位置的判定。地铁内燃机车损伤度估算地铁内燃机车的损伤度包括实际故障情况以及绕组寿命，通过对累计损伤度进行估算，可为后续的内燃机车动态检修模型提供数据支持，具体估算步骤如下。首先假设地铁内燃机车的绕组寿命呈现指数分布的特点，则修正指数表达式如下：（）其中，代表基本失效率，代表受外界环境因素影响的绕组寿命指数，则绕组绝缘线路的可靠度计算公式如下。（）（）其中，代表内燃机车寿命修正系数，代表检修寿命。则可计算出地铁内燃机车的平均寿命，具体计算公式如下：（）（）其中，代表故障发生频率。假设用和分别代表地铁内燃机车内部电压与电流的作用因子，用表示电流流通次数，则可得到内燃机车的累积损伤度表达式，具体如下。（）通过上述步骤即可完成对于地铁内燃机车损伤度的估算，由此可确定维修周期以及维修力度等相关要素。地铁内燃机车动态维修策略分析根据上述求得的地铁内燃机车损伤度以及内燃机车故障定位结果，对动态维修过程进行分析，以实现对地铁内燃机车的智能化维修，具体维修策略如下。由于对内燃机车的大型维修会影响到设备的使用寿命以及运行性能。因此在对内燃机车进行动态维修的过程中，需根据实际故障的损坏情况，选取不同的维修周期以及维修范围。通过对地铁内燃机车部件的实际可靠度进行分析，从而对部件进行选择性拆解和维修。通过构建内燃机车检修范围候选矩阵，从而确定具体的内燃机车故障的检修范围，具体矩阵表达式如下。熿燀燄燅（）其中，矩阵内的元素代表地铁内燃机车每个部件的可靠性，根据内部组件的可靠情况，对内燃机车进行检修。通过采集地铁内燃机车的运行状态数据，进行判定出具体故障节点以及故障类型，并结合内燃机车的整体损伤度数值，确定需要维修的具体范围，对内燃机车部件进行实际维修。对于损坏较为严重的部件，可采用新部件进行直接替换；而对于损伤度较低的部件，可先将损坏部件进行拆除，并安装临时部件，待损坏部件维修完成后，再将临时部件进行替换。通过上述维修手段可最大限度保证内燃机车的运行性能不会受到维修周期的影响，从而实现智能化故障维修。将本节内容与上述的故障节点判定以及内燃机车损伤度估算相关内容进行结合，至此，地铁内燃机车故障维修技术设计完成。实验部分为证明提出的地铁内燃机车故障维修技术在维修效内燃机与配件 果上优于传统的故障维修方法，在理论部分完成设计后，进行实验验证环节，对该故障维修技术的实际维修效果进行验证与分析。实验准备本次实现选取的实验数据来源于某省地铁线路中的内燃机车近三年的历史数据。选取了该内燃机车的机油系统以及燃油系统中的设备数据作为测试数据，具体设备包括机油热交换器、机油滤清器、机油泵、燃油泵、油箱装配以及空气制动器等。通过对该内燃机车的历史运行数据进行调取，选取了五种在不同的时间段发生的故障情况，并调用故障发生时的内燃机车参数，采用 软件进行仿真建模，对五种故障情况进行模拟。五种故障类型分别为蓄电池亏电严重、燃油止阀、机油泵转子固死、热交换器轴承损坏以及油箱管路堵塞。整个实验采用到的计算机语言运使用 进行编写，软件操作环境为 ，硬件为 型号集成型芯片。为提高实验结果的说服性，本次实验选取了两种传统的地铁内燃机车故障维修方法作为对比对象，分别是基于模糊层次分析法的内燃机车故障维修法，以及基于剩余寿命的内燃机车故障维修法。通过采用三种维修方法对上述五种故障类型进行维修，比较不同方法的维修性能。实验结果本次实验选取的评价标准为故障维修方法的维修性能，具体实验结果如表所示。其中，代表可以修复故障，代表无法修复该故障，、分别代表本文采用的维修技术、基于模糊层次分析法的故障维修技术以及基于剩余寿命的故障维修技术。、分别代表蓄电池亏电严重、燃油止阀、机油泵转子固死、热交换器轴承损坏以及油箱管路堵塞五种故障类型，其中，为比较维修方法的有效程度，对后三种故障类型进行了维修时间的限制，代表维修时间阈值。表不同类型下的维修技术性能对比故障类型维修方法 根据上述实验结果可以看出，不同的内燃机车故障维修方法在针对同一类型的故障进行维修时，维修性能出现了较大差异。两种传统的故障维修方法在处理机油泵转子固死、热交换器轴承损坏以及油箱管路堵塞三种故障类型时，无法在额定时限内完成维修工作。本文提出的地铁内燃机车故障维修方法能够在额定时间内完成对五种故障类型的全部维修工作。由此可证明本文提出的故障维修方法的实际维修性能更好，能够有效对故障节点进行定位，并提出科学的维修策略。结论本文所提出的地铁内燃机车故障维修技术通过结合卡尔曼滤波算法实现了故障类型的判定以及故障节点的获取。并通过计算内燃机车整体损伤度，提出了科学的维修策略。可根据内燃机车部件的可靠度实现针对性维修，有利于提高维修效率，具备较好的维修效果。在今后的研究工作中，还需进一步缩短维修演化时间，对地铁内燃机车的不同部件进行具体分析，对不同部件的具体维修方法进行更深入的探讨。参考文献：靳强 内燃机车增压器轴承烧损分析及改进措施研究 机械管理开发，（）：卢秀霞，李晓静内燃机车柴油机常见故障及处理方法分析 设备管理与维修，（）：王峰，佟胜奇，牛鹏飞 铁路内燃机车常见故障与维修工作研究 内燃机与配件，（）：熊英萍，张征硕，邢莹莹内燃机车故障数据处理策略研究 铁道机车车辆，（）：杨建福 型内燃机车 直流开关电源故障原因分析及改进措施郑州铁路职业技术学院学报，（）陆德领 （）型内燃机车空气制动动力制动联锁装置故 障 分 析广 西 铁 道，（）：毕永，赵启 （）型内燃机车柴油机 型调速器启机故障分析及解决方法轨道交通装备与技术，（）：王峰，佟胜奇，牛鹏飞铁路内燃机车常见故障与维修工作研究内燃机与配件，（）：张伟，王立新 型大功率交流传动货运内燃机车特 点 及 故 障 处 理 铁 道 机 车 与 动 车，（）：郭晓超 型内燃机车示功阀栽桩螺丝断裂故障原因 分 析 及 应 对 措 施 西 铁 科 技，（）：段崇义，梅富卿，郭宣召，等 和 型调车内燃机车高温卸载故障分析及对策莱钢科技，（）：韩旭东，王少春，刘海华，等 （）型内燃机车高温 卸 载 故 障 分 析 与 处 理 包 钢 科 技，（）：