基于LKJ-15C型列车运行监控系统的空转识别优化研究.pdf

运行与维护 Running and Maintenance 2023.6 今日制造与升级 123列车运行监控装置用于其运行安全防护和运行状态记录，保障列车行车安全。LKJ-15C 型列车运行监控系统（以下简称：LKJ-15C 型监控系统）为新一代列车运行监控系统，采用了先进技术，在使用、维护和安全性方面有极大改善，能够大大减轻乘务员的劳动强度，符合当前铁路技术装备发展需求。近年来，LKJ-15C 型监控系统逐渐在重载电力机车领域推广。朔黄铁路2台安装 LKJ-15C 型监控系统的交流传动重载电力机车发生4起机车多轴空转引起监控系统执行紧急制动事件，发生地点位于肃宁北至黄骅港运行区间。非正常的紧急制动对两万吨重载列车的运行存在重大安全隐患，因而亟需对此问题进行分析处理。1 LKJ空转判别机制1.1 LKJ-15C型监控系统空转处理逻辑LKJ-15C 型监控系统通过采集安装在轮对的转速传感器信号，结合机车轮径，可计算出机车的速度和走行位移，同时通过轮对转速对应的加速度来判断列车测速轮对是否空转，具体逻辑如下。当 LKJ-15C 型监控系统采集到的加速度大于等于最大允许加速度3.6km/h/s（该参数按照运装技验 2007101号关于批转“LKJ2000型列车运行监控记录装置参数值的设置”的通知文件要求进行设计），且持续时间超过400ms 时，判定为机车空转。如为单轮对空转，则速度信号取用非空转轮对的速度传感器；如两轮对均空转，LKJ-15C 型监控系统将按1/8最大允许加速度对速度进行折算。如果未判定为机车空转，LKJ-15C 型监控系统按照速度较大的轮对中速度传感器实际转速计算列车速度，不会对速度进行折算处理，其原理与 LKJ2000型监控系统一致。1.2 运行数据分析对4起事件的LKJ-15C型监控系统运行文件分析发现：输出紧急制动前，两个轮对加速度均未超过判断机车空转的最大允许加速度值3.6km/h/s。因此在机车发生空转时，LKJ-15C 型监控系统未启动空转速度抑制功能，输出卸载指令后，速度仍持续快速上升导致监控输出紧急制动。1.3 LKJ-15C与LKJ2000相关差异比对分析重载电力机车多轴空转时有发生，但安装 LKJ2000型监控系统的重载电力机车尚未触发紧急制动，为此重点对LKJ-15C 型监控系统与 LKJ2000型监控系统的差异进行分析。从传感器、软件配置及用户配置参数等方面进行对比分析，异同点见表1。表1 LKJ-15C型监控系统与LKJ2000型监控系统异同点对比项点LKJ-15CLKJ2000传感器参数传感器类型霍尔传感器光电传感器信号占空比1 1输出信号15V 方波软件配置参数软件采集周期（ms）80100 200空转确认时间（ms）400空转后速度抑制比例1/8空转识别退出系数（判断空转持续时间的条件）0.90.1用户配置参数机车轮径（mm）1250最大允许加速度（km/h/s）3.6空转一次最长时间（s）15通过表1可知：LKJ-15C 型监控系统与 LKJ2000型监控系统在传感器类型、软件采集周期以及空转识别退出系数上存在差异。传感器类型方面，LKJ2000型监控系统通常采用200摘要针对朔黄铁路安装 LKJ-15C 型列车运行监控系统的交流传动重载电力机车，发生多起因轮对空转造成LKJ-15C 型列车运行监控系统输出紧急制动指令的运行事件，文章从其控制原理出发，通过优化 LKJ-15C 型列车运行监控系统空转识别功能，以降低因空转触发列车紧急制动的概率，提出了具体的优化措施，并验证了该方法的有效性。