SKF轨道监测

SKF轨道监测

SKF开发的新技术采用与监测转向架转动设备相同的车载IMx系统来监控轨道状态,能够更快发现问题,帮助铁路运营商优化轨道维护工作的规划和执行。

作者:
Víctor Martínez,SKF西班牙公司全球状态监测和数字化轨道中心主管
Daniel de Andrade,SKF西班牙公司状态监测和数字化轨道中心技术经理

铁路

大都市地区人口与日俱增,再加上传统化石燃料车辆所产生的空气污染和交通问题迟迟得不到解决,使得人们越来越多地依赖公共交通运输解决方案。近年来在全球多个城市,对地铁和郊区列车的需求已超过预期。因此,在控制风险和成本的同时,提高服务质量和可用性是铁路运营商在日常工作中始终面临的压力。

对于乘客和铁路运营商来说,铁路运营中的异常情况越来越难以接受。铁路运营商所采取的基础设施维护策略,在防止服务和运行时刻表出现异常方面发挥着重要作用。轨道维护和更换通常基于目视检查和定期维护,以使轨道保持良好状态。这种工作方法由来已久,但成本高昂。轨道检查员只有在非列车运行期间才能巡查轨道,而专用的轨道检查车辆价格昂贵并且通常速度缓慢,因此对轨道状态的更新也较为滞后。

为了扭转这种局面,SKF开发了一项技术,将其整合的解决方案和专有技术应用于振动分析,为铁路运营商提供工具,利用其在正常运行中的列车来监测铁路轨道状态。近年来SKF一直在研究该项技术,并且已经在西班牙的巴塞罗那都市交通(TMB)以及全球其他地铁运营中进行了线路验证试验。该技术使用安装在标准列车上的振动传感器来监测列车在轨道上行驶时所产生的振动。有了这项技术,运营商不仅可以检测轨道缺陷,还可以预测未来的维护需求和目标,从而确保轨道质量始终达标。

IMx-Rail采用定制套件形式交付,可轻松安装在转向架构架上。

图1a:IMx-Rail采用定制套件形式交付,可轻松安装在转向架构架上。

SKF的此项技术还有其他优点。通过确保良好的轨道状态,以及减少列车运行期间发出的噪音,可以提升乘客的舒适度和整体乘车体验。此外,轨道状态与车轮和轴承的预期寿命之间存在相关性。这种相关性可通过以下事实来解释:车轮在经过轨道缺陷时所受到的冲击直接传递到轮对轴承。通过控制并使轨道保持良好状态,铁路运营商还能够延长车轮和轴承的使用寿命,同时使列车运行更加平稳。

时间是一种宝贵的资源,SKF最近向市场推出的新型IMx-Rail(图1a)可以轻松、快速地改装到列车上(图1b),用于轨道监测工作。IMx-Rail是SKF著名的IMx系列状态监测解决方案的新成员,它是一种包含传感器和电子设备的完整解决方案,用于在商业运营中处理和传输数据,可集成在铁路运营商的信息技术系统中,适合于安装在车厢内或暴露于外部转向架环境中。虽然它的前代产品最初设计用于监测轨道车辆(车轮、轴箱轴承、齿轮箱和牵引电机),但IMx-Rail还能够监测轨道状态。IMx-Rail之所以成功,是因为它能轻松地与现有列车集成,性能可靠,而且易于适应客户的工作流程。

 

IMx-Rail传感器安装在轴箱上。

图1b:IMx-Rail传感器安装在轴箱上。

为了监测整条地铁线路的轨道状态,只需要一个IMx-Rail单元和两个振动传感器进行测量和记录,然后进行数据处理并以无线方式将数据传输到后台服务器采集点,监测到异常值就可以触发维护工作。

服务器接收到数据后,SKF @ptitude Observer软件会对信息进行进一步处理,并将振动测量值与采集时所在轨道的具体位置相关联。用于确定测量位置的算法是SKF所开发的一项正在申请专利的技术,该技术不需要与列车系统进行任何互连来提供输入。这样不仅可以确保快速安装,还排除了任何干扰列车关键安全系统的风险。该软件根据铁路运营商所使用的定位系统(桩距或千米点)确定轨道缺陷的位置,并且针对隧道列车运营也能够精确工作。

 

用户友好的仪表板可视化显示地铁线路,使用户能够了解站点之间的轨道状态。

图2:用户友好的仪表板可视化显示地铁线路,使用户能够了解站点之间的轨道状态。

借助若干专用工具,SKF @ptitude Observer能够呈现处理后的信息,使用户能够充分利用其价值。当分析开始时,表格(图2)概括了线路的状态,从而可以对有数据记录的轨道区段进行验证。根据预先设定的阈值,该区段的颜色表示了对轨道状态的概括。这样用户就能够快速定位状态最差且需要优先维护的轨道区段。

