CN105043761B

CN105043761B - 一种机车锁轴故障诊断方法

Info

Publication number: CN105043761B
Application number: CN201510371161.6A
Authority: CN
Inventors: 成正林; 高首聪; 刘良杰; 袁靖; 徐绍龙; 李学明; 蒋奉兵; 黄明明; 彭辉; 廖亮; 郑勇; 黄浩
Original assignee: Zhuzhou CSR Times Electric Co Ltd
Current assignee: Zhuzhou CRRC Times Electric Co Ltd
Priority date: 2015-06-30
Filing date: 2015-06-30
Publication date: 2017-10-27
Anticipated expiration: 2035-06-30
Also published as: CN105043761A

Abstract

本发明公开一种机车锁轴故障诊断方法，步骤包括：1）预先建立待诊断锁轴中速度传感器的故障工况与两路速度检测信号之间对应关系；2）实时获取待诊断锁轴中速度传感器的两路速度检测信号，并根据获取到的两路速度检测信号判断速度传感器是否发生故障，如果是，则诊断为速度传感器故障，根据对应关系确定对应的故障工况并退出；否则转入执行步骤3）；3）计算当前机车综合速度，并根据当前机车综合速度、获取的两路速度检测信号诊断锁轴是否发生故障。本发明综合速度信号的有效性诊断锁轴故障，具有实现操作简单、故障诊断准确度高且能够实现具体故障工况类型判别的优点。

Description

一种机车锁轴故障诊断方法

技术领域

本发明涉及机车故障诊断技术领域，尤其涉及一种机车锁轴故障诊断方法。

背景技术

在机车传动系统中，锁轴故障属于危及行车安全的走行部故障，它会造成电机发热严重、轮轨擦伤、列车中断运输等一系列严重后果。传统的锁轴故障判断通常是基于电机速度与机车综合速度之间差值是否超限的判断原理，即通过采集机车多个锁轴的速度，计算得出机车的综合速度值，当某一锁轴的速度低于机车综合速度值且超过某个门槛值时，则判断为锁轴故障，即当V_Axls-V_Train<V_Th时判断为锁轴故障，其中V_Train为锁轴的速度值，V_Axls为机车综合速度值，V_Th为门槛值。但采用这类方法，一方面由于其并没有考虑到电机速度传感器也可能发生故障，即考虑检测到的速度信号有效性问题，因而电机速度传感器故障时，会导致误报锁轴故障，造成不必要的救援，影响线路运行效率；另一方面，该类方法仅是基于简单的超限判断原理，无法对具体的故障类型、故障源进行定位，从而影响锁轴故障诊断的有效性及可用性。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供实现操作简单、能够综合速度信号的有效性诊断锁轴故障，故障诊断准确度高且能够实现具体故障工况类型判别的机车锁轴故障诊断方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种机车锁轴故障诊断方法，步骤包括：

1）预先在待诊断锁轴中速度传感器处于不同故障工况时检测机车运行时锁轴速度，分别获取通过速度采集电路采集到的两路速度检测信号，建立待诊断锁轴中速度传感器的故障工况与两路速度检测信号之间对应关系；

2）实时获取待诊断锁轴中速度传感器的两路速度检测信号，并进行有效性判断，如果为有效检测信号，转入执行步骤3）；否则判定为无效检测信号，诊断为速度传感器故障，根据所述对应关系确定对应的故障工况并退出；

3）由机车中多个锁轴所对应的速度计算当前机车综合速度值，并根据所述当前机车综合速度值、步骤2）获取的两路速度检测信号诊断锁轴的故障状态。

作为本发明的进一步改进：所述故障工况包括所述速度传感器的电源输入两端或速度信号两路输出端中，一端断线故障或两端同时断线故障。

作为本发明的进一步改进，所述对应关系具体包括：若机车运行时两路速度检测信号均为持续低电平，对应所述电源输入两端中正端断线故障工况，或速度信号两路输出端同时断线故障；若机车运行时两路速度检测信号均为持续高电平，对应所述电源输入两端中负端断线故障工况；若两路速度检测信号中一路为脉冲信号、另一路为持续低电平，对应故障工况为速度信号两路输出端中为持续输出低电平的一端断线。

