精详红外热像仪在铁路行业当中的应用可行性研究报告.docx
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精详红外热像仪在铁路行业当中的应用可行性研究报告
红外热像仪在铁路行业当中的应用可行性研究报告
目录：
第一章：
红外热象仪应用于铁路行业预测性维护
第二章：
FLUKE红外热像仪在电力机车车头检测当中的应用
第三章：
FLUKE红外热像仪在接触网检测当中的应用
第四章：
FLUKE红外热像仪在机车轮轴温度检测当中的应用
附录：
进行一次红外热成像测量维护项目
前言：
发热常常是设备损坏或功能故障的早期征兆，这使它成为在设备维护工作中所监视的一个关键性能参数。
红外热像仪能够捕获物体所发射的、用其他方法所看不到的红外（IR）辐射热量。
这些图像可显示出以颜色和色彩变化所表示的温度范围，可以监测物体的热分布和温度变化，观察人员可借此找到可能预示着电气、机械或流程问题的高温点（或低温点）。
进行红外预测性维护的技术人员定期对关键设备的温度进行检查，从而可以随时间跟踪设备的运行状况，并快速发现异常读数以便进一步检查。
通过监视设备性能并在需要时安排维护，可降低因设备故障而发生的非计划性停产的可能性，减少“反应性”维护费用和设备维修的成本，延长设备资产的寿命，并最大限度地提高系统的安全性和稳定性。
如今，红外热像仪已经广泛应用于铁路、石化、电力、建筑、医疗等领域内，特别在铁路电气设备和线网、电力机车车头检测及机车轮轴检测当中发挥着重大作用。
第一章：
红外热象仪应用于铁路行业预测性维护
由一般的会计步骤确定的维护成本在多数国家的铁路系统中通常构成总运营成本的大部分。
在美国，铁路行业传统的维护成本（即人力和材料）在过去10年内急剧上升。
在1981年，美国的铁路系统花费在维护其关键系统上的成本超过了200亿美元。
在1991年，这种成本已经升至300多亿美元，而在2000年更是破记录地达到600亿美元。
数据表明，这些成本的三分之一到二分之一由于采用无效的维护管理方法而被浪费掉。
美国铁路界再也无法容忍这种另人难以置信的无效率，于是他们将维护管理类型由“运转至出现故障再维修”改为“预防性维护”。
预测性维护（PdM）是一种提倡定期采集测量数据并随时间跟踪关键指标以预测关键设备何时需要维修从而避免发生故障的维护方法。
因此，识别将要发生的设备故障并防止其发生，会带来较低的维护成本和较少的生产损失。
预测性维护的目标是要将维护资源从紧急维修转移到对关键设备进行有计划的检查上面来。
检查所花费的时间要少于维修，尤其是使用一台热成像仪时更是这样。
热成像仪可进行非接触式红外温度测量，可以二维图像的形式来记录一个物体的温度状况。
这与只能在单个点处获得温度读数的红外温度计不同，热成像仪可以捕获关键部件以及设备整体的温度。
热成像仪还可以储存以前和当前的图像以进行比较，并可将图像上载到一个中心数据库中，从而来对关键工厂设备、机器和系统的工作状况进行监视。
从红外热像仪获得的信息提供了有效管理维护操作的方法。
至少，它们可以降低或消除不必要的维修、防止灾难性的故障发生并降低无效的维护操作对生产运营所造成的不利影响。
当其功能被充分利用时，红外热像仪就提供了将设备和系统的总体性能、机器有用寿命以及设施及其资产的寿命循环成本实现最佳化的方法。
基于计算机的维护管理系统可提供历史数据以及使用从预知性维护技术得到的数据的方法。
红外热成像仪是预测性维护计划中的第一道防线。
技术人员可以迅速测量并比较检查路线上每台设备的热量特征，无需中断设备运行。
如果温度与以前的读数有明显的不同，则可以使用其他维护技术（振动分析、电机电路分析、空气超声波分析以及润滑油分析等）来调查问题原因，并决定下一步的行动。
为获得最佳结果，将您的所有维护技术集成到同一个计算机系统内，以便它们共享相同的设备列表、历史数据、报告和工作订单。
