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淺析電力機車(chē)在車(chē)檢測的現狀和改進(jìn)建議
論文關(guān)鍵詞：機車(chē) 在車(chē)測試 測試原理 測試設備 改進(jìn)
論文摘要：對電力機車(chē)不解體檢測的部件、測試原理、測試方法和測試設備進(jìn)行了綜述，分析目前在車(chē)檢測中存在的問(wèn)題，并提出了相應的改進(jìn)建議。
電力機車(chē)是鐵路動(dòng)力中效率高、污染小的主要牽引動(dòng)力。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，機車(chē)的部件測試由原來(lái)的定期檢修下車(chē)才能測試發(fā)展到一些部件日常不用下車(chē)在車(chē)就能測試。在車(chē)測試幾乎包含了電力機車(chē)所有重要部件，這些部件通過(guò)專(zhuān)用設備儀器，實(shí)現了測試并能預報部件的狀態(tài)。在車(chē)測試不僅能提早發(fā)現機車(chē)故障，保證行車(chē)安全，而且可以針對性的對部件進(jìn)行檢修，在降低檢修作業(yè)勞動(dòng)強度，節省檢修方面有很重要的作用。在機構設置上一些局段設置了專(zhuān)門(mén)的檢測機構。本文主要對電力機車(chē)在車(chē)檢測項目現狀進(jìn)行綜述并提出幾點(diǎn)建議。
1電器部件檢測
1．1受電弓性能檢測
受電弓是受流部件，其性能對受電弓與接觸網(wǎng)狀態(tài)的影響有兩方面，其一是受流質(zhì)量，其二是網(wǎng)和弓的磨損。其檢測的參數包括上升下降壓力、同一高度壓力差和升降弓時(shí)間。
檢測場(chǎng)地為整備線(xiàn)或檢修庫內。
檢測手段現有兩種：一種方法是用便攜式儀器人工檢測；另一種方法為自動(dòng)檢測。便攜式儀器一般由兩部分組成，平臺部分和主機部分。平臺部分用于測試，檢測時(shí)置于受電弓弓頭下方，帶有掛鉤的鋼絲繩掛在受電弓上框架橫桿上。受電弓開(kāi)關(guān)合上后，鋼絲繩隨受電弓動(dòng)作設置在平臺內的壓力傳感器和計數器開(kāi)始檢測。主機部分用于對實(shí)時(shí)數據進(jìn)行計算、存儲、顯示和打印。平臺和主機之間用電纜相連接。因生產(chǎn)廠(chǎng)家不同，便攜式受電弓檢測儀有自備電源和采用機車(chē)電源兩種。自動(dòng)檢測裝置置于入庫軌道上的檢測棚內，檢測機構安裝在檢測棚內支架上。機車(chē)通過(guò)時(shí)．系統利用對攝人圖像進(jìn)行處理、拼接、遠程傳輸、控制和多屏幕視頻回放等實(shí)現對車(chē)頂及受電弓狀態(tài)進(jìn)行不停車(chē)綜合檢測。目前大多數機務(wù)段采用便攜式儀器檢測，其特點(diǎn)為靈活，但效率受各種因素影響較大，如整備時(shí)間、各工種交叉作業(yè)人數、機車(chē)是否斷電等。自動(dòng)檢測投入高，效率也高。
受電弓的檢測周期各局各段根據自己情況制定。有臺臺檢測，也有90天一個(gè)周期的。檢測主要性能指標也反映了受電弓的狀態(tài)，如關(guān)節缺油、調節閥發(fā)生變化等。
1．2主斷路器性能檢測
對于主斷路器性能檢測空氣斷路器和真空斷路器有所區別：對空氣斷路器主要測試合閘時(shí)間、分閘時(shí)間和分閘延時(shí)時(shí)間等；對真空斷路器主要測試合閘、分閘時(shí)間。
檢測場(chǎng)地為整備線(xiàn)或檢修庫內。
檢測時(shí)依靠主斷路器觸頭開(kāi)閉動(dòng)作信號給計時(shí)機構發(fā)出觸發(fā)信號進(jìn)行計時(shí)。目前有采用嵌入式微機系統作為中央控制單元，采用觸摸屏和全漢化人機操作界面進(jìn)行操作的儀器；也有采用單片機的儀器，用按鈕進(jìn)行操作。根據要求現在生產(chǎn)的設備均有聯(lián)網(wǎng)功能。同樣便攜式設備分自帶電源和采用機車(chē)電源兩種。
