预防列车切轴事故的新方法.doc

预防列车切轴事故的新方法最近，读者可以从网上读到这样一段新闻：中新网11月16日电(财经频道 王晔君) 11月14日铁道部证实，今年8月份京沪高铁上被召回的54列CRH380BL动车组列车，已整改合格，并将从今日(16日)起陆续恢复运营。京沪高铁自今年6月份开通运营后，中国北车所属长客股份公司生产的CRH380BL型动车组连续发生热轴报警误报、自动降弓、牵引丢失等故障。8月11日，中国北车向铁道部呈报了关于召回CRH380BL型动车组的报告，报请铁道部同意在已暂停长客股份公司生产的CRH380BL型动车组出厂的基础上，召回本公司所属子公司生产且已投入运营的CRH380BL型动车组54大列，整改合格后再交回使用。请注意，新闻中所列的故障中，热轴报警误报被列于第一位；被召回的时间是“7.23”动车事故后不久的8月11日。这说明，“7.23”后，热轴问题对安全的影响受到了有关部门的高度重视。热轴问题受到如此重视，是因为专业人士非常清楚：1. 对于车辆而言，“切轴”（指车辆转向架中的轮轴断裂事故）是会引起车辆脱轨的严重安全事故；2. 在全部已经发生的切轴事故中，“热切”（由于轴承发热所造成的切轴）占90%以上，由于轮轴的材质缺陷造成的切轴只占不到10%。“热切”是怎么发生的呢？机车之所以能够拖着几十节车厢轻快地飞驰，是因为每个车轮上都装配了滚动轴承。正是因为有了滚动轴承，才使阻力极大的滑动摩擦转变为阻力很小的滚动摩擦，否则人类社会的交通还停留在“鸡公车时代”。列车的滚动轴承与其他交通工具（例如自行车）的轴承一样，也是由内圈、外圈和滚子组成的。作为“自行车王国”的公民，我们很多人都有这样的经验：如果我们在骑行过程中轴承发生故障，我们会感到十分吃力，只能停下来处理。但是机车与人不同，当轴承发生故障以后是感觉不到的，只会持续前行。轴承故障的直接结果是增加了轴承元件之间的摩擦力。摩擦产生的热量使轴温升高，最后导致热轴和切轴事故的发生。正是根据这个原理，从上世纪80年代开始，作为标准设备配置，国内客车全部安装了轴温报警器，用以监视轴承的温升，并在温升超过40时发出报警信号。轴温报警器的应用减少了燃、切轴事故的发生，应该说对于安全是有贡献的。但是，温升是轴承故障的晚期症状。因此，采用轴温报警器预防事故的风险性极大。相关资料表明，“图3-1（该图略去引者注，下同）所示为某次旅客列车燃轴事故的轴温变化过程。产生燃轴时轴箱温度由89（是实际温度，非温升）升至197只有3分钟。”（参见高等学校教材车辆电气装置第33页，西安交通大学 章因编，中国铁道出版社出版，1999年）请注意，上述教材是1999年出版的，那时列车的时速基本上不超过100公里。而物理学的基本理论告诉我们，摩擦产生的热量与速度的平方成正比。当列车的时速提高到300公里时，上述的三分钟这就是留给我们临时采取紧急措施的全部时间即将减少到有限的20秒！正因为如此，相关部门对于“热轴”现象极度敏感，也就有了本文开头中提到的因热轴而召回动车的举措。但是，如果将轴温报警器的报警都说成是“误报”，则是不准确的。只有轴温报警器在轴承温升不到40时报警的行为才是误报。而当轴承温升达到40时报警并不能称之为误报。轴温报警器是无辜的，造成误报的原因只能说是方法有误。因为轴承的温升，并不一定是故障产生的。许多其他原因，例如装配不当或注油过多，特别是在轴承的磨合期，都能使温升过高。因此可以说，利用轴温来判断轴承的故障并不是最适当的方法。但是，长期以来没有更加合适的方法，如何有效地早期诊断轴承故障，成了铁路安全保障的难题和短板。那么，怎样才能正确地检测故障呢？这是几千年来人们在生产和生活实践中十分关注的课题。在科学欠发达的年代，故障是“听”出来的。就是说，人类长期以来靠听觉诊断故障。例如在生活中，人们很容易通过声音鉴别出“破鼓”和“破锣”；一个有裂口的乒乓球会发出不同的声音；几乎任何人仅通过其他人说话的声音就能判断出这个人的情绪和健康状况如何在工作中，为了判断机器、设备的运转是否正常，操作工人经常将耳朵贴近设备去“听”；当火车停靠在站台时，总会有人俯身在地面上用榔头敲击车轴，这是在“听”车轴是否产生了裂痕；医生用听诊器“听”病人的心、肺是否发生了病变；在车辆维修部门，经验丰富的工人也能通过声音检查出轴承的故障后来的学者将上述方法称为“异响诊断”。严格地说，靠听觉诊断的结果只是诊断者的主观评价，因为诊断的结论受诸多的不确定因素左右。例如：对于同样的现象，听力不同的人会产生不同的反应；对于同样的现象，听力相同而经验不同的人会得出不同的结论；对于同样的现象，听力、经验都相同而责任心不同的人也会使结论不可信；对于同样的现象，即便是同一个人在不同的时候也会因情绪或健康状况不同得出不同的结论；如果诊断者是一个不诚实的人，结果会更糟。还有一个容易被忽视的问题：即便诊断者是一个大师，也很难用语言表达出“异响”到底“异”在何处，这给经验的传授和继承造成障碍。如何用科学的、准确的、客观的测量取代人们的主管评价，是现代科技工作者的责任。现在，人们已经知道，声音是振动产生的。所谓异响，不过是由于信号中产生了新的成分，利用声频信号的现代频谱分析方法，对轴承的振动信号进行采集和分析，可以很容易地检测出信号中的各种成分。这就是人们所期待的、现代的、科学的故障诊断方法。但是，在列车运行中，能够有效地采集和检测轴承的振动信号吗？长期以来，国内外的专家几乎异口同声地予以否定。的确，振动在列车运行中几乎无处不在。即使轴承因为故障而产生了其特有的振动，其幅度与其他振动相比，可以说是微乎其微。因此，大家都认为，在这样恶劣的工况环境下，要想采集轴承的故障信号，无异于大海捞针。但是，正像民间广泛流传的说法，“一切皆有可能”。通过长期不懈的研究，我们终于发现，轴承的故障信号尽管微弱，但是它毕竟有自己独特的特征。我们可以根据振动的模态分析方法，找出其特征，建立数学模型及其算法，从而选择有效的电子学和数学手段进行过滤，去粗取精，去伪存真，即可提炼出我们所需要的信号成分。这个课题曾经被列为国家科技部2004年科技型中小企业创新基金计划，于2007年通过鉴定，已经开发出相应的产品，并在实际应用中取得了理想的成果。这是我们独立研发的项目，具有100%的自主知识产权。尽管对于该项目的认识，可能还存在分歧，但是在“一切为了安全”的今天，我们为什么不试一试呢？我们希望，为