浅析铁道车辆管理中所应用的诊断技术

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摘 要：在社会资源流通日益频繁的今天，铁道车辆已经成为连通世界各地的主要交通形式之一，甚至在局域城市内部，也承担着社会居民日常出行的交通重任。可见，现阶段，不管是社会事业的整体建设，还是社会居民的日常生活，对铁道车辆交通都有着较强的刚需。另外，随着我国科学技术的不断发展，许多新技术和新备的产品被研发出来，其中诊断技术作为一种新型的技术，在检测机械设稳定性和可靠性方面发挥了重大的作用。本文基于铁道车辆安全运行的需求，对铁道车辆管理中所应用的诊断技术展开研究，以期为我国铁道交通事业的进一步发展有所帮助。

关键词：铁道车辆；交通事业；诊断技术；安全运行

21世纪以来，交通事业作为经济发展的支柱取得了斐然的建设成绩，为社会资源的流通提供了极大便利。尤其是铁道交通事业，凭借其安全、便捷、快速的特点，已被纳入我国公共交通事业的重点建设项目清单。同时期，我国开始使用红外线勘测技术来勘测铁路车辆的车轴温度，通过使用这种诊断技术可以大量的减轻工人工作的压力，同时还起到了预防事故的效果，在事故的处理方面节约了大量的资金。因此，鉴于我国铁道交通事业快速发展的势态，开展对其车辆管理中所应用的诊断技术的研究，是极具促进社会交通事业发展意义的。

1 铁道车辆管理中所应用的诊断技术概述

诊断勘测系统是我国铁道交通系统的重要组成部分，在铁道交通的日常维护流程中扮演着重要角色。长期以来，为满足铁道车辆的检测管理的需求，我国科研工作者已经研发出了各种各样的诊断技术，并在铁道交通领域取得了显著的应用成果。截止到目前，我国铁道车辆的诊断技术根据不同的诊断要求，可以划分为车辆自动化装置诊断技术和车辆状态诊断技术这两大类，详见图1铁道车辆诊断技术拓扑图。

铁道车辆自动化装置诊断技术是在保证车辆完整不被拆卸的情况下对车辆进行深入的检测的技术。这种自动化的检测技术的通用硬件装置一般都会出现在汽车维修厂中，并且作为维持车辆的技术状态中的一个重要的部分被使用。这种技术中有很多的巧妙的检测方法，比如可以通过对润滑剂包含的杂质的分析，对温度的勘测以及振动频率的研究来检测汽车轴承的状态，通过将各种数据信息相结合来断定轴承的运作是否正常，是否需要更替。定期对车辆进行自动化装置的检修，可以在不拆卸车辆的前提下，检测汽车的稳定程度，提升车辆线行驶过程中的安全指数，并保障各个部件的安全，保护其免收二次损伤。

铁道车辆状态诊断技术是对运行中的车辆进行状态诊断的技术，主要通过一些安装在列检所、区间或车上的勘测仪器来实现。如红外线轴温探测器，车輛超载、偏载自动检测，运用中车辆车轮缺陷故障的自动检查，车辆脱落件自动检查，制动抱闸故障检查，客车电气装置的诊断等。该项技术的应用几乎实现了铁道车辆基本状态的实时监测，保证了运行车辆在一个运行周期内的安全性。

2 铁道车辆所用诊断技术的设备简介

不同的铁道车辆诊断设备会被应用到不同的位置，其使用方式和诊断对象亦有不同。科研工作者根据诊断设备的安装位置和用途，将铁道车辆所用诊断技术的设备分为了三大类，分别是车体诊断器、部件专用诊断设备、综合性诊断设备，如图2铁道车辆诊断技术设备分类直观图。

2.1 车体诊断器

车体诊断器可以在车辆运行的过程中直接收集车辆相关的各项数据，来判断车辆运行的过程中是否存在问题和故障。通过车体断器，铁道车辆可以实现自动化的检测，这有利于保障整个铁道车辆的安全性能，大大的降低事故发生的概率。另外，车体诊断器综合了铁道车辆各项数据的“随机性”，通过长时间、不间断的搜集功能将铁道车辆运行过程中产生的各种数据整合起来，进而推算出满足铁道车辆正常运行的标准参数，这大大缩减了工作人员在后期检查过程中的工作量，保证了铁道车辆的运行效率。

2.2 部件专用诊断设备

部件专用诊断设备的检测对象非常具有针对性，可以具体到某一工作程序中的某一个环节或部件。比如使用红外线探测技术对轴温进行探测，对告高速运行中的列车的轮胎的损伤程度进行检测，对车辆超载和偏载情况的检测等等，都是针对部分零件和功能进行的检测。另外，一个特定的部件专用诊断设备在实际工作中有可能会被用于多种诊断技术的作业，但这并不妨碍其关于检测对象的专业性。

2.3 综合性诊断设备

综合性的诊断设备主要是对机车或者是动车的整体进行全面的、综合的检测。一般来讲，一台综合性的诊断机可以检测众多的零部件，检测范围极其广泛。例如，德国的某一台综合诊断机可以完成超过七百项的检测工作。

