目前，我國(guó)鐵路運(yùn)營(yíng)里程達(dá)到12萬(wàn)公里。僅全線運(yùn)行的鐵路貨車就達(dá)71萬(wàn)輛。所有這些列車上，隱藏在車輪內(nèi)部，一種叫做“列車滾動(dòng)軸承”的關(guān)鍵部件，決定著列車是不是能跑得快、跑得穩(wěn)，Z重要的是跑得安全。
11月6日，中國(guó)電子科技集團(tuán)公司（以下簡(jiǎn)稱中國(guó)電科）為主要研制單位自主研發(fā)的“鐵路車輛滾動(dòng)軸承軌邊聲學(xué)診斷系統(tǒng)”將正式通過(guò)北京市鐵路局科學(xué)技術(shù)委員會(huì)專家組的鑒定評(píng)審，即將上線運(yùn)行。專家組組長(zhǎng)、北京交通大學(xué)軌道交通控制與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室首席教授賈利民在鑒定會(huì)前接受科技日?qǐng)?bào)記者表示，該項(xiàng)目是國(guó)內(nèi)首套具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的鐵路車輛滾動(dòng)軸承軌邊聲學(xué)診斷設(shè)備，為我國(guó)鐵路運(yùn)輸安全，尤其是鐵路信息安全提供了極其重要的國(guó)產(chǎn)裝備，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)在該領(lǐng)域的空白。
軸承檢測(cè)，鐵路運(yùn)行安全重中之重
隨著我國(guó)高速鐵路的發(fā)展，以及營(yíng)運(yùn)時(shí)間的增長(zhǎng)，各種設(shè)備必然要投入更大的精力進(jìn)行維護(hù)，從而保證運(yùn)輸安全。高鐵安全的重中之重一是線路安全，一是車輛安全，而車輛走行部件的安全又是車輛安全的關(guān)鍵所在。
列車滾動(dòng)軸承是運(yùn)行的關(guān)鍵部件，目前對(duì)列車軸承的檢測(cè)，傳統(tǒng)手段已無(wú)法滿足運(yùn)行需求，為了更好的服務(wù)于鐵路運(yùn)輸，新型的、先進(jìn)的國(guó)產(chǎn)裝備成為急需。
近10年來(lái)，我國(guó)鐵路運(yùn)輸一直采用進(jìn)口的軌邊聲學(xué)故障診斷系統(tǒng)，該系統(tǒng)僅適用于貨車上。也有國(guó)內(nèi)公司與國(guó)外合作，但關(guān)鍵技術(shù)依賴國(guó)外。
而我國(guó)對(duì)動(dòng)車和客車滾動(dòng)軸承的檢測(cè)手段，主要采用車上軸溫檢測(cè)系統(tǒng)和線下人工檢測(cè)系統(tǒng)。
“這兩種手段有它們各自的弊端。”軌邊聲學(xué)故障診斷系統(tǒng)總負(fù)責(zé)人李志宇告訴記者，車上軸溫檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)軸承的溫度，當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)發(fā)出報(bào)警信息，軸承故障早期溫度不高無(wú)法報(bào)警，而且也無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)軸承故障狀態(tài)的變化；線下人工檢測(cè)系統(tǒng)只有在車輛進(jìn)車間檢修時(shí)才能對(duì)軸承故障狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，在檢修周期間隔之間無(wú)法及時(shí)對(duì)軸承故障進(jìn)行檢測(cè)。
“這兩種方法均不能即時(shí)有效發(fā)現(xiàn)滾動(dòng)軸承早期故障，無(wú)法實(shí)現(xiàn)早期預(yù)警，給鐵路客車的安全運(yùn)行帶來(lái)巨大隱患。”李志宇說(shuō)，“解決這些問題正是我們研發(fā)鐵路車輛滾動(dòng)軸承軌邊聲學(xué)診斷系統(tǒng)的初衷。”
列車“聽診器”，不到兩年填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白
鐵路車輛滾動(dòng)軸承軌邊聲學(xué)診斷系統(tǒng)中的“聲學(xué)診斷”，被李志宇形容為“聆聽，并且是專心聆聽”。這套系統(tǒng)要通過(guò)在軌邊安裝聲學(xué)傳感器陣列，對(duì)運(yùn)行中的列車軸承的振動(dòng)聲音信號(hào)進(jìn)行采集、分析，判斷出軸承故障類型和故障缺陷程度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)滾動(dòng)軸承早期故障的預(yù)警。
高速列車從身邊呼嘯而過(guò)，那種車輪隆隆、勁風(fēng)撲面的感受令人難忘，而李志宇告訴記者：“我們的系統(tǒng)需要在列車行駛時(shí)的復(fù)雜背景噪聲中，對(duì)各種軸承故障的部位做出準(zhǔn)確診斷。”
如何做到？“采用先進(jìn)的模式識(shí)別方法, 并用大量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正和完善。Z終根據(jù)不同的軸承故障信號(hào)頻率、能量、幅值和相關(guān)的車速、載荷的多因素綜合匹配, 判別出各種不同的軸承故障類型和故障缺陷程度等級(jí)。”李志宇說(shuō)：“為了做到這些，我們?cè)谶@套系統(tǒng)上磨了將近兩年。”
兩年時(shí)間，對(duì)于一個(gè)填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白的項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，已經(jīng)是快節(jié)奏了。
