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【技术贴】基于声振实时监测与物联网的运维服务系统

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基于声振实时监测与物联网的运维服务系统


“预测设备剩余寿命,乘客舒适性监测,识别噪声异常,落实最优的运维政策;都可以通过远程单击鼠标实时实现”


传统的非实时监测的运维方式因其成本高昂与要求苛刻一直以来为轨道交通行业所诟病。对运维策略的重新思考与定义迫在眉睫。采取更为主动有效的方式,通过对设备状态在任意给定时间的实际状态的监测对设备进行“维护”,而不是忽略具体车辆情况,按部就班的维护服务计划。

以一个轴承运维项目为例,某运营商的车轴轴承L10的预期寿命(百分之90的轴承可以达到或超过预期寿命)为15~18万英里,但默认的维护方式是在一半寿命里程时就将其更换。由于设备失效与设备运营里程数并非线性关系,在里程数达到L10的一半时,轴承预期失效率为3.6%。尽管较早地更换轴承对运行可靠性的提升有一定帮助,但并没有完全排除设备失效的可能性。轴承恶劣的工作环境、车轮损伤(扁疤、多边形磨耗、踏面损伤等)和阻尼器失效等原因都会以不可预测的方式缩短其寿命。

异常的轮轨相互作用会导致车辆系统出现如波磨、轨道接头区病害、扁疤,啸叫噪声等问题。异常轮轨相互作用产生的成因主要有:(a)车辆与轨道耦合;(b)列车通过钢轨接头时产生的接触力;(c)接触斑与钢轨响应引起轨道系统部件失效。如果没有较早地识别、分析其特征,将会对铁路设备造成严重的磨耗与损伤,在一些情况下甚至会造成灾难性的后果。

因此有必要向基于状态监测的转向架维护措施发展,这种趋势监测带来的经济效益更加显著。然而,这种安全的延长维护与全面检修周期的能力与信心需要结合精确地磨耗率与失效发展的实测信息。

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图 1 轮轨接触状态示意图

近年来,随着信息传输技术与无线网络基础建设的发展以及轨道交通领域运用的声学与动力学的进步;建立一个操作简易、智能、无需单独供电且可由无线网络连接进行实时监测的完全嵌入式产品逐渐成为可能。

VIBRATEC、VAPERAIL、KEOLIS与 LaMCos公司的一批相关领域的权威专家在AMI ADEME « FER15 »的资助与监管下,开发了一款完全带有能量采集能力的自动的系统。该系统基于无线网络可以对所有关注的振动与噪声现象进行测量,并实现信号处理与数据传输;所有功能均可以通过远程鼠标控制实时完成!

MaViCo项目致力于识别、定位与检测不同的缺陷包括波磨、轨道接头区病害、扁疤与啸叫噪声。可对系统监测的结构或系统的状态进行实时监控,分析与传输数据,且可以通过回收振动能量为其供能(不需要额外提供电源)。

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图 2 运维设备运行原理简图

振动与声学信号提供了运行车辆及轨道的信息,可以通过实时分析采集数据以监测磨耗、预防失效。MaViCo的目标是运用MEMS传感器,集成处理器与无线传输系统的方式,改进运维策略,避免维护过程中的时间与经费浪费。

MaViCo可以通过早期的磨耗监测与优化维护计划来降低维护成本。运用该系统,可以更加高效地计划如钢轨焊接与打磨、车轮旋修或道砟捣实均等工作。该系统所得数据还可以作为预测轨道设备实际寿命模型中有表性的载荷数据,使得运营商对设备生命周期中的剩余寿命预测更为准确。

在世界范围内已经安装了较多的基于设备状态监控系统的案例,包括庞巴迪class 171 Turbostar 动车组,由Southern在伦敦南部不供电线路上运行,澳大利亚Metro Trains Melbourne(MTM),计划在他们超过两千辆列车上安装监测系统,目标为至少延长其轴承原有寿命40%的里程。尽管这些运营商没有直接运用MaViCo系统,但他们使用的系统都有该设计理念,因此MaViCo项目朝运营商所需的期望方向开展。

列车的维护方式在近年来经历了天翻地覆般地变化,希望将来MaViCo系统可以被更多的客户接受,使得轨道设备维护措施更加有效。

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