從近幾年的檢測情況看，空氣主斷路器運行中存在分閘延遲時(shí)間變長(cháng)等情況，通過(guò)更換延時(shí)閥可以解決；真空斷路器測試時(shí)發(fā)現的問(wèn)題，主要是國產(chǎn)真空泡問(wèn)題引起的。
1．3電力機車(chē)變壓器油氣相色譜分析檢測
氣相色譜分析是判斷變壓器潛伏故障的有效手段之一。正常情況下，充油電器設備內的絕緣油及有機絕緣，在熱和電的作用下會(huì )逐漸老化和分解，產(chǎn)生少量的各種低分子烴類(lèi)及CO，CO等氣體，這些氣體大部分溶解在油中。當存在潛伏性過(guò)熱和放電故障時(shí)，就會(huì )加快這些氣體的產(chǎn)氣速度，隨著(zhù)故障的發(fā)展，分解出的氣體形成的氣泡在油中經(jīng)分流、擴散，不問(wèn)斷溶解在油中。當油中溶解的氣體含量超過(guò)注意值時(shí)，就能盡早發(fā)現設備內部存在的潛伏性故障。CH，C：H是變壓器氣的主要特征氣體這些特征氣體用氣相色譜儀檢測。色譜儀由氣流系統、分離系統、溫度控制系統、檢測系統、數據處理系統構成。檢測時(shí)間一般一年一次，也有根據實(shí)際情況臨時(shí)檢測。檢測時(shí)人工取一定量的變壓器油，在室內完成色譜分析。某就成功預報了國產(chǎn)電力機車(chē)一臺主變壓器潛伏性故障
該段在做第一次檢測時(shí)發(fā)現主變壓器油中溶解氣體含量異常，其中氫含量超過(guò)注意值150的11倍、乙炔含量超過(guò)注意值5的107倍，總烴含量超過(guò)注意值150的13倍。運行2天后再次測試氫、乙炔含量繼續增加且相對產(chǎn)氣速率均超過(guò)10％。經(jīng)濾油后l4天第三次測試，數據與第一次相同。吊芯檢查發(fā)現平波電抗器繞組銅排接頭斷了3根。
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1．4電氣線(xiàn)路檢測
電氣線(xiàn)路檢測指對機車(chē)主回路、輔助回路和控制回路中的導線(xiàn)電阻、接線(xiàn)端子及電器觸點(diǎn)電阻進(jìn)行檢測。目前使用的儀器是采用四端子法測量電阻的接觸電阻檢測儀(通稱(chēng)TZ)。檢測方法一種情況是測試整個(gè)支路，在阻值比較大時(shí)進(jìn)一步測試支路阻值；另一種是把大支路以元件為單位分解為若干個(gè)的小支路，并且根據支路的重要性確定測試周期，分為1個(gè)月、2個(gè)月、3個(gè)月。
1．5電路絕緣檢測
電力機車(chē)電路對地絕緣符合要求是機車(chē)正常工作的重要條件之一。在各級修程中對此有不同的要求。近年來(lái)為減少電路接地，增加了周期性檢測。周期性檢測的周期依據機務(wù)段實(shí)際情況制定。對地絕緣采用了絕緣檢測儀。絕緣檢測儀是采用直流高壓對電路絕緣狀態(tài)進(jìn)行無(wú)損檢測，在測試時(shí)根據電路情況加上不同的直流電壓，當電壓穩定到某個(gè)特定電壓時(shí)，測試對地漏電流。在實(shí)際過(guò)程中發(fā)現了不少問(wèn)題。
1．6輔助機組軸承檢測
輔助機組的軸承檢測主要是檢測軸承是否存在疲勞剝離、磨損、拉傷、燒傷、銹蝕等故障。通常采用軸承檢測儀，對峭度系數(KV)及振動(dòng)加速度有效值(RMS)進(jìn)行測試，先簡(jiǎn)易診斷，后精密診斷，判斷故障部位。當機車(chē)入庫后，檢測人員把軸承檢測儀的傳感器置于輔助機組上，對輔助機組電機軸承振動(dòng)進(jìn)行檢測，依據檢測結果采用跟蹤或實(shí)施解體。
2走行部檢測
機車(chē)走行部是機車(chē)運行安全的重要部件，為滿(mǎn)足鐵路提速的需求，近年來(lái)一些公司和研究單位開(kāi)發(fā)了針對機車(chē)走行部旋轉部件，如輪對、軸承、齒輪、抱軸承等的自動(dòng)檢測技術(shù)。