中国的铁路系统是世界上最繁忙的铁路系统，每天输送着大量的乘客和物资，是关系国家经济建设的大动脉。
铁路系统同时也是一个非常庞大复杂的系统，在全国范围内有着数不胜数的电力机车、配套电气设备、接触网线和信号系统，这些设备一旦出现故障势必会给铁路系统带来巨大的损失，如果由于设备故障而导致重大事故，后果则更加不堪设想。
对铁路系统当中的这些重大装置设备采用有效的预测性维护的重要性和紧迫性不容忽视。
第二章：
FLUKE红外热像仪在电力机车车头检测当中的应用
电力机车因其功率大、速度快、运载能力高等优点近年来在铁路运行系统中所占的比例越来越高，电力机车内部有大量的电力设备，其运行时会产生很大的热量，同时由于连接件松动、设备问题等原因将造成机车故障，严重时会导致事故的发生，红外热像仪可以在机车停车间隙进行巡检，及时发现机车内部的设备隐患，避免事故的发生。
电力机车概述
电力机车本身不带原动机，靠接受接触网送来的电流作为能源，由牵引电动机驱动机车的车轮。
电力机车具有功率大、热效率高、速度快、过载能力强和运行可靠等主要优点，而且不污染环境，故在铁路系统中得到迅速的发展，目前交通干线上进行客运及货运的机车基本都是电力机车，而传统的内燃型机车一般作为支线运输或备份机车进行使用。
为什么需要对电力机车进行温度检测？
电力机车内部有大量的电力设备及机械设备，如果发生过热导致设备故障将会使机车停运，严重时将引发行车事故，所以当机车完成运输任务后，均需要进行短暂的设备巡检，保证行车安全。
电力机车需要对哪些设备进行温度检测？
电力机车一般由下列部分构成：
总成、车体、转向架、主变压器、网络控制、主变流器、驱动装置、牵引电机、制动系统等。
因电力机车车型较多，现以韶山3型（SS3）电力机车为例，该型车内部涉及到红外热像仪检测的部件主要有：
主变压器、调压开关、变流装置、牵引电动机、电子控制柜、制动电阻柜等。
牵引电动机轴温
典型客户
各铁路局机务段及检修车间。
红外热像仪机车温度检测的优势
1红外检测具有远距离、不停电、不接触、不解体等特点，给电力机车设备状态监测提供了一种先进手段。
2Fluke已申请专利的IR－Fusion技术除了拍摄红外图像外，还同时捕获一幅数字照片，将其融合在一起，有助于识别和定位故障，从而能够在第一时间正确的修复故障。
3Fluke热像仪配备了功能强大的软件，用于存储和分析热图像并生成专业报告。
通过该软件，可以对热像图中发射率、反射温度补偿以及调色板等关键参数进行调节，提高了检查的安全性和方便性。
主变压器大功率调压电阻
如何能做好电力机车的检测？
电力机车在运行时是不允许进行检测的，只有在进站后会有20至30分钟的检测时间，所以我们建议：
1、检测前做好检测目标的排序，尽量做到一条路线将所有的检测点都包含在内。
2、掌握主要设备正常运行时的温度范围，这样在遇到问题点时可以快速做出判断。
3、注意安全，虽然机车停止电动机运行，但有部分用电设备依旧带电，部分设备同时还有高温（如主变压器大功率调压电阻）。
4、部分接点因断电后温度下降，若与同类接点相比有温差，就算差异不是很大，也需要关注
5、机车内部分区域比较暗，最好请带上照明工具。
电子控制柜
第三章：
FLUKE红外热像仪在接触网检测当中的应用
接触网是电气化铁路的重要组成部分，主要为电气化机车提供动力；接触网的连接件由
于受外界因素的影响容易发生过热，严重时会导致供电中断，引发列车停运事故；红外
热像仪可以在远距离对接触网进行温度检测，及时发现隐患，避免事故的发生。
什么是接触网？
接触网是沿铁路线上空架设的向电力机车供电的特殊形式的输电线路。
其由接触悬挂、支持装置、定位装置、支柱与基础几部分组成。
接触悬挂包括接触线、吊弦、承力索以及连接零件。
接触悬挂通过支持装置架设在支柱上，其功用是将从牵引变电所获得的电能输送给电力机车。
接触网的分类大多以接触悬挂的类型来区分。
我们所讲的接触悬挂的分类是对接触网的每个锚段而言的。