关键词LKJ-15C 型监控系统；重载电力机车；轮对空转；紧急制动中图分类号U284.48 文献标志码A基于LKJ-15C型列车运行监控 系统的空转识别优化研究周少游（国能朔黄铁路机辆分公司，河北肃宁062350）运行与维护 Running and Maintenance 124 今日制造与升级 2023.6脉冲的光电传感器，在 CRh1型动车组和中国标准化动车组上采用80脉冲的霍尔传感器；此外国内更高等级线路运用的列控装备也广泛使用72、80、96等不同脉冲数的霍尔传感器。根据列控装备的行业经验及传感器相关特性分析，LKJ-15C 型监控系统选用72脉冲的霍尔传感器符合系统技术要求；在软件采集周期方面，软件运行周期越短，周期内采集的脉冲数越少，加速度波动更明显、采样更精确，更有利于识别机车空转；空转识别退出系数是指当监控系统采集到的加速度大于等于系统规定的最大允许加速度值3.6km/h/s时，监控系统在此后在超过400ms的持续时间内，检测到的加速度值均大于“空转识别退出系数 最大允许加速度”时，才能确认为空转。因此，空转识别退出系数越大越难判断出机车空转。1.4 原理分析通过对 LKJ-15C 型监控系统空转处理逻辑、加速度数据分析及监控系统差异分析可知，在机车发生控多轴空转时，监控系统未能识别空转的可能原因为空转识别退出系数过大所致，具体分析如下所示。如图1所示为监控系统检测到机车空转过程中某一时间段的加速度，横坐标代表监控系统数据采集周期个数，纵坐标代表各采集周期内监控系统采集到的加速度值，由于监控系统判断空转的条件为加速度需连续400ms 内大于空转识别退出的加速度限制，否则系统退出空转判断模式，并认定机车未发生空转。LKJ-15C 型监控系统一个软件采集周期为80ms，即对 LKJ-15C 型监控系统来说，需要执行6个采样周期后，才能确认机车发生空转，而从图1可以看出，发生空转时加速度波动较大，如果“空转识别退出系数”设置过高，则不能保证在6个监控周期内，加速度均不低于退出空转识别的加速度限值，以至于出现轮对实际发生空转，而监控系统未判定发生空转的情况。121116111周期（个）加速度（km/h/s）106101969186817671666156514641363126211611614.543.532.521.510.50图1空转过程加速度曲线而由机车运行数据发现，虽然发生紧急制动前轮对发生空转，但未达到监控系统判定空转的条件，因此未启动速度抑制机制，监控系统仍然按照速度传感器实际转速计算列车速度，系统误认机车超速，最后输出紧急制动指令。2 优化机制根据原理分析结果，得到以下信息。（1）监控系统识别空转的前提是由轮对转速计算得到的机车加速度值要大于系统设置的限值，并且持续时间超过400ms。（2）监控系统识别到轮对空转后，会按1/8的最大允许加速度对速度进行抑制，并以抑制后的速度参与控制，可避免监控系统因超速输出紧急制动。对此考虑对 LKJ-15C 型监控系统安全频率量输入（简称 sFi）软件空转识别功能进行优化，将空转识别退出系数由0.9调整为0.1。即优化前，当机车进入空转识别状态后，若检测到加速度降至0.9倍的最大允许加速度以下，便会退出空转识别状态，不会启动速度抑制机制；优化后，加速度需降至0.1倍最大允许加速度后，才会退出空转识别状态，提高了系统退出空转识别状态的门槛，理论上能够提升空转识别效果。3 试验验证为证明优化后的安全频率输入插件（简称 sFi 插件）软件能更准确识别轮对空转状态，更好适应重载电力机车的运输需求，选取1台安装 LKJ-15C 型监控系统的重载交流传动电力机车作为试验对象，在朔黄铁路肃宁北至黄骅港区间展开试验。由于 LKJ-15C 型监控系统采用双机热备冗余工作模式，拥有两套完全一样的设备，两系 sFi 插件同时工作，工作机发生故障时，系统自动切换到热备机。为验证软件优化效果，在系 sFi 插件中刷入优化后 sFi 软件，系sFi 插件使用原软件，并开展了正常轨面条件、恶劣轨面条件（对轨面洒润滑液体）的验证试验，观察牵引万吨时速度、加速度、空转状态等信息，对比优化前后的 sFi 软件，在加速度采集、空转状态触发是否存在差异。