2．1機車(chē)踏面擦傷在線(xiàn)檢測系統
該系統主要用來(lái)檢測機車(chē)車(chē)輪局部擦傷或踏面損傷程度。在機車(chē)運行過(guò)程中完成動(dòng)態(tài)測量，并預報超差車(chē)輪的擦傷大小及位置。系統主要由車(chē)輪傳感器和振動(dòng)傳感器、控制、信號采集電路和信號預處理箱組成。系統自動(dòng)判別機車(chē)的車(chē)輪故障，分等級進(jìn)行預報。檢測時(shí)機車(chē)車(chē)速為7—30km／h，檢測誤差深度不超過(guò)O．5mm。運行情況表明，機車(chē)踏面擦傷在線(xiàn)檢測系統檢測精度較高，報警準確，擦傷的報警率達到98％以上，消除了人為因素的誤差，大大減少了工人的勞動(dòng)量，也為機車(chē)車(chē)輪檢測的科學(xué)化開(kāi)創(chuàng )了一個(gè)良好的開(kāi)端。
2．2輪對動(dòng)態(tài)檢測裝置
這是一種非接觸式輪對動(dòng)態(tài)自動(dòng)檢測裝置。該裝置采用了電磁超聲探傷和光截圖像測量?jì)身楆P(guān)鍵技術(shù)。當車(chē)輪通過(guò)探傷單元時(shí)，電磁超聲探頭激發(fā)超聲表面波實(shí)現踏面動(dòng)態(tài)探傷。車(chē)輪通過(guò)外形檢測單元時(shí)，軌道外側激光線(xiàn)光源在踏面上形成車(chē)輪外形光截曲線(xiàn)，通過(guò)實(shí)時(shí)采集、處理光截圖像獲得外形尺寸。輪對的主要參數，如輪緣高度、輪緣厚度、輪緣磨耗、踏面磨耗、車(chē)輪直徑及輪對內距精度可達0．3mm，最大誤差為0．5mm。探傷深度為車(chē)輪表面至近表面1mm深度范圍內的連續殼層。探傷精度為車(chē)輪表面長(cháng)2mm，寬0．5mnl，深1mm的當量裂紋。探傷靈敏度余量大于60dB。該裝置能自動(dòng)繪制車(chē)輪外形檢測曲線(xiàn)，并具有結果查詢(xún)、、超限報警等功能。該系統采用在線(xiàn)動(dòng)態(tài)檢測方式，不與機車(chē)車(chē)輛接觸，不占用機車(chē)運轉時(shí)間，高速高效，安全可靠。目前已在某些局投入使用，且運用情況良好，具有顯著(zhù)的和效益，滿(mǎn)足了當前鐵路跨越式發(fā)展對機車(chē)進(jìn)行快速、可靠的安全檢測的需求。
2．3機車(chē)走行部車(chē)載監測裝置
該裝置可實(shí)現對機車(chē)走行部軸箱軸承、電機軸承、抱軸軸承、輪對踏面和傳動(dòng)齒輪等部件的溫度和振動(dòng)在線(xiàn)檢測，并對上述部件的故障實(shí)行早期預警和實(shí)時(shí)報警。其核心技術(shù)是共振解調的設備故障診斷技術(shù)。系統主要由主機、副機和復合傳感器組成，根據不同的機車(chē)型號區別安裝。地面數據處理系統包括軟件包、終端計算機和數據轉儲接口。軟件以Windows為操作平臺。當車(chē)速低于設定值20km／h或者沒(méi)有車(chē)速信號時(shí)，只檢測溫度，循環(huán)檢測周期不大于2s；當車(chē)速高于20km／h時(shí)進(jìn)行沖擊故障和溫度檢測，溫度測量范圍為一55—125℃，故障沖擊診斷檢測范圍位為100—10000SV。報警分軸承溫度報警和軸承、輪對踏面和傳動(dòng)齒輪的沖擊報警。后者分三級：0，I，Ⅱ，運用人員可根據報警級別采取適當措施。機務(wù)段定期對數據轉儲，用地面數據處理系統分析數據，反饋給技術(shù)部門(mén)，根據報警級別進(jìn)行進(jìn)一步的處理，譬如軸承甚至用頂輪檢測進(jìn)一步判斷部件的狀態(tài)。該系統自使用以來(lái)到2004年底，已發(fā)現故障200多起。
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2．4走行部軸承頂輪檢測