作为本发明的进一步改进，，所述步骤2）的具体步骤为：

2.1）实时获取待诊断锁轴中速度传感器的两路速度检测信号；

2.2）对所述步骤2.1）获取的两路速度检测信号进行有效性判断，若所述两路速度检测信号均为有效脉冲信号，诊断当前速度传感器处于正常状态，转入步骤3）；若所述两路速度检测信号中存在电平信号且当前机车处于运行状态，则判定为无效检测信号，诊断为速度传感器断线故障，转入执行步骤2.3）；

2.3）判断所述步骤2.1）获取的两路速度检测信号的状态，并根据所述对应关系确定对应的故障工况，定位得到故障工况点。

作为本发明的进一步改进，所述步骤2.2）中两路速度检测信号均为有效脉冲信号的判定步骤为：若所述两路速度检测信号均为脉冲信号，分别计算所述两路速度检测信号的值与当前机车综合速度值之间差值；若所述差值均在预设速度有效范围内时，判定均为有效脉冲信号；否则判定为无效脉冲信号，且诊断为对应的速度传感器故障。

作为本发明的进一步改进，所述步骤3）中诊断锁轴的故障状态的具体步骤为：分别计算所述当前机车综合速度值与所述步骤2）获取的两路速度检测信号的值之间差值；判断所述差值的大小，如果所述差值超过预设有效范围内时，预判定锁轴发生故障；否则判定锁轴未发生故障。

作为本发明的进一步改进，还包括最终故障判定步骤4），具体步骤为：当预判定锁轴发生故障时，判断所述当前机车综合速度值、所述步骤2）获取到的两路速度检测信号的值是否在预设第一时间段内均处于对应的预设故障范围内，以及机车启动后预设第二时间段内速度传感器输出的两路速度信号是否发生过变化，如果均为是，则最终判定锁轴发生故障。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1）本发明通过预先对各种故障工况下的速度检测信号进行分析，由各种故障工况下速度检测信号的特征建立故障工况与速度检测信号的对应关系，在实时锁轴故障诊断时，综合速度检测信号的有效性判断诊断锁轴的故障状态，当速度检测信号无效时，不进行锁轴的故障诊断，而仅当速度检测信号有效时才进行锁轴的故障诊断，因而有效提高了锁轴故障诊断的准确性，减少了由于速度信号无效导致锁轴的误诊断，从而提高了系统的可用性；

2）本发明通过建立的各种故障工况与速度检测信号之间的对应关系，可以在判定速度检测信号无效时，判定当前速度传感器所对应的故障工况，以确定速度传感器的实时运行状态，实现具体故障工况类型的判别以及故障源的准确定位；

3）本发明进一步通过两路速度检测信号的状态判断速度传感器的运行状态，若均为有效脉冲信号，则诊断处于正常状态；若均为无效脉冲信号，则诊断速度传感器自身故障；若存在电平信号且当前机车处于运行状态，则诊断速度传感器断线故障，从而可根据两路速度检测信号准确的诊断出速度传感器的可靠性，提高锁轴故障的准确性；

4）本发明进一步通过对机车的运行工况、速度传感器的故障状态以及电机速度与机车综合速度之间差值进行综合判断，来诊断锁轴故障状态，能够进一步提供锁轴故障的准确性，减少锁轴故障的误诊断，提高了故障诊断的有效性。

附图说明

图1是本实施例机车锁轴故障诊断方法的实现流程示意图。

图2是本实施例机车锁轴故障诊断方法的实现原理示意图。

图3时本实施例中所采用的速度信号采集电路以及速度检测信号获取的原理示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

如图1、2所示，本实施例机车锁轴故障诊断方法，步骤包括：

1）故障工况与速度关系建立：预先在待诊断锁轴中速度传感器处于不同故障工况时检测机车运行时锁轴速度，分别获取通过速度采集电路采集到的两路速度检测信号，建立待诊断锁轴中速度传感器的故障工况与两路速度检测信号之间对应关系；

2）速度检测信号有效性判断：实时获取待诊断锁轴中速度传感器的两路速度检测信号，并进行有效性判断，如果为有效检测信号，转入执行步骤3）；否则判定为无效检测信号，诊断为速度传感器故障，根据对应关系确定对应的故障工况并退出；

