监测数据背景下高铁车抽及制动管性能分析

刘澍

长春轨道客车股份有限公司  吉林省长春市  130000

摘要：我国高速铁路建设逐渐完善，高速铁路核心技术是保障高速列车行车安全的关键。高铁中车轴及制动管是至关重要的设备，车轴及制动系统性能关系到车辆的稳定运行，传统的故障及性能状态判断已经不符合现代高铁技术的发展实际，采用数据监测的方式通过分析数据判断车轴是否出现性能问题或老化，通过数据研究确定制动管的性能情况，进而采取针对性的措施，有助于保障我国高铁朝着稳定、绿色、智能的方向发展。本文首先对通过监测数据判断车轴性能进行了分析，对依靠数据分析制动管性能进行了阐述，旨在保证高铁的稳定运行。

关键词：监测数据；高铁车辆；制动管；性能分析

高铁是指时速超过200km的铁路列车，自2008年行驶于北京天津之间的城际列车通车运营，我国就迈入了“高铁时代”，2016年底，全国铁路营业里程达到12.4万公里，高速铁路2.2万公里，居世界第一，高速铁路成为“中国制造”的新名片。我国高铁以崭新的姿态站在世界前列，高铁技术发展迅速。但是我们也看到高速列车的安全问题不容忽视，无论国内还是国外，高速列车因故障导致交通事故也有很多案例，高铁运行中存在信号报错的问题，为了保证高速列车的正常运作，就要注意关键部件的安全运行，现阶段都是通过监测列车运行及相关数据，确定设备是否存在老化或故障，提供预警标志，进而保障高速铁路列车的备的安全运行。

1.监测数据下的车轴性能判断

车轴是高速列车的主要机械部件，其性能决定了列车运行的安全，监测高速列车上机械或电器的输出数据是十分有必要的，很多数据之间是存在关联的，可以反映出设备的运行情况，如果设备性能存在问题就会从数据上现实出来。因此，我们要研究车轴的性能，就可以通过分析与车轴相关的数据项，对比数据分析车轴的性能情况。观察分析找出与车轴关联度较高的数据项，尤其是车轴温度数据，车轴经过长期高温下运行会影响其金属结构和性能，在分析温度数据要结合多种数据进行分析。

高速列车的车速对车轴温度会产生较大的影响，环境温度也有一定的影响，车辆载重也存在影响但是较小。为了完整分析车轴温度数据，提取列车运行一段时间后的车轴温度数据，对轴温即将达到热平衡时的一段数据进行分析。经过分析可知，启动阶段列车速度与车轴温度关联密切，在制动阶段这种关联性达到最大值，运行平稳阶段主要是环境温度影响明显，制动阶段环境温度与轴温的关联度也最大，与车速与轴温的关联度一样，启动段与平稳运行段载重与轴温数据的关联度为0，制动段载重与轴温出现了负相联，说明载重变化趋势与车轴温度变化呈相反变化。

高速列车在运行时，车轴温度变化比车速车速变化相对滞后，在即将达到热平衡时，车轴温度不会随着列车运行剧烈上升，车轴温度在列车开始运行阶段受到车速，环境温度及载重的影响较小，列车在开始运行到达到轴温热平衡时，该段时间内的车轴温度上升段的轴温数据作为判断车轴老化状态分析的研究对象。

高铁车抽温度数据主要是由温度传感器收集而来，将其传送至中央信号处理单元，通过通信设备传送至后台数据库，将采集道德车抽温度数据绘制成曲线图，观察数据变化发现列车启动后轴温变化显著，数据监测选取从启动到轴温达到热平衡段因为干扰因素较少。列车运行时车轴温度上升段斜率比较一致，通过数据上升速率也可以观测车轴老化及性能变化的情况。

车轴温度是依靠传感器收集受外界噪声干扰，因此，要对数据进行降噪处理，通过统计计算分析车轴相关参数，必须分析列车运行期间的温度数据才有效，高铁频繁进出站，出站时加速启动，进站时减速，分析车轴温度数据不能简单计算从列车运行到轴温的热平衡时温度变化差值，要计算各个温度上升区间的温升速率的总体均值，这样符合高铁运行实际。通过数据监测的方式分析车轴老化的情况，可以为高铁维护及故障预警带来依据，不能仅依靠人工经验判断，维护更换要具有预见性。

2.监测数据下的制动管性能分析

高铁制动装置可以分为四类，一种是手动制动机，通过手轮转动方向与手力大小来操作制动机，这种制动系统动作较为缓慢，且制动力较弱，不便于直接操纵，因此逐渐被淘汰。第二种是真空制动机，以大气为原动力，改变“真空度”作为制动动力，大气压强也有限，绝对真空难以达到，需要较大的制动缸和制动管，后期逐渐朝着空气制动过渡。第三种是直通式空气制动机，压缩空气贮存在风缸中，司机操纵制动阀，将风缸中的压缩空气通过制动管送入机车的制动缸实现制动，制动缸中的压缩空气排出实现缓解，但不适合于较长的列车。第四种是电空制动机，列车在用空气制动系统基础上加入电磁阀，在制动机的电控故障时，仍可实行“气控”，列车编组很长时，空气制动不能满足要求，采用电空制动可明显改善前后制动与缓解作用的一致性，适合于高铁。

目前高铁中空气制动不可缺少，高速列车运行速度比较快，单一一种制动方式不可以满足列车制动，需要几种制动方式进行搭配使用，从而保证列车安全运行。高速列车制动管压力数据是判定其制动系统性能的关键数据，高铁传感器精度收到外界因素的影响，制动管压力数据需要降噪处理，停车段制动管压力数据变化比较规律，基本在8到10 kPa之间，从细节分析，与车轴温度数据还存在一些差异，制动管压力数据高频噪声较少，整体趋势有局部下降，出现了平台。

制动系统出现不同的问题时数据也呈现不同的特点，分析制动管的压力值可以判断其性能水平和故障情况。制动管泄漏故障是由于制动管破裂造成的，制动管破裂后，制动管压力数据的上升段曲线会变得斜率变小，上升时间加长，上升变化值不变。制动管缓解不畅问题是由于空气阀故障，制动管内压力异常，制动管压力数据下降段出现异常，下降时间要比正常运行时要长。制动管超负荷充气问题，体现在制动管内压力超过正常值，制动管压力上升变化值远远大于正常状态时的制动管压力上升变化值。

高铁制动管压力数据的监测和分析可以为制动管性能分析提供基础数据，停车阶段制动管压力数据变化均匀，列车运行后由于频繁制动会造成制动管压力数据变化异常，没有规律科研，分析制动管压力数据可以及时发现制动管的异常，评估制动管的性能状态，进而为制动管的维修维护提供预警。

结语：现代高铁运行需要数据信号传输提供动力，监测高铁运行各类数据对于高铁稳定运行至关重要，车轴和制动作为高铁的关键设备，分析其性能对于列车安全运行具有现实的意义。针对车轴要分析轴温数据变化及趋势，制动管要分析压力数值的变化，进而确定老化系数及故障系数，具体情况要根据车轴型号和列车线路而定，需要多年数据作为支撑，本文提出的车轴老化分析以及制动管故障状态判定方法可以用于高铁故障预警系统中。

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