试验结果如下所示。3.1 正常轨面条件分析机车试验过程中的运行数据，得到以下结论。（1）双系 sFi 插件在相同时刻采集的速度、加速度信号基本吻合。检测到的加速度信号如图2和图3所示，两图分别为试验过程中某一相同时间段两系 sFi 软件检测到的加速度信号，可看出两者波形趋势一致。（2）试验过程中，由于轨面条件好，机车未发生空转现象，两系 sFi 软件均没有检测到轮对空转现象。运行与维护 Running and Maintenance 2023.6 今日制造与升级 1253.2 恶劣轨面条件在试验过程中，由于向轨面洒水，机车出现空转现象，分析机车试验过程中的运行数据，得到以下结论。（1）双系 sFi 插件在相同时刻采集的速度、加速度信号基本吻合，如图4、图5所示，为试验过程中某一相同时间段两系 sFi 软件检测到的加速度信号，可看出两者波形趋势一致。121116111106周期（个）10196918681767166615651464136312621161161加速度（km/h/s）4.543.532.521.510.50图4系SFI加速度曲线（优化后软件，恶劣轨面条件）1211161111061019691周期（个）8681767166615651464136312621161161加速度（km/h/s）4.543.532.521.510.50图5系SFI加速度曲线（优化前软件，恶劣轨面条件）（2）根据监控记录显示，本次试验过程中，优化后软件检测到10次空转现象，优化前软件未检测到空转现象。根据上诉试验，总结试验结果见表2。表2 验证试验结果序号路线轨面条件试验类型加速度、速度检测对比检测到空转次数1肃宁北-黄骅南正常数据采集机车正常行驶过程中，优化前后 SFI 软件在加速度、速度等数据的检测结果上基本一致优化前后均为 0 次肃宁北-黄骅港洒水机车空转过程中，优化前后SFI 软件在加速度、速度等数据的检测结果上基本一致优化前：0 次；优化后：10 次试验证明，优化前的 sFi 软件在空转识别方面的确存在不足，而优化后软件空转识别能力明显提高；同时，经过对比优化前后软件主要参数识别情况，优化后软件测速测距等识别相关功能正常。LKJ-15C 型监控系统识别到轮对空转后，按1/8的最大允许加速度对速度进行抑制，而不是直接采用发生空转的轮对转速计算的机车速度值参与控制，避免 LKJ-15C 型监控系统误认机车超速而输出紧急制动指令。因此，LKJ-15C 型监控系统空转识别能力提高后，机车因空转导致 LKJ-15C 型监控系统输出紧急制动的问题也得到有效解决。4 结束语通过对 LKJ-15C 型监控系统 sFi 软件的优化，提高了系统对空转现象的识别能力，有效解决了机车空转时LKJ-15C 型监控系统因未识别或晚识别出空转，误判机车超速而输出紧急制动指令的问题，保障了列车运行安全，提升了机车应对不良轮轨粘着运行条件的能力，也为后续重载电力机车 LKJ-15C 型监控系统的优化工作提供了参考。参考文献1 赵宏军.安全计算机技术在LKJ15型列车运行监控系统中的应用研究J.上海铁道科技，2017（4）：80-82.2 张颖.监控装置空转控制模式的分析J.内燃机车，2003（12）：55-58.作者简介周少游（1987），男，山西大同人，本科，工程师，主要从事铁道机车检修工作。145139133周期（个）加速度（km/h/s）1271211151091039791857973676155494337312519137132.521.510.50图2系SFI加速度曲线（优化后软件，正常轨面条件）145139133周期（个）加速度（km/h/s）1271211151091039791857973676155494337312519137132.521.510.50图3系SFI加速度曲线（优化前软件，正常轨面条件）