城轨车辆走行部故障车载在线实时诊断与监测系统

项目承担单位：北京唐智科技发展有限公司 一、技术的由来 在过去乘坐火车，车上的乘客经常会看到火车到站后会有列检师傅下车拿着小榔头在车厢底部敲击车轮以及相关机械部件，听取被敲击部件发出的声音，并借此判断该机械部件是否存在故障。

儿时经常玩耍的一种叫“滚铁环”的游戏，铁环在滚过道路上尖锐缺口或小石头时，铁环会发出清脆的响声。

大钟寺的永乐大钟，几个壮汉用尽全力去推，大钟不会发出响声，但只要用一个小小的硬币砸上去，就能听到很清脆的声音。

以上这些或是大家司空见惯的自然现象，或是被大家认为简单重复劳动的一种例行检查方法，但有谁能够把这些现象联想到一种故障诊断方法，有谁能够把这些现象所蕴含的规律上升到理论高度并引出一套机械故障诊断理论？ 一般人不会想到，但北京唐智科技发展有限公司首席科学家唐德尧却想到了！唐德尧研究员提出了一套称为“广义共振”的理论，描述的是激励频率并不一定等于物体固有频率的外力作用在施加和结束的过渡过程中物体的响应，并进一步发展了共振解调技术，处理广义共振信息，用来诊断机械故障，获得了巨大的成功。唐德尧研究员是国务院首批政府特殊津贴获得者、国家五一劳动奖章获得者，是我国机械设备故障诊断领域的领军人物之一，是“广义共振与共振解调”技术带头人。 上个世纪九十年代之前，身为中航工业608所故障诊断研究室主任的唐德尧研究员致力于将该技术用于军品航空发动机轴承的故障诊断，及时准确地诊断出了多款发动机在试车过程中的轴承故障，挽救了试验样机，并为排除故障提供了准确有效的信息，为我国自主研制航空发动机的艰难进程贡献了力量。从九十年代中后期开始，得益于国家大环境政策，鼓励军品先进技术用于民用领域，服务于国民经济建设，因此进入了铁路行业，开始为铁路机车车辆走行部机械故障提供诊断产品和服务，取得了突出效果，开创了轨道交通机车车辆走行部故障诊断产业，并于2001年成立了唐智科技公司，专业致力于机械设备故障诊断和安全监测领域的基础理论研究、产品研发制造和技术服务，发展至今，公司通过了IRIS、CRCC和ISO9001认证，是铁道行业标准制定单位，实现了年均产值3亿元。 本项目的负责人黄贵发高级工程师，是唐德尧研究团队主要成员之一，长期从事故障诊断系统的方法论及产品可靠性理论研究工作。主持开发的城轨车辆走行部故障车载在线实时诊断与监测系统，已经通过验收，得到院士专家的高度评价，被业界泰斗中国地铁之父施仲衡院士、中国轨道交通机车车辆专家、电力机车之父刘友梅院士评价为“北京地铁近10年来具有划时代意义的项目，填补了地铁行业的空白，总体技术居国际领先水平”。 二、选题背景

轨道交通车辆走行部机械故障是造成中途停车、乘客滞留甚至引发切轴、脱轨安全事故的重要因素，比如车轮发生剥离、裂纹或者车轮从一个标准的圆形变成多边形等，影响列车运行的平稳性和安全性；另外，车轴上用来支撑列车全部重量的轴箱轴承发生裂纹或剥离后会导致车轴发热烧损甚至切断，直接危害运行安全！ 要解决这些问题保障运营安全，必须在列车上装备车载诊断系统，实现故障早期预警和分级报警，指导司乘人员及时采取措施，但这要求在列车运行动态环境中的繁杂振动噪声和强大电磁干扰中提取极其微弱的机械故障冲击信息，并针对该信息进行自动、实时、精确故障诊断分析，而此前的常规检测分析技术大多数以离线方式为主，都存在无法克服强大背景噪声干扰且分析诊断实时性和准确性差的不足，车载实时监测诊断系统的开发和工程应用在

国际上也没有成功的先例。

“城轨车辆走行部故障车载在线实时诊断与监测系统”在市科委的支持下应运而生，采用了唐智科技源自军用航空发动机轴承故障诊断技术衍生而来的“广义共振和共振解调”技术，具有高可靠、抗强干扰、实时、高精确、早期预警的特点，被誉为“唐氏CT”。 三、技术特点和优势 该系统被称为“唐氏CT”，源于该技术的特点就好像医生用CT检查人体内部病变一样，同样具有实时性、不损伤被检测部件、检测精度高、能提前预警等特点，且检测机械故障是基于机械结构本身损伤后的特性变化并在运转过程中所发出的信息，不受结构损伤深度、尺寸等的限制等，灵敏度准确度高。 系统安装在列车上，在列车运行的同时对车辆走行部进行故障检测，它通过广义共振的原理，在强大的振动冲击环境下，以及列车频繁变速等复杂的运行条件下，准确提取走行部在运转过程中的微弱故障信息，并采用共振解调技术进行放大和滤波处理，然后进行频谱变换，再与已知的故障特征频谱去比对，这样就能准确地诊断出故障，并且所有的这些过程都是通过安装在列车上的仪器自动进行的，是智能化自动诊断，诊断结果可以精确指导维修，及时排除故障隐患，保障运营安全。而传统的技术需要将数据采集下来通过人工对比分析，凭借经验来给出结论，实际上对于保障列车安全运营没有多大的实用价值，而“唐氏CT”是在线的、实时的、全自动化工作的，大大提高了单纯依靠人工检查分析的效率和精度，是一项具有重大意义的创新。 四、技术适用范围

城轨车辆走行部车载故障在线实时诊断与监测系统在北京地铁率先投入使用并带动全国共计40多条线路的推广应用。其中，北京1号线、2号线、5号线等线路的多组列车上已经安装并投入运营，成为了名副其实的保障行车安全的“随行大夫”，随后在全国实现了范围逐渐扩大的推广应用，包括北京，上海，广州，深圳，青岛，天津，兰州，无锡等，成为了城轨运营部门逐步建立车辆走行部安全保障和状态修技术平台的基础条件之一。 该技术还适用于铁路机车车辆、高铁动车组走行部机械故障诊断，目前已经实现铁路机务领域的全面推广，应用数量达到18000多台套，还实现了高铁领域的应用突破，逐步在CRH5、CRH380系列动车组上加装应用。同时，该技术还适用于风力发电机组的机械故障诊断，目前已经实现了全国5个风场的应用覆盖。