頂輪檢測是開(kāi)展比較早的走行部旋轉部件檢測裝置之一。在機車(chē)走行部不解體情況下實(shí)現軸箱和牽引電機軸承、齒輪、抱軸軸承等旋轉部件的振動(dòng)情況檢測。該裝置硬件部分由液壓移動(dòng)小車(chē)和數據采集分析系統組成。軟件采用VB編寫(xiě)，以Windows98或XP為運行平臺。診斷方法因部件不一，對牽引電機軸承和軸箱軸承，采用簡(jiǎn)易診斷和精密診斷相結合，先簡(jiǎn)易診斷均方根值和峭度系數，任一個(gè)參數超限，需進(jìn)行精密診斷。抱軸承的診斷增加了新的診斷參數頻譜重心。牽引齒輪的故障診斷采用頻譜分析與解調譜相結合的方法。
在檢測時(shí)，機車(chē)被牽引至頂輪區由移動(dòng)液壓自動(dòng)頂輪裝置頂起輪對，放置傳感器。加電旋轉，到規定的速度。數據采集分析系統的便攜式電腦對來(lái)自多通道數據采集器的數據，通過(guò)專(zhuān)用軟件進(jìn)行采集、分析、顯示檢測結果等。鐵路軸承專(zhuān)家經(jīng)過(guò)分析提供了各類(lèi)軸承的參考值，實(shí)時(shí)測量值與參考值比較。結果分為跟蹤和解體。鐵道部規定在中修期間進(jìn)行不少于一次頂輪檢測，也有根據需要臨時(shí)檢測。頂輪檢測十分有效。某段的一臺SS4型機車(chē)2次小修時(shí)頂輪，測得B節3軸右側軸箱均方根值為4．74，峭度系數為9．72，因峭度系數超限，判為不合格，解體后發(fā)現軸承內圈電蝕嚴重。
3在車(chē)檢測存在的問(wèn)題及改進(jìn)建議
傳感器技術(shù)、技術(shù)和通訊技術(shù)的發(fā)展，使電力機車(chē)在車(chē)檢測有了長(cháng)足進(jìn)展，從車(chē)頂電器到走行部部件實(shí)現了比較全面的檢測，在安全中發(fā)揮了作用，但是仍然存在一些問(wèn)題需要完善。
3．1加強檢測數據交流、研究與分析
自開(kāi)展機車(chē)檢測以來(lái)，各機務(wù)段發(fā)現了許多影響機車(chē)質(zhì)量的活件。大多數情況下認為檢測的作用已經(jīng)發(fā)揮，對一些沒(méi)問(wèn)題的數據做記錄后束之高閣，數據的僅僅停留在任務(wù)量上，對數據的分析研究比較缺乏。實(shí)際上數據分析的重要作用就是預測判斷部件的發(fā)展趨勢。影響預測的因素一是模型的選用，二是專(zhuān)業(yè)知識的缺乏，三是沒(méi)有系統研究問(wèn)題的技能，四是交流不夠。交流不夠一是橫向交流不夠，二是縱向交流不夠。改變這種局面的辦法就是加強檢測數據交流、研究與分析，形成可機車(chē)檢修的文件。
3．2檢測的標準化
檢測的標準化應從檢測設備、檢測場(chǎng)地和檢測數據處理標準化開(kāi)始。目前檢測設備生產(chǎn)單位很多，生產(chǎn)的設備功能不同，操作規程不同，現場(chǎng)使用非常不便。如某機務(wù)段應用主斷路器檢測的便攜式儀器就有4種。檢測場(chǎng)地沒(méi)有標準，影響數據的準確性，如受電弓測試沒(méi)有標準接觸網(wǎng)等。
3．3制造環(huán)節應為檢測預留位置
檢測越來(lái)越受到重視，但影響檢測效率的因素之一就是沒(méi)有檢測設備儀器的插孔或者接口，在檢測時(shí)接線(xiàn)成為一項麻煩工作。因此建議在設計機車(chē)時(shí)預留測試接口或插孔，新造機車(chē)考慮檢測傳感器所放位置等。
3．4加強新項目的開(kāi)發(fā)力度
電力機車(chē)的在車(chē)檢測項目雖然迅速發(fā)展但是還有一些項目未能開(kāi)展，如測量變壓器、輔助電機的內部和非工作狀態(tài)下不易檢測的部件，如導電桿支持瓷瓶及氧化鋅避雷器等。另外可以借助其他行業(yè)成熟的技術(shù)如紅外線(xiàn)成像系統用于機車(chē)檢測。
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