当用户访问其中一个轨道区段时,软件会显示该特定区段的详细散点图,以可视化的方式呈现轨道状态详情(图3)。通过该图,用户可以比较轨道沿线不同区段的振幅。该软件还提供有价值的信息,例如测量时间和通过整个区段的准确速度。

以可视化的方式呈现列车在站点之间每趟行程的速度和轨道状态评估。

图3:以可视化的方式呈现列车在站点之间每趟行程的速度和轨道状态评估。

通过单击散点图的具体区间,软件会向用户显示一个气泡图,该气泡图显示了该轨道区间的时间因子(图4)。在此图表中,每行气泡代表列车的一趟行程;气泡的大小和颜色代表振动测量值的振幅。通过该图,用户不仅可以比较列车不同行程的振幅,还可以跟踪缺陷随时间的演变情况。

气泡图使用户能够跟踪每趟行程中轨道状态随运行时间的演变情况。

图4:气泡图使用户能够跟踪每趟行程中轨道状态随运行时间的演变情况。

当用户选择其中一个气泡时,软件会在屏幕上显示与该测量相关的波形图和频谱图(图5)。通过分析这些图表,可以验证轨道缺陷是局部缺陷,还是沿轨道延伸的缺陷。

借助测量结果的波形图和频谱图,用户能够量化缺陷沿轨道延伸的情形。

图5:借助测量结果的波形图和频谱图,用户能够量化缺陷沿轨道延伸的情形。

此外,通过比较在列车不同行程中对相同的轨道区段所得到的测量结果,可以验证分析的可靠性(图6),避免轨道缺陷误检。在相同轨道区段的不同测量中观察到了相似的振动特征,这意味着所测量到的振动实际是由轨道或轨道与车轮之间的相互作用所产生的,而非产生于诸如飞起的道渣击中转向架构架等其他随机或外部来源。

一旦分析者确认了一处轨道缺陷,就可以在@ptitude Observer中使用专用工具来报告异常。此异常报告包含与轨道缺陷相关的所有信息。

在相同轨道区段由不同行程产生的信号的高重复性提供了测量确定性。

图6:在相同轨道区段由不同行程产生的信号的高重复性提供了测量确定性。

SKF @ptitude Observer具有用户友好的嵌入式界面,可供铁路运营商用作报告应用程序。此用户界面易于使用和掌握,无需要求使用者具备任何技术知识。它包含多个以执行摘要形式呈现信息的屏幕,以及用户深入了解详细信息所需的工具和屏幕。用户界面还包含其他工具,可在执行轨道缺陷修复后,轻松更新图表和仪表板。

在用户界面中呈现给用户的第一个屏幕所显示的是一幅带有线路状态的地图(图7)。该地图包括若干详细级别。在最高级别,用户可以将两站之间的每个轨道区段可视化表示为两条直线。线条的颜色概括了每个特定范围内轨道区段的状态。在此详细级别,地图还会显示注释,说明分析者为每一轨道区段所报告异常的数量。

对整条地铁线路的直观可视化有助于了解站点之间轨道区段的状态。

图7:对整条地铁线路的直观可视化有助于了解站点之间轨道区段的状态。

所有与分析者所报告异常相关的信息都可供铁路运营商所用。例如,这包括所观察到异常情况的桩距或千米点范围、发生日期、分析者报告的严重程度、位于轨道哪一侧等(图8)。

直观的用户界面应用程序用于向客户报告异常情况以及给出相关的后续操作建议。

图8:直观的用户界面应用程序用于向客户报告异常情况以及给出相关的后续操作建议。

在报告过程中,分析者能够提供附有轨道缺陷检测图表(图9)的异常情况报告。铁路运营商可通过用户界面访问这些图表,用户得以深入了解所报告缺陷的性质。

该用户界面可以通过本地网络或甚至通过互联网远程访问,这为它赋予了灵活性,因为它允许运营商从远离分析者所在位置的地方访问报告信息。

可通过用户界面应用程序访问触发异常报告的图形数据。

图9:可通过用户界面应用程序访问触发异常报告的图形数据。

此软件包含许多有用的功能,为巴塞罗那地铁等运营商带来了先进的铁路基础设施维护技术。“我们一直在寻找更好的方法来提供安全、可靠和经济高效的交通网络。”TMB的车辆工程师Fernando Vaquero Granados表示,“SKF铁路轨道监测系统等技术有助于更快地发现问题,并且使得我们的检查和维护工作更加有针对性。”

通过使用SKF轨道监测系统监控其轨道,运营商可以更高效地区分轨道维护的优先级,并且会感到放心:轨道状态能够保证乘客的舒适性以及车轮和轴承的正常工况。

销售联系方式

evolution@skf.com

总结
在全球各个城市,公共交通的重要性日益增加,使列车轨道保持良好的状态变得至关重要。良好的轨道状态可提高乘客的舒适度,并且延长车轮和轴承的使用寿命。SKF开发的一项技术通过振动分析来监测轨道状态。

@ptitude是SKF集团的注册商标

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