接触悬挂的种类较多，一般根据其结构的不同分成简单接触悬挂和链形接触悬挂两大类。
简单接触悬挂（以下简称简单悬挂）系由一根接触线直接固定在支柱支持装置上的悬挂形式。
国内外对简单悬挂做了不少研究和改进。
我国现采用的带补偿装置的弹性简单悬挂系在接触线下锚处装设了张力补偿装置，以调节张力和弛度的变化。
在悬挂点上加装8～16m长的弹性吊索，通过弹性吊索悬挂接触线，这就减少了悬挂点处产生的硬点，改善了取流条件。
另外跨距适当缩小，增大接触线的张力去改善弛度对取流的影响。
链形悬挂的接触线是通过吊弦悬挂在承力索上。
承力索悬挂于支柱的支持装置上，使接触线在不增加支柱的情况下增加了悬挂点，利用调整吊弦长度，使接触线在整个跨距内对轨面的距离保持一致。
链形悬挂减小了接触线在跨距中间的弛度，改善了弹性，增加了悬挂重量，提高了稳定性，可以满足电力机车高速运行取流的要求。
为什么需要对接触网进行温度检测？
接触网连接件容易受到外界因素的影响发生过热，严重时会造成供电中断，引发列车停运事故，接触网的连接件发生过热的主要原因有：
1氧化腐蚀。
由于外部热缺陷的导体接头部位长期裸露在大气中运行，长年受到日晒、雨淋、风尘结露及化学活性气体的侵蚀，造成连接件导体接触表面严重锈蚀或氧化，氧化层都会使金属接触面的电阻率增加几十倍甚至上百倍；
2连接件接头松动。
导体连接部位在长期遭受机械震动、抖动或在风力作用下摆动，使导体压接螺丝松动。
典型客户
各铁路局供电段。
红外热像仪检测接触网的优势
1、红外检测具有远距离、不停电、不接触、不解体等特点，给铁路系统接触网日常维护保养提供了一种先进手段。
2、Fluke已申请专利的IR－Fusion技术除了拍摄红外图像外，还同时捕获一幅数字照片，将其融合在一起，有助于识别和定位故障，从而能够在第一时间正确的修复故障。
3、Fluke热像仪配备了功能强大的软件，用于存储和分析热图像并生成专业报告。
通过该软件，可以对热像图中发射率、反射温度补偿以及调色板等关键参数进行调节，提高了检查的安全性和方便性。
推荐热像仪型号
接触网输电线路电压为27.5KV，其输电线路距离地面一般不超过10米，推荐使用Ti10或Ti25进行检测。
如何能做好接触网的检测？
接触网安装于室外线路，其受外部环境干扰的因素也较多，我们建议：
1、检测时要注意尽量避免测量阳光直设，特别是避免正午进行拍摄。
2、若在自动模式下热图不清晰，可先使用自动模式测量接触网的温度范围；然后手动设置水平及跨度，将温度范围设置在最小，并包含有先前测量的温度范围（各款仪器最小温度范围不同）。
3、若现场有多个接触网连接件，请互相对比其温度，这样可及时发现接触网连接件的发热故障。
第四章：
FLUKE红外热像仪在机车轮轴温度检测当中的应用
机车轮轴测温是铁路系统中规定必须进行温度检测的一个项目，当轮轴的温度高于环境
温度40℃以上的，就必须立即更换，否则会损害轴承强度及刹车片性能，红外热像仪可
以及时、准确地发现轮轴过热隐患，避免行车事故。
为什么需要对机车轮轴进行温度检测？
目前，随着我国经济的发展，铁路运输的紧张状况将愈来愈突出，为解决铁路运输紧张的局面，铁道部数次对列车进行提速；但随着车速的提高，轮轴温升的问题愈发重要。
这就需要加强对轮轴温升的监控。
火车轮轴测温是铁路系统中规定必须进行温度检测的一个项目，当轮轴的温度高于环境温度40℃以上的，就必须立即更换，否则会损害轴承强度及刹车片性能，导致事故，所以当列车进站后就需要进行轮轴的检测，每次发现的温度过高情况都需要进行记录并做标记（最高温度的轮轴的位置也需要记录）。
为什么热像仪能够对轮轴进行检测？
火车的轮轴安装不当和超负荷运转时，与轴瓦摩擦会产生大量的热量，严重时会使整个车轴发热变红，最后发生车轴断裂，造成翻车事故，红外热像仪可以通过非接触测量来及时发现过热的轮轴，避免因轮轴温度过高发生行车事故。
典型客户
各铁路局车辆段。
热像仪检测独特优势