“能有這樣成果，正是因?yàn)槲覀冋驹谥袊?guó)電科3所的起點(diǎn)上。”李志宇說(shuō)，這里是國(guó)內(nèi)的無(wú)線電接收與電聲技術(shù)專業(yè)研究所，專門從事聲學(xué)技術(shù)研究，擅長(zhǎng)的就是語(yǔ)音、運(yùn)動(dòng)車輛、低空飛行器等目標(biāo)的聲學(xué)探測(cè)、識(shí)別。
三項(xiàng)技術(shù)突破，缺一不可
起點(diǎn)高并不意味著難度就有所降低，要研制軌邊聲學(xué)故障診斷系統(tǒng)，要突破三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，“這三項(xiàng)技術(shù)猶如三座山峰——指向性聲陣列技術(shù)、系統(tǒng)降噪技術(shù)、故障診斷算法，有一座上不去，我們的系統(tǒng)就成不了。”李志宇說(shuō)。
課題組研制過(guò)程中遇到的座山峰，就是指向性聲陣列技術(shù)。李志宇說(shuō)，鐵路上來(lái)往車輛較多，噪聲較大，加上軸承本身運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的摩擦聲，如何迅速識(shí)別我們需要的“有用的聲音”是關(guān)鍵所在。“聲陣列”能定向接收軸承聲音，降低噪聲，大大提高了搜集“有用聲”的能力，排除干擾，專心“聆聽”故障聲發(fā)回的信號(hào)。
課題組研制過(guò)程中遇到的第二座山峰，就是系統(tǒng)降噪技術(shù)。為了能提取故障軸承在運(yùn)行中產(chǎn)生的聲信號(hào)，采用指向性聲接收陣列定向接收軸承方向聲信號(hào)，從空間上降低其他方向傳來(lái)的噪聲，再采用放大濾波電路濾除故障聲信號(hào)以外的噪聲，Z后再采用小波降噪技術(shù)和基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸夥椒ǖ冗M(jìn)一步降低噪聲，提高軸承聲信號(hào)信噪比。
課題組研制過(guò)程中遇到的第三座山峰，就是故障診斷算法。“故障診斷算法是系統(tǒng)的核心。沒有算法，整個(gè)系統(tǒng)就是死的，國(guó)外有部分借鑒的公式，但是并沒有上線形成Z終的產(chǎn)品。相當(dāng)于都是基于理論分析得出的。”系統(tǒng)副總師、系統(tǒng)軟件總師王志峰博士說(shuō)。
突破算法，構(gòu)建系統(tǒng)“大腦”，完成這些是另一項(xiàng)工作的開始。項(xiàng)目總師何巧告訴記者：“上線調(diào)試后，才是我們整合算法搜集數(shù)據(jù)的關(guān)鍵時(shí)刻。不斷地重復(fù)地進(jìn)行數(shù)值調(diào)整、比對(duì)、優(yōu)化，反復(fù)分析異常出現(xiàn)時(shí)的動(dòng)態(tài)顯示，工作量特別大！”
特別大是多大？何巧說(shuō)了一串?dāng)?shù)字——
平均每天有90列車經(jīng)過(guò)探測(cè)站，每一輛列車大約30節(jié)車廂、120個(gè)軸承，那么每天我們就要分析1100多個(gè)軸承狀態(tài)，每天要對(duì)所有的軸承異常進(jìn)行排查，只保留“有用的”軸承聲。在我們的項(xiàng)目調(diào)試運(yùn)行的時(shí)候，有時(shí)要一次性分析上萬(wàn)個(gè)軸承狀態(tài)。
2015年8月13日，北京鐵路局科委、車輛處組織相關(guān)專家按照相關(guān)技術(shù)條件進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，系統(tǒng)獲得了高度評(píng)價(jià)——自主研制的“軌邊聲學(xué)故障診斷系統(tǒng)”滿足鐵路需求。
故障軸承拆檢比對(duì)，毫無(wú)差錯(cuò)
通過(guò)了測(cè)試，系統(tǒng)離充分驗(yàn)證還差一步，那就是拆檢比對(duì)。如果能爭(zhēng)取探測(cè)到故障軸承并將其拆檢比對(duì)那將是系統(tǒng)研制成功的Z有力的證據(jù)。
北京鐵路局車輛段的負(fù)責(zé)人做出決定：“為了驗(yàn)證需要，發(fā)現(xiàn)故障軸就該扣車就扣車。”
9月24日，北京鐵路局豐臺(tái)車輛段雙橋配件車間、動(dòng)態(tài)檢測(cè)車間，對(duì)試用系統(tǒng)近期發(fā)現(xiàn)的1個(gè)報(bào)警軸承和唐山站回送的4個(gè)報(bào)警軸承分別進(jìn)行了檢查或分解檢查。
正向驗(yàn)證：鐵路原其他檢測(cè)系統(tǒng)預(yù)報(bào)故障，軌邊聲學(xué)故障診斷系統(tǒng)卻沒有預(yù)報(bào)故障，經(jīng)過(guò)實(shí)際驗(yàn)證后確實(shí)無(wú)故障；反向驗(yàn)證：鐵路其他檢測(cè)系統(tǒng)預(yù)報(bào)無(wú)故障，軌邊聲學(xué)故障診斷系統(tǒng)檢測(cè)有故障，經(jīng)拆檢，故障的確存在。
“鐵路車輛滾動(dòng)軸承軌邊聲學(xué)診斷系統(tǒng)已突破關(guān)鍵技術(shù)、研制完成產(chǎn)品樣機(jī)并上線試用，測(cè)試和試用表明，系統(tǒng)能夠在實(shí)際使用環(huán)境穩(wěn)定運(yùn)行，達(dá)到實(shí)際產(chǎn)品要求。”
這樣的評(píng)語(yǔ)意味著我國(guó)鐵路運(yùn)輸，尤其是鐵路信息安全即將再上一把安全鎖。（中國(guó)科技網(wǎng)-科技日?qǐng)?bào)）
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