轨道PHM综述 | 铁路道岔转辙机故障诊断: 综述与挑战

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最近好几个群友问有没有做轨道PHM，的确做这个方向的很少，能拿到轨道项目的就北交、西南交大等几个高校。本期给大家推荐一篇北交唐涛老师课题组针对轨道的PHM综述。

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论文基本信息

论文题目：Data-driven technology of fault diagnosis in railway point machines: review and challenges

论文期刊：Transportation Safety and Environment

Doi：https://doi.org/10.1093/tse/tdac036

作者：Xiaoxi Hu (1,2,*), YuanCao (3), TaoTang (1,2) and Yongkui Sun (2)

机构：

1 State Key Laboratory of Rail Traffic Control and Safety, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China;

2 School of Electronic and Information Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China;

3 National Engineering Research Center of Rail Transportation Operation Control System, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China.

∗ Corresponding author. E-mail: 18111050@bjtu.edu.cn

作者简介：唐涛，男，北京交通大学教授，博导，国家级重点学科“交通信息工程及控制”学科带头人，国家重点实验室“先进轨道交通自主运行全国重点实验室”首席科学家，北京市开放实验室“城市轨道交通自动化与控制实验室”主任，教育部自动化专业教学指导委员会委员、中国铁道学会理事。已发表期刊论文200余篇；谷歌学术被引超3000次。获得授权发明专利9项，制定国家标准2项、行业标准14项，出版专著5部。先后获国家科技进步奖二等奖2项、省部级一等奖4项，获铁路行业詹天佑铁道科学技术奖成就奖。长期从事于轨道交通智能自主列车控制系统研究。

摘要

转辙机是铁路道岔转换系统的执行设备，转辙机行为的安全可靠直接关系列车行径方向的改变。因此，需要在转辙机上尽可能部署各种传感器，以监测其行为，对转辙机进行状态监测。本文首先分析和总结了铁路转辙机的六大的需求与特征，回顾了过去十年用于转辙机故障诊断的数据驱动算法。根据铁路转辙机的需求与特性和现有研究进展，指出了八个具有挑战性的问题和有前景的研究方向。为机电/机械设备故障诊断提供新的工业应用领域与方向。

关键词：故障诊断；道岔；转辙机

1 引言

铁路道岔转换系统（如图1所示）是铁路基础设施的安全相关组成部分，通过移动道岔尖轨（和可动心轨）直接引导列车从一条轨道切换到另一条。作为铁路道岔转换系统中的执行器，显得尤为关键，因为它影响着铁路运输的安全性和效率。然而，由于其结构复杂、类型繁多以及工作环境恶劣，意外故障偶尔会发生，这可能导致事故甚至事故和人员伤亡。因此，铁路运营部门在日常工作中不得不面对许多复杂的故障诊断和诊断问题。此外，维修人员也需要及时处理这些故障。同时，铁路运营部门在安全与成本之间进行权衡时更倾向于安全。目前，运维部门对转辙机进行定期维护，导致一些单元进行过度维护，而其他单元则缺乏保养。因此，在转辙机中进行故障诊断是一个非常重要的问题，并且逐渐成为铁路领域的研究重点。

编辑：李正平

校核：王畅、陈凯歌、赵栓栓、董浩杰、曹希铭

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来源：故障诊断与python学习

故障诊断助手(含轴承、齿轮、电机、皮带故障诊断)

现场诊断时，轴承、齿轮、电机和皮带是经常诊断的对象。好的工具可以大大提高效率，为此成都卓微科技有限公司开发了集成的诊断工具箱“小卓诊断助手”成都卓微科技有限公司（卓微科技）致力于设备健康管理系统的关键器件和核心软件研发。卓微科技的核心团队在传感器领域、设备状态监测软件开发和应用方面具有丰富经验。欢迎反馈使用过程中的问题、改进建议。目录1 轴承诊断助手2 齿轮诊断助手3 电机诊断助手4 皮带诊断助手1 轴承诊断助手“小卓轴承诊断助手“可查询数万个轴承型号故障频率，选择轴承型号和品牌，选择旋转方式：内圈旋转或外圈旋转，输入转速，即可得出轴承内圈、外圈、滚动体和保持架的故障频率。下面以NSK6228轴承为例进行查询对于非标轴承、软件里未录入的型号：切换至轴承计算页面，选择旋转方式，输入轴承的节圆直径、滚动体直径、接触角、滚子数和转速，可计算出轴承内圈、外圈、滚动体和保持架的故障频率。对于不多见的内圈、外圈都旋转的工况，也可在这里计算。 2 齿轮诊断助手“小卓齿轮诊断助手“可查询齿轮和轴承故障频率，输入齿数、行星轮数量，选择行星轮轴承型号和品牌，“小卓齿轮诊断助手”就可以计算出行星轮系太阳轮转频、行星轮自转频率、齿轮啮合频率、行星架转频和齿圈转频行星轮轴承的内圈、外圈、滚动体和保持架的故障频率。欢迎上传行星轮齿轮箱型号，有红包，比上传轴承型号更大的红包......红包大小与轴承和齿轮箱的体积成正比！差动轮系的计算：“-”号表示旋转方向相反；对于多级行星传动，自行级联即可。3 电机诊断助手电动机的种类很多，包括交流同步电动机、交流异步电动机、直流电动机等，其中由于交流异步电动机结构简单、维护容易、运行可靠、价格便宜，并且具有较好的稳态和动态特征，因此，它是工业中使用最广泛的一种电动机。交流异步电机（也包括其它种类的电机）的监（检）测方法，主流的方法包括振动、温度、噪声，电参数等。振动是其中重要的一种方法，其原理是通过测量电磁相互作用产生的电磁力变化来测量相关的故障。在用振动法进行交流异步电动机相关故障时，第一步要计算相关的特征频率。4 皮带诊断助手皮带传动是机械设备中常见的一种传动方式，在工业现场大量应用。皮带传动按传动原理主要分为：摩擦带传动：靠传动带与带轮间的摩擦力实现传动；典型的如V带传动。啮合带传动：靠带内侧齿与带轮外缘上的齿槽相啮合实现传动；如同步带（齿形皮带）传动。皮带传动中的各种故障，如磨损、松动、皮带不匹配、多根皮带张力不均、皮带或皮带轮不对中、皮带轮偏心、皮带共振等，会带来传动过程中动力学特征的改变，从而导致振动信号的变化，特别是会引起相关特征频率的信号变化。因此，通过监测与分析皮带传动过程中的振动信号能有效监测皮带传动系统中的各种机械故障。而皮带传动振动信号分析的第一步就是对皮带的各种相关的特征频率计算。链传动兼具有皮带传动和齿轮传动的特征，同样可以通过振动信号的监测与分析方法进行机械故障的监测与诊断。“小卓皮带诊断助手”微信小程序，包含了普通皮带（平皮带、V型带和圆皮带）、正时皮带（也叫齿形带，同步带）、链轮的故障频率计算。来源：故障诊断与python学习