3 铁道车辆诊断技术应用的参考条件

3.1 经济成本条件

站在技术研发的角度来看，要对铁道车辆进行全面、真实、可行的检查，就需要付出较高的经济成本。因此，为了保障最终的经济效益，检测的范围要适当。诊断检测的核心内容之一就是对零部件运行状态的检查。但是，大多情况下这些部件损坏都是偶然的，具有很强的随机性，我们无法判断其损坏的时间和部位，这个时候就需要对整个铁道车辆进行诊断，但这种诊断在必要的情况下才会使用。比如对那些无法直接观察的部分进行诊断，还有对那些容易产生故障的零件进行诊断。现在技术诊断运用的具体项目在机械的保温车辆以及货运和客运车辆上。

另外，铁道车辆的零部件的运行功能、容量等指标需要在理想条件下才能实现，这就说明施加于这些零部件上的实际动载荷频率和寿命都带有统计误差，其实际情况很难被掌握。例如，铁道车辆车轴部分由于设计、生产、出厂、运行、使用频率等因素，其使用寿命的参考跨度很大，短则几个月，长则几十年。由此可见，铁道车辆零部件与电子器件不同，存在巨大的损耗故障，想要在各种限制因素的影响下达到设计使用寿命是很困难的。

因此，为控制铁道诊断技术应用的经济成本，相关部门应做好诊断技术使用条件的把控工作，具体有以下三种情况：

①在承担铁道车辆本体、载重体等安全责任的零部件上使用诊断技术；②在检查肉眼无法识别的故障时使用诊断技术；③在故障发生概率较高的零部件上采用诊断技术。

3.2 铁道车辆质量保证

铁道车辆诊断技术的另一个重要的应用参考点就是要保证铁道车辆的质量，这也是铁道车辆从研发，到设计，再到制造的根本。首先，铁道车辆在其研发阶段就应该改应用诊断技术，去分析其各个零部件发生故障的概率，以保证铁道车辆设计方案的合理性、可靠性。另外，关于铁道车辆的技术诊断工作，不仅仅是设计部门、制造部门的专属工作，也是检修部门所必需开展的工作。所以，考虑到铁道车辆诊断技术的工作开展的覆盖性，整个铁道系统都应该积极展开关于诊断技术参数和硬件设备的综合研究，具体研究方向有参数公差、设备间隙、零部件磨损量、转轴温度的升降等。并且，对以上诊断技术节点的研究越深入，则铁道车辆的整体质量越高。

4 常用铁道车辆诊断技术的动力学模型分析

常规来讲，铁道车辆诊断技术的相关检测工作，必定离不开动力学模型的应用。由于铁道列车是一个庞大的机械运转集合体，现本文特意选取具有代表性的铁道车辆下盘-铁道铁轨安全运行的诊断方法进行说明。

4.1 分析模型三维坐标系的建立

在进行铁道车辆安全运行诊断时，铁道车辆在与运行铁轨的脱离临界点是科研工作者必须考虑的因素。当铁道车辆处在脱轨临界点时，其车轮的横移量和摇头角度都达到峰值，会出现车轮边缘和铁轨踏面相接触的情况跟。所以，要想准确的分析出上述临界接触点的非线性参数关系，就需要对接触的轮轨部件建立诊断研究专用的三维坐标系。特别说明，被用于脱轨临界点研究的三维坐标系共有三个，分别是左右对称的轮轨接触点和处于中间位置的车轴平衡点，具體如图1所示。其中，以轨道中心线的中点为O，以轨道中心线垂直方向为X轴，以轨道中心线延伸方向为Y轴，轨道主题坐标系记作O-XYZ，则三个三维坐标系极其研究参数命名如图3所示。

4.2 从空间坐标系到数据矩阵的转换

由上述建立的轮轨接触研究坐标系可知，从左、右轮轨接触坐标系到轨道坐标系的坐标转换矩阵可表示为：

其中，ψ为轮对的摇头角度；Φ为轮对相对于轨道坐标系的侧滚角；δi为左、右轮轨接触角，i=R表示右轮，此时k=l，i=L表示左轮，此时k=2。当轮轨三维空间坐标系建立完成，且三维空间坐标转换为数据矩阵完成时，也就基本实现了诊断技术设备对铁道车辆特定部位各项研究数据的记录与导入，接下来依靠电子设备的精密计算即可实现对诊断对象的分析。

5 结语

铁道车辆交通事业的建设对我国经济发展的重要性已不言而喻，而铁道车辆的质量保障对铁道车辆正常运行的重要性更是举足轻重。换言之，只有保证铁道车辆安全、稳定的运行，才能促进经济的发展。目前，诊断技术已经被应用到了众多工业生产领域，尤其在铁道车辆管理中的应用，不仅节约了大量的设备检修资金，还保证了铁道车辆的运行质量。本文从诊断技术分类、诊断技术设备、诊断技术建模三个方向对铁道车辆应用的诊断技术做了详细说明，如有不足之处，还望广大学者加以指正。

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