目前在车辆段通常使用的检测仪器是红外点温仪，这在铁路系统中使用非常广泛，但红外点温仪检测轮轴有3个主要缺点：
1、容易造成漏检。
红外点温仪只能显示一个区域范围的平均温度，不能反映整个轮轴的温度状态，测量时可能会造成漏检。
2、采样面积大，测量不够准确。
铁路系统用的红外点温仪光学系统较为简单，D∶S一般在6∶1至12∶1左右，在2米外的采样范围就要达到20cm至35cm，而检测的轮轴的部位没有那么大的范围，这样容易造成测量误差。
3、测量不方便。
为了解决红外点温仪采样面积大的问题，铁路车辆维护工人往往需要在距离轮轴非常近的位置检测，这样即不方便，又对安全造成隐患。
在使用红外热像仪进行检测时，热像仪测温的方便快捷的特性非常突出，特别是红外-可见光融合功能，在检测时站在2米外就能准确测量轮轴温度，可以大大提高检测效率，同时避免在检测时列车启动造成事故的隐患。
轮轴轮轴盖
如何能做好机车轮轴的红外热像检测？
1、先使用自动模式测量轮轴的温度范围；然后手动设置水平及跨度，将温度范围设置在最小，并包含有先前测量的温度范围（各款仪器最小温度范围不同）；
2、切换各调色板模式，使热像图显示效果达到最佳。
附录：
进行一次红外热成像测量维护项目
一项成功的红外热成像计划包含计划和行动两个方面。
购买Fluke热成像仪并获得一些基本培训仅仅是计划的第一步。
下文概括了使热成像计划成为公司运行中的一个关键部分的步骤。
入门
∙向管理层提交一份您在热成像培训中所学到的东西以及下一步行动想法的总结。
以提供支持的方式传达您的想法，并找到测量热成像技术性能结果的方法。
∙在以后的6个月内，每个星期争取使用热成像仪2-3次以进行实际练习。
从一开始就对您的工作进行计划，跟踪测量结果，并对结果进行记录。
∙定期与主管经理、生产线管理人员和其他同事面对面商谈解释热成像技术涉及的内容，演示仪器的使用，争取获得他们的支持，并建立一个供他们要求进行热成像调查的机制。
建立一个热成像仪应用发现的奖励部门，以利于在全公司范围内传达您的计划。
∙与其他预测性维护方法相结合
∙热成像检查经常是较大规模预测性维护（PdM）计划的一部分。
来自其他技术（如振动分析、电机电路分析、空气超声波分析以及润滑油分析等）的数据，都可用于研究机器设备的状况。
理想情况下，这些技术都使用同一种计算机化维护管理系统（CMMS），以访问设备清单、历史记录，并储存报告和管理工作订单。
∙制定书面检查步骤。
书面检查步骤可促进提高所采集数据的质量，并确保检查安全完成。
主要内容包括安全问题、所需条件和用于解释数据的指南。
设计一个检查计划
对于高成本的维护工作来说，没有什么容易的解决方案。
需要花费大量的时间和精力来选择预知性维护方法，以便提供一种评估关键系统设备的运转状态、建立程序计划、创建一个可行的数据库和一个基准值的最为经济有效的措施。
下面共有10个步骤可帮助您执行一个成功的总体工厂预知性维护计划：
1.确定现有维护成本
2.选择预知性系统和供应商
3．培训要求和支持
4.获得管理支持
5.设计一个程序计划
6.设立专门的执行人员
7.建立会计核算
8.开发一个可行的数据库
9.维持计划
10.信息传达
虽然执行和维持系统总体预知性维护计划需要付出巨大的努力，但从计划获得利益也将是非常巨大的。
作为系统总体运营管理计划一部分的预知性维护如果得到正确执行和维持，就可以降低维护工作对系统的安全性和可靠性，以及运营利润所造成的不利影响。
预知性维护可以将维护操作从一种昂贵的支持功能转变为整个系统带来利润的一个重要成员。
不要期待有什么简单而有快速的修复方法。
与所有有价值的东西一样，要获得积极的结果，就要付出一定的努力。
如果您按照这些步骤执行，您就会建立起一个可为您的系统提供最大利益的系统总体预知性维护计划。
创建合格报告
在任何行业中，将正常运行时间最佳化对于提高生产效率和竞争能力都是十分重要的。
但是如何做到这一点呢？
方法是通过预测性维护（PdM）来保证关键生产设备的可靠性并防止故障发生。