3）锁轴故障诊断：由机车中多个锁轴所对应的速度计算当前机车综合速度值，并根据当前机车综合速度值、步骤2）获取的两路速度检测信号诊断锁轴的故障状态。

本实施例通过预先对各种故障工况下的速度检测信号进行分析，由各种故障工况下速度检测信号的特征建立故障工况与速度检测信号的对应关系，在实时锁轴故障诊断时，综合速度检测信号的有效性判断诊断锁轴的故障状态，当速度检测信号无效时，不进行锁轴的故障诊断，而仅当速度检测信号有效时才进行锁轴的故障诊断，因而有效提高了锁轴故障诊断的准确性，减少了由于速度信号无效导致锁轴的误诊断，从而提高了系统的可用性。

本实施例通过建立的各种故障工况与速度检测信号之间的对应关系，可以在判定速度检测信号无效时，判定当前速度传感器所对应的故障工况，以确定速度传感器的实时运行状态，实现具体故障工况类型的判别以及故障源的准确定位。

如图3所示，本实施例所采用的速度信号检测电路包括电压源、分别接入速度传感器输出的两路速度信号的两个滞回比较器，速度传感器通过电源接入两端P+、P-接入+15V电源，以及分别通过速度信号两路输出端A、B输出两路速度信号，每路速度信号经过一个滞回比较器后输出至FPGA进行处理，得到A通道、B通道两路速度检测信号输出至TCU（Traction Control Unit，传动控制单元）的DSP和ARM处理器进行实时控制和故障保护。

本实施例中，故障工况包括速度传感器的电源输入两端或速度信号两路输出端中，一端断线故障或两端同时断线故障，即P+端、P-端、A端或B端断线故障，或A端、B端同时断线故障。

速度传感器为正常状态时输出方波信号，方波频率f=n*P/60，其中n为转速，P为齿轮齿数。由此可知，转速n=60*f/P，则当机车有速度时，即机车处于运行状态，若速度检测信号为电平信号而非脉冲信号时，则可判定速度传感器发生故障，对应的速度检测信号为无效检测信号。

为了得到不同故障工况下的各种故障样本数据，本实施例步骤1）中预先对速度传感器在各种故障工况类型下进行现场模拟检测，并记录电机在静止工况以及在运动工况时速度采集电路采集到的速度检测信号，得到如表1所示数据。

表1：六种工况与对应的速度检测信号。

工况	传感器状态	通道A输出	通道B输出
				静止	正常	持续1V或15V电平	持续1V或15V电平
运动	正常	脉冲	脉冲
				运动	P+断线或A、B同时断线	持续1V电平	持续1V电平
运动	A断线	持续1V电平	脉冲
				运动	B断线	脉冲	持续1V电平
运动	P-断线	持续15V电平	持续15V电平

对表1中数据进行分析，可建立P+端、P-端、A端或B端四种断线工况与两路速度检测信号之间的对应关系，对应关系具体包括：若机车运行时两路速度检测信号均为持续低电平，对应电源输入两端中正端（P+端）断线或A、B端同时断线故障工况；若机车运行时两路速度检测信号均为持续高电平，对应电源输入两端中负端（P-端）断线故障工况；若两路速度检测信号中一路为脉冲信号、另一路为持续低电平，对应故障工况为速度信号两路输出端中为持续输出低电平的一端断线，其中若通道A输出的速度检测信号持续为低电平、通道B输出的速度检测信号为脉冲信号，则对应A端断线故障；反之，若通道B输出的速度检测信号持续为低电平、通道A输出的速度检测信号为脉冲信号，则对应B端断线故障。

由上述可知，在获取A、B通道两路速度检测信号后，若存在输出为持续为高电平（15V）或持续为低电平（1V）的情况，并不能确定速度传感器存在断线故障，还需对机车是否静止进行逻辑判断，若检测到机车中两个或两个以上锁轴均有速度脉冲输入，则可判定机车处于运行状态，由机车运行状态时两路速度检测信号的电平状态即可确定对应的断线故障类型以及断线故障源；而若两路速度检测信号均为脉冲信号，但与机车综合速度之间差值均大于速度有效范围的最大值，则可诊断为速度传感器故障。本实施例结合机车的运行状态以及两路速度检测信号即可确定速度传感器是否发生故障，在发生故障时结合建立的故障工况对应关系即可确定对应的故障工况，以定位到故障源。

