基于物联网的分动外锁闭道岔智能油润装置.pdf

第29卷第3期2023 年 7 月Vol.29 No.3July 2023铁道运营技术Railway Operation Technology摘要：为解决现有的道岔注油技术效率低下及油量浪费等问题，研发了一种基于物联网的分动外锁闭道岔智能油润装置。运用物联网技术、智能注油技术以及智能节油技术完成道岔转换的涂油工作，实现智能润油。通过试验对比分析，相比较人工涂油和机械涂油，智能油润装置可有效降低运营和设备维护成本，大幅提高人工上道作业和巡检的效率。关键词：外锁闭；道岔；智能油润；物联网中图分类号：U284.7文献标识码：A文章编号：1006-8686（2023）03-046-3曹峰基于物联网的分动外锁闭道岔智能油润装置（南京铁道职业技术学院轨道交通工程实践中心，工程师，江苏南京210031）10.13572/ki.tdyy.2023.03.013Abstract：In order to solve the problems of low efficiency and waste of oil in the existing switch oiling technology,anintelligent oiling device for the external-locked switch based on Internet of Things is developed.The device uses the Internet of Things technology,intelligent oiling injection technology and intelligent oiling saving technology to complete the oiling operations of switch conversion,and realize intelligent oiling.Compared with manual oiling and mechanical oiling,the intelligent oiling device can effectively reduce thecost of operation and equipment maintenance,and greatly improve the efficiency of manual operation andinspection.Key words：external-locked;switch;intelligent oiling;internet of thingsCAO FengIntelligent Oiling Device for The External-locked SwitchBased on Internet of Things（Nanjing Vocational Institute of Railway Technology,Rail Transit Engineering Practice Center,Engineer,Nanjing Jiangsu,210031,China)0引言道岔作为一种线路的关键设备，其工况关乎列车能否快速安全的运行。分动外锁闭道岔的锁闭和解锁是通过锁闭杆推、拉锁钩，使锁钩锁住或脱离锁闭铁实现的1。尖轨与道岔滑床板之间为滑动摩擦，如缺少润滑，则摩擦增大，进而会影响道岔的正常转换。因此，需要通过在滑床板涂油的方式减小摩擦阻力，确保外锁闭道岔能够灵活转换2。分动外锁闭道岔的油润需求与天气环境和使用频率等因素密切相关，为此，工作人员需要经常上道进行涂油作业，以保证外锁闭道岔的润滑。但是，“天窗点”外的道岔注油作业对工作人员的生命安全构成了极大的威胁。如将其放置于“天窗点”，则会占用“天窗”的大部分时间，对其他信号设备的正常维护构成严重影响3。为减少上道涂油次数，工作人员常常加大注油量，造成油品浪费。为此设计了一种基于物联网的分动外锁闭道岔智能油润装置，不仅可以满足道岔油润的实时性要求，解决了人工频繁上道作业的问题，还能实现对道基金项目：教育部高铁安全协同创新中心，江苏省高铁安全工程技术研究开发中心.铁路信号集中监测仿真实训平台.GTAQ2021004.46岔润滑状态的实时监测和智能控制，极大地提高了道岔工作的可靠性。1基于物联网的智能油润装置设计智能油润装置替代人工涂油作业，同时具备气象监控、大数据采集、分析、智能物联、智能运维等控制功能。该装置主要由基于物联网的道岔智能运维系统、外部注油系统（智能注油技术）、雾化喷油装置（智能节油技术）三大核心部分组成。1.1基于物联网的道岔智能运维系统为保障油润装置的安全运行，提升维护效率，基于互通互联和大数据分析的思想、结合物联网、人工智能、大数据、云计算等现代信息技术手段4，构建了基于物联网的道岔智能运维系统，系统的框架如图1所示。该系统由泛在感知层、中间层和应用层共同构成。图1基于物联网的道岔智能运维系统框架（1）泛在感知层。作为基于物联网的道岔智能运维系统的基础数据采集层，负责对现场环境和底层实体设备的状态进行分析。通过建立覆盖感知系统，可以将装置的采集设备和数据格式进行整合，降低设备检修、备品备件的管理费用，为以后的数据分析、信息共享提供了必要的基础。（2）中间层。建立在泛在感知层之上，是以大数据分析、云平台计算为基础。在数据积累方面，则是统一数据积累的标准和定义，包含统一的管理数据、维护数据、运营数据等数据的统一定义和储存，为运用大数据技术发掘数据的价值打下了坚实的基础。在算法模型积累方面，着重于分析处理、模型和算法的积累，其中包含了维护算法和模型的建立。运维算法可以实现对道岔油润设备状态的诊断、预测和寿命预测，甚至完成健康评价等多方面功能，提高了运行效率。（3）应用层。按照“万物互联”的思想，以内部资料与运算法则为基础，以服务的形式呈现智慧维护体系的有效分享。系统的应用层主要由运维基础管理、业务模块和可视化入口三部分组成。