典型的PdM计划提倡对关键资产进行定期检查，并对测量结果进行趋势分析以发现即将发生的故障。
由于温度的上升与几乎所有机械和电气故障有关，因此，热成像测量在PdM计划中有着广泛的应用。
热成像仪通过红外技术来捕获可揭示出物体外表温度的两维图像。
使用最新的手持仪器获取一个热图像只需要很短的时间。
但在获取这些热图像后用它们来做些什么呢？
至少，使用热成像仪的技术人员应将所采集的图像进行存储，以将它们用于下一次检查时的比较参考。
他（或她）还应该注意到目标上的关键温度点，并对它们进行跟踪。
但是，当一个图像指示出可能需要进行维修的一个状况时，应该生成一份报告，描述热图像中显示的内容，并建议可能采取的补救措施。
随后，可将该报告分发给负责维护设备可靠性的人员，使其对问题进一步调查。
以下内容介绍了如何建立起一个可生成一份真实而有用的报告的热成像检查过程。
报告的准备-路线计划
首先，主要操作、维护和安全人员识别出关键设备。
关键设备使指，如果它发生故障，就带来安全或健康危险，危机财产安全，或对生产效率或产品产生不利影响。
然后，使用热成像仪随附的软件，将这些设备安排到一条或几条检查路线中。
路线描述中包括每个检查位置以及需要在那里采集的热图像。
随后，将这种信息装入热成像仪，以便在检查路线上为图像采集人员（技术人员）提供指南。
报告的准备-提醒说明
管理人员也应使用热成像软件来创建特定检查路线的提醒说明。
通常，这些提醒说明包括：
•“安全第一”信息：
一般性安全指南以及在每个检查点应该做什么和不应该做什么的特定注
意事项。
•有关站在什么位置以及在每个检查点所检查内容的特殊说明，以确保每次检查之间的一致性
•有关热成像仪使用方法的信息，特别是从事该工作不久的热成像检查人员
•有关特定检查点处特殊条件的信息，例如，高背景热量、可使热量散失的风等。
所有这些与报告有什么关系呢？
在任何预测性维护（PdM）计划中，从一个热量读数到下一个热量读数对设备状况进行跟踪和比较是必不可少的。
测量读数以及报告必须提供用于比较的可靠图像。
提醒说明可帮助带来图像采集的一致性，而图像采集的一致性是产生精确、有效报告的关键。
报告的准备-图像采集
在路线建立过程中，维护经理还需要针对检查路线上的每个检查点获取初始热图像和数字图像。
热图像既可用作进行比较的基准图像，又可用作在每个检查点需要“捕获”什么的例子。
当一条检查路线经过很好构思并且提醒说明得到遵从时，技术人员就能够保证获得良好、可用的热图像。
相应的数字照片也使对热图像的解释变得容易。
报告什么？
当技术人员完成了检查路线上的所有检查工作时，他（或她）返回维护部门，将采集到的图像下载到用于创建检查路线的计算机上。
热量分析和报告软件可进行数据传输，并帮助维护人员将测量结果以报告的形式进行组织。
创建的报告用于传达测量结果并采取行动，例如，发出维修订单或进行进一步监视。
通常的报告内容是一些异常现象（温度高于正常情况的电机或绕组）或趋于报警状况的设备温度。
报告选项
通过分析和报告软件，技术人员可对图像进行增强处理以便在报告中更好地查看，对图像分析进行说明，对特殊位置处定点测量图像添加注释，并结合进测量路线中输入的备注。
通常，一份报告包含热图像和数字图像。
可以包括进日期、时间和设备名称，也可能包括进问题编号和
工作订单号。
如果报告人员能够做出诊断判断，报告中还可以包含诊断备注。
（有关报告中可能包含内容的详细列表，请参见ASTM标准（1934年版）“使用红外热成像技术对电气和机械设备进行检查的标准指南”中的第7节“报告”。
）通过福禄克手持式热成像仪随附的软件所创建的报告可被保存为Microsoft®Word文件和PDF文件。
这种功能可使报告人员打印出纸质报告，或作为电子邮件附件将它们分发给相应人员以采取行动。
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