状态监测系统助力列车平稳前行

英国最大的铁路运营商 Govia Thameslink Railway (GTR)安装了SKF开发的状态监测系统,以避免计划外维护以及由此导致的铁路服务中断。

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对于所有铁路运营商而言,维护工作在确保铁路服务的正常开展,以及避免潜在的高成本计划外维修和停工方面发挥着重要的作用。在铁路行业中,为保障铁路运行安全以及全体乘客和工作人员的人身安全,例行的检查和响应式维护流程至关重要。

其他行业的经验已经证明,作为一项关键技术,状态监测能够尽早发现潜在轴承故障,从而降低维护成本,并且延长维护间隔。为满足铁路行业的特殊要求,SKF开发出SKF Insight Rail状态监测系统。

SKF欧洲铁路状态监测经理Ivan Rochford解释道:“为铁路行业实施状态监测需要应对极大的挑战。传统测量系统的高度复杂性阻碍了这项技术在铁路行业的应用。”

SKF的一款非侵入式解决方案成功消除了这一障碍,该状态监测系统可以在很短的时间内便捷地安装于整个列车车队。为铁路车辆提供状态监测服务颇具挑战性,因为设备会受到高强度的冲击和振动。Rochford 表示,这一技术能否被铁路行业所接受,“完全取决于监测系统对于铁路来说是否足够坚固耐用以及便于安装和使用。将现成的产品直接推向铁路应用场合并不可行。”

Govia Thameslink Railway

Govia Thameslink Railway (GTR)是英国最大的铁路运营商,隶属于Govia公司,该公司旗下还经营着盖特威克机场快线(Gatwick Express)、大北方铁路(Great Northern)和南方铁路(Southern)。Govia是Go-Ahead Group与Keolis的合资企业。GTR于2014年 9月接手运营服务。在疫情爆发前,GTR的客运量占英国铁路客运总量的19%,下设 239个站点,每年客运量高达3.41亿人次。Govia旗下共有四家铁路运营公司,员工7,000人。公司现已完成一项20亿英镑的投资计划,该计划包括新增1,500节车厢,并为泰晤士连线(Thameslink)和大北方铁路引入700型列车。

维护挑战

GTR旗下有一支列车种类众多、性能表现出色的车队,该车队是英格兰东南部铁路运输的重要支柱,每天都有多辆列车在采用第三轨的系统环境中运行。当这支车队遇到需要解决的难题时,SKF迎来了首次在英国使用状态监测系统的机会。

铁路市场面临着重要的新挑战,SKF已做好准备,为铁路行业提供大力支持。
SKF 业务工程师 Daniele Santomassimo

GTR车队工程师Peter Cooper解释道:“多年来,GTR一直通过轴承检查来减少轴承故障。但即使采取了这些措施,GTR还是经历了数起重大事件,导致一部列车花费了数月时间维修,无法运行。”

幸运的是,2017年,GTR开始对SKF Insight传感器进行实地试验。SKF业务工程师 Daniele Santomassimo负责协助GTR安装状态监测系统,他表示:“作为英国知名的铁路运营商,GTR目光长远,积极投资于技术,从而提高车队的表现和可靠性。”

拆除轮轴,更换 Insight Rail 传感器检测到的受损轴承。

应对第三轨带来的挑战

伦敦地上铁网络采用第三轨供电,因此在GTR的列车上安装SKF Insight Rail是一项颇具挑战性的任务。状态监测系统中的传感器必须在高强度电磁环境中工作。两家公司紧密合作,并制定出卓有成效的解决方案。

Ivan Rochford回忆道:“我们之前没有预料到第三轨对传感器工作造成的影响。第三轨产生的磁场触发了传感器的磁激活开关。由于传感器是电池供电,因此特意将通信次数尽可能地减少。但上述电磁干扰导致所有传感器与服务器进行通信,而这会消耗传感器的电量。在很短的时间内,32个传感器便全部失效。这简直就是一场灾难。”

SKF想方设法解决上述问题,并与客户就此展开了开诚布公的交流。两家公司在轴承安装与拆卸方面合作多年,建立起了良好的合作关系。很快便找到了解决方案,用近场通信(短距离无线技术)激活取代磁激活。Rochford表示:“这很像信用卡支付中使用的非接触式技术。GTR在短短六周之内就更换了所有传感器,并恢复了实地试验。”随着试验取得成功,GTR开始全面安装SKF Insight Rail,到目前为止已安装了1,000多个传感器。

操作员使用iPad上的应用程序来连接到特定位置上的传感器。

收获回报

Peter Cooper 指出:“我们获得的好处是能够将SKF Insight Rail与轴承检查配合使用。我们已根据近期故障模式的分析结果,在车队最重要的位置安装了传感器。传感器的安装和调试非常便捷。GTR的车队安装有5,536个轴端,因此安装必须要简单易行。一旦轴承检查显示轴承存在缺陷,我们就把SKF Insight传感器安装到那个转向架中,这样我们就能较为放心地让列车继续运行。当SKF找出四个轮对中存在故障的轮对后,我们就可以在不影响车队运行的情况下,主动更换该部件。”

Daniele Santomassimo指出了采用状态监测系统的其他优点,例如有可能判断出轴承的缺陷类型。“弄清楚故障模式后,就有可能根据应用进行设计变更,提高列车轮对的可靠性。”他说道,“电腐蚀是已发现的主要缺陷之一,也是业内的一个常见现象。”

短期内,节省的成本主要集中于优化材料订购和减少计划外维护。长期来看,客户可以制定以状态为基础的维护计划,尽可能地降低列车的运营成本。但Santomassimo 指出:“在我看来,非常重要的节省效益在于我们有机会持续监测车队的关键部件,从而消除计划外停车,提高列车的利用效率。”

SKF Insight Rail

SKF Insight Rail是一款无线自供电的客运列车转向架状态监测系统,可提供用于识别轴承缺陷的相关远程分析服务。

用于测量温度和振动的传感器可在一分钟之内安装至轴箱前盖上。安装过程非常简单,只需拆除一个轴箱前盖安装螺栓,再用一根比原螺栓长20毫米的螺栓固定SKF Insight传感器。该传感器是一个独立运行的单个部件,无需其他设备或配件。传感器通过移动通信将数据传输至SKF云端。

SKF Insight传感器同时测量振动和温度。若要尽早发现轴承损伤,振动是一项重要的测量参数。轴承一旦发热,可能很快就会出现故障。传感器传输的数据会被自动筛查,以发现轴承损伤迹象。专业振动分析师会对数据进行检查,以验证监测结果。如果存在损伤征兆,分析师会向客户提供一份包括诊断结果及建议措施的报告。

SKF Insight Rail由瑞典、西班牙、意大利和俄罗斯的客户进行了严格的测试,随后于2017年底投向市场,目前已在三大洲超过25个国家投入使用,安装于28种不同类型的列车上。

操作员可通过用户中心轻松访问即时数据。

未来发展

目前,GTR正在研究在另一个车队中安装SKF Insight状态监测系统的可行性。“包含第三轨的运行环境对轴承的要求很高。”Peter Cooper表示,“我认为,从整个行业来看,我们不仅需要加强对轴承的监测,以便提前发现潜在的灾难性故障,同时还要想办法延长轴承的使用寿命。”

Santomassimo还表示,面对新冠疫情,英国铁路运营商压力倍增,必须为所有车队提供可靠、准时、经济高效的服务。“铁路市场面临着重要的新挑战,SKF已做好准备,为铁路行业提供大力支持。”他说道。