本实施例根据上述的故障样本数据以及故障工况与速度检测信号的对应关系建立速度传感器故障知识规则库，故障知识规则库中包含有各种故障工况的判断规则。首先定义Move_State为机车运行状态，若为运行状态，则Move_State置为TRUE，若为静止状态，则置为FALSE；A、B两路通道的各种速度检测信号状态定义如下：

A_Pulse_State定义为A通道速度检测信号为脉冲状态，且为有速度脉冲时为TRUE，无速度脉冲时为FALSE；

A_Level_State 定义为A通道速度检测信号为电平状态，且为高电平时为TRUE，低电平时为FALSE；

B_Pulse_State定义为B通道速度检测信号为脉冲状态，且有速度脉冲时为TRUE，无速度脉冲时为FALSE；

B_Level_State定义为 B通道速度检测信号为电平状态，且为高电平时为TRUE，低电平时为FALSE。

本实施例基于故障样本建立的故障样本知识规则库如表2所示，其中持续时间（本实施例取5s）、RULE 5中速度有效范围的最大值，即速度门槛（本实施例取10Km/h）可根据实际需求进行设置。

表2 ：基于故障样本的速度传感器故障知识规则库。

规则序号	规则定义
		RULE 1:	若机车处于运行状态，且A通道输出为电平信号、B通道为脉冲信号，则对应为A端断线故障；即IF（Move_State=TRUE& A_Pulse_State=FALSE& B_Pulse_State=TRUE），THEN（仅A断线）
RULE 2:	若机车处于运行状态，且A通道输出为脉冲信号、B通道为电平信号，则对应为B端断线故障；即IF （Move_State=TRUE& A_Pulse_State=TRUE& B_ Pulse _State=FALSE），THEN（仅B断线）
		RULE 3:	若机车处于运行状态，且A、B通道输出均为持续超过5s的低电平信号，则对应为A、B同时断线或P+端断线故障；即IF （（Move_State=TRUE& A_Level_State=FALSE& B_Level_State= FALSE）持续超过5s），THEN （A、B同时断线）OR（P+断线）
RULE 4:	若机车处于运行状态，且A、B通道输出均为持续超过5s的高电平信号，则对应为P-端断线故障；即IF （（Move_State=TRUE& A_Level_State= TRUE & B_Level_State= TRUE）持续超过5s），THEN （P-断线）。
		RULE 5:	若A、B通道输出均与机车综合速度的差值大于10Km/h，则对应速度传感器故障；即IF （A、B通道速度均与机车综合速度相差超过10Km/h），THEN （速度传感器故障）。

通过上述规则即可判断速度检测信号是否有效，进而确定速度传感器信号是否可靠，若可靠，再进行锁轴故障判断，否则报出速度传感器故障，且不进行锁轴判断，以减少锁轴误诊断。

本实施例中步骤2）的具体步骤为：

2.2）对步骤2.1）获取的两路速度检测信号进行有效性判断，若两路速度检测信号均为有效脉冲信号，诊断当前速度传感器处于正常状态，转入步骤3）；若两路速度检测信号中存在电平信号且当前机车处于运行状态，则判定为无效检测信号，诊断为速度传感器断线故障，转入执行步骤2.3）；

2.3）判断步骤2.1）获取的两路速度检测信号的状态，并根据对应关系确定对应的故障工况，定位得到故障工况点。

本实施例中，步骤2.2）中两路速度检测信号均为有效脉冲信号的判定步骤为：若两路速度检测信号均为脉冲信号，分别计算两路速度检测信号的值与当前机车综合速度值之间差值；若差值均在预设速度有效范围内时，判定均为有效脉冲信号；否则判定为无效脉冲信号，且诊断为对应的速度传感器故障。