在这些功能中，运维的基本模块主要是与运维现场有关的主要有：工具系统、智能巡检、操作人员行为的剖析、维修指南及智能作业计划；以业务为中心的应用系统主要包含设备状态监测，智能故障诊断，关键设备状态的解析；可视化门户包括操作全景，智能人机交互，手机终端的展示。利用多源信息的整合，进行问题的联合剖析和处理，实时跟踪管理信息，精确管理设备健康，智能调配资源。通过道岔智能运维系统，在监控数据出现不正常的情况下，将会发出报警信号，并将该装置的历史故障信息和有关部件实时状态相结合，通过对装置运行的趋势进行预测，生成动态变化趋势图，从而对装置的运行情况进行判定，为维护管理的员工优化维修计划、确定维修项目提供支持，具体的智能运维系统逻辑框架如图2所示。图2道岔智能运维系统逻辑框架图基于物联网的道岔智能运维系统实现了无线传输、自动化、高精度、实时采集数据、分析和预警等功能，大幅提高了人工上道作业和巡检的效率，降低了运营和设备维护的成本。1.2外部注油系统外部注油系统采用智能注油技术，智能注油技术对当前环境信息进行采集，计算油品、温度、湿度、挥发性公式，结合全国各大铁路集团有限公司的道岔油润的经验值，建立多目标的数学模型，通过遗传算法来建立理论可行的方案，同时设备将不断根据传感器采集的环境数据，通过道岔动作电流大小来判断油润的效果，多轮计算优化，与历史数据进行对比分析，得出最适合当前环境的自适应方案。智能注油技术计算逻辑全过程如图3所示。图3智能注油技术计算逻辑全过程基于物联网的分动外锁闭道岔智能油润装置47第29卷第3期2023 年 7 月Vol.29 No.3July 2023铁道运营技术Railway Operation Technology1.3雾化喷油装置雾化喷油装置采用智能节油技术，分别对油品和油润方式进行了设计，具体如下：（1）对油品进行了设计。用机油、煤油、石墨粉按10:1:1比例进行混合，这一新型油品直接降低了摩擦系数，提高了道岔使用寿命，对环境造成污染小。（2）提出了油气碰撞，雾化喷油，智能逻辑的油润方式。本装置在两相流喷嘴的基础上进行创新，采用特制的喷嘴完成雾化喷油嘴的安装调试。内圈的喷雾设计原理如图4所示。其中，面板上的喷雾孔经过特别设计，当润滑油流入细管时，油的流速变大，再经过出油面板上的内侧不平整和类似三叉管的气体开口时，水流与空气充分混合碰撞，达到雾化效果。雾状油面积很大，可以达到均匀覆盖滑床板的目的，从而达到节能增效的作用。同时，针对日常维护中列车驶过导致滑床板出现杂物或灰尘过多的问题，增加了特定的截断阀，此外，通过环境数据采集，如若判断目前处于雨雪等恶劣天气情况，则根据滑床板上传感器反馈监控情况，以先喷气清除积水、积雪，后喷油润滑道岔的方式，不仅破解雨雪天道岔油润难题，还可以节约高达50%的油量。图4雾化结构示意图2试验对比分析以双机外锁闭道岔为实例。目前，一组道岔人工涂油所需要的平均时长大约为0.1h-0.5h不等。同时，现有的机械式道岔润滑设备，由于其工作原理单一，且不具备注油时间及供油实时调控的能力，不能涵盖外锁闭道岔全部的机械零件。智能油润装置通过采集道岔的位置信息、转换信息以及气象信息等各类因素进行综合运算，实现智能油润。人工涂油、机械涂油、智能油润对比分析见表1。表1人工涂油、机械涂油、智能油润对比分析表油润方式人工油润机械油润时效分析不能满足实时性要求满足实时性要求，但精确性不高油润效果机械部位全覆盖，油润效果均衡不能覆盖所有机械部位，油润效果不均衡安全风险与行车冲突，存在较大的人身安全风险机械结构与道岔锁闭装置接触，存在引发摩卡故障的风险环境影响对道床造成一定的污染对道床造成严重污染智能油润满足实时性要求，且精确性高机械部位全覆盖，油润效果精准、适量自主动作进行油润，对转辙机机械动作无影响，安全性高对道床污染较小以班组作业2km内的十组道岔为例，横向对比三种油润方式，对比结果如表2所示。通过对比分析可得，智能油润装置在时间、效果、安全、环境、成本等五个方面都更优。表2人工涂油、机械涂油、智能油润成本对比分析表油润方式人工油润机械油润智能油润维护效果易过多且不及时易过多或过少精准、及时、适量人员需求8人/天4人/周1人/周作业时间840分钟/周40分钟/周10分钟/周是否占用天窗是否否是否状态修否否是成本需要大量人力成本设备维护成本高，易损坏设备维护成本低，使用寿命长3结束语基于物联网的分动外锁闭道岔智能油润装置的开发，不仅能有效的减小道岔转换时的阻力，解决了道岔卡阻故障，而且降低了润滑油的消耗、大幅降低道岔维护工作量。同时，本研究实现了城市轨道交通与高速铁路的道岔润滑状态的实时监测、智能控制以及预警等功能，探索借助物联网技术实现自动控制设备替代部分人工进行设备维护作业的可行性，对于轨道交通设备智能维护发展有着深远的意义。参考文献1 薄宜勇,杨华.分动外锁闭道岔智能油润装置的设计 J.铁道通信信号,2021,57(02):30-32.2 黄正红.简谈外锁闭道岔及电液转辙机的维护检修 J.铁路通信信号工程技术,2019,16(07):86-88.3 付少纯,杨宇.道岔外锁机械式自动注油装置的研制和应用 J.铁道通信信号,2019,55(07):25-26.4 张献恒.基于物联网的轨道交通安全监测系统 J.建筑技术开发,2021,48(14):148-150.5 李然,谭大为.道岔外锁闭自动加油装置的研究 J.中国新技术新产品,2019,(22):4-6.6 乔治.采用道岔外锁闭自动注油装置的优势 J.科技与创新,2015(10):1-2.7 刘志方.遗传学算法在船舶航线自适应控制器中的应用J.舰船科学技术,2017,39(14):22-24.8 牛涛,张辉.城市轨道交通智能运维系统方案研究 J.铁道运输与经济,2022,44(04):99-105.9 康有余,王伟华,董言治,王波,朱长红.基于物联网技术的智慧地铁系统设计 J.物联网技术,2021,11(10):103-107.48