采用上述方法即可判定速度传感器的可靠性，当判定速度传感器处于正常状态时，即可进行锁轴的故障诊断。

本实施例中，步骤3）中诊断锁轴的故障状态的具体步骤为：分别计算当前机车综合速度值与步骤2）获取的两路速度检测信号的值之间差值；判断差值是否均超过预设有效范围内，如果是，则预判定锁轴发生故障；否则判定锁轴未发生故障。差值的预设有效范围可根据实际需求进行设定。采用上述方法，通过对机车的运行工况、速度传感器的故障状态以及电机速度与机车综合速度之间差值进行综合判断，可以对当前锁轴故障进行准确诊断，减少锁轴故障的误诊断，同时还能够准确定位具体的故障点，从而提高了故障诊断的有效性和系统的可用性。

本实施例中，还包括最终故障判定步骤4），具体步骤为：当预判定锁轴发生故障时，判断当前机车综合速度值、步骤2）获取到的两路速度检测信号的值是否在预设第一时间段内均处于对应的预设故障范围内，以及机车启动后预设第二时间段内速度传感器输出的两路速度信号是否发生过变化，如果均为是，则最终判定锁轴发生故障。在预判定锁轴为故障状态后，再结合机车综合速度值、两路速度信号进行最终判断，以提高故障诊断的精度。

本实施例具体判断到机车综合速度持续超过5 s在5Km/h~10Km/h有效范围内、锁轴的速度检测信号持续超过5 s为小于1Km/h，且机车启动后15s内A、B通道电平信号发生过变化，则诊断当前锁轴发生故障，即：

IF （5Km/h<机车综合速度<10Km/h超过5s，锁轴A、B通道速度<1Km/h超过5s，机车启动后15s内A、B通道电平信号发生过变化），

THEN（锁轴故障）

其中，上述机车综合速度的有效范围以及持续时间、锁轴A、B通道速度的最大值（两路速度检测信号）以及持续时间，以及机车启动后A、B通道电平信号所持续时间均可根据实际需求进行设定。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims

1.一种机车锁轴故障诊断方法，其特征在于，步骤包括：

3）由机车中多个锁轴所对应的速度计算当前机车综合速度值，并结合所述当前机车综合速度值、步骤2）获取的两路速度检测信号诊断锁轴的故障状态。

2.根据权利要求1所述的机车锁轴故障诊断方法，其特征在于：所述故障工况包括所述速度传感器的电源输入两端或速度信号两路输出端中，一端断线故障或两端同时断线故障。

3.根据权利要求2所述的机车锁轴故障诊断方法，其特征在于，所述对应关系具体包括：若机车运行时两路速度检测信号均为持续低电平，对应所述电源输入两端中正端断线故障工况，或速度信号两路输出端同时断线故障；若机车运行时两路速度检测信号均为持续高电平，对应所述电源输入两端中负端断线故障工况；若两路速度检测信号中一路为脉冲信号、另一路为持续低电平，对应故障工况为速度信号两路输出端中为持续输出低电平的一端断线。

4.根据权利要求3所述的机车锁轴故障诊断方法，其特征在于，所述步骤2）的具体步骤为：

5.根据权利要求4所述的机车锁轴故障诊断方法，其特征在于，所述步骤2.2）中两路速度检测信号均为有效脉冲信号的判定步骤为：若所述两路速度检测信号均为脉冲信号，分别计算所述两路速度检测信号的值与当前机车综合速度值之间差值；若所述差值均在预设速度有效范围内时，判定均为有效检测信号；否则判定为无效检测信号，且诊断为对应的速度传感器故障。

6.根据权利要求1～5中任意一项所述的机车锁轴故障诊断方法，其特征在于，所述步骤3）中诊断锁轴的故障状态的具体步骤为：分别计算所述当前机车综合速度值与所述步骤2）获取的两路速度检测信号的值之间差值；判断所述差值的大小，如果所述差值超过预设有效范围内时，预判定锁轴发生故障；否则判定锁轴未发生故障。

7.根据权利要求6所述的机车锁轴故障诊断方法，其特征在于，还包括最终故障判定步骤4），具体步骤为：当预判定锁轴发生故障时，判断所述当前机车综合速度值、所述步骤2）获取到的两路速度检测信号的值是否在预设第一时间段内均处于对应的预设故障范围内，以及机车启动后预设第二时间段内速度传感器输出的两路速度信号是否发生过变化，如果均为是，则最终判定锁轴发生故障。