董 偉 上海鐵路局調(diào)度所

動(dòng)車組車輛安全檢測(cè)監(jiān)控技術(shù)的探討

董 偉 上海鐵路局調(diào)度所

動(dòng)車組在我局大量開行，動(dòng)車組的安全成為車輛安全中的重中之重。為確保動(dòng)車組運(yùn)行安全，在總結(jié)既有車輛運(yùn)行安全保障經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用紅外測(cè)溫、高速攝像、力學(xué)檢測(cè)、聲學(xué)診斷及計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)和信息共享等技術(shù),建設(shè)和完善動(dòng)車組車輛安全檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)車組的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，確保動(dòng)車組的絕對(duì)安全。

動(dòng)車組；安全；檢測(cè)；監(jiān)控；探討

1 現(xiàn)狀

隨著高速鐵路的快速發(fā)展，近年我局開行了大量的動(dòng)車組，動(dòng)車組行車安全的檢測(cè)監(jiān)控需求日漸強(qiáng)烈。但是動(dòng)車組車載安全防范措施失效和設(shè)計(jì)制造源頭質(zhì)量缺陷等安全隱患問(wèn)題時(shí)有發(fā)生。如時(shí)速250 km/h以下客運(yùn)專線，地面軸溫探測(cè)與動(dòng)車組軸報(bào)器檢測(cè)溫度誤差較大且熱軸預(yù)報(bào)模型不一致；時(shí)速300km/h以上高鐵線路上沒有安裝地面軸溫探測(cè)設(shè)備，高鐵動(dòng)車組軸溫監(jiān)測(cè)手段單一；動(dòng)車組軸承早期故障缺少有效的監(jiān)測(cè)手段；動(dòng)車組車載監(jiān)控系統(tǒng)故障誤報(bào)、漏報(bào)；動(dòng)車組在嚴(yán)寒冰雪氣候運(yùn)行時(shí)，底部及轉(zhuǎn)向架結(jié)冰、積雪狀況無(wú)法有效監(jiān)測(cè)等?？傊瑒?dòng)車組運(yùn)行安全防范手段有待加強(qiáng)。

2 檢測(cè)設(shè)備簡(jiǎn)介

2.1 紅外線軸溫探測(cè)設(shè)備

車輛軸溫智能探測(cè)系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱THDS）利用安裝在軌道兩側(cè)的紅外線軸溫探測(cè)設(shè)備捕捉通過(guò)車輛的軸承或軸箱輻射紅外能量，通過(guò)和車號(hào)AEI設(shè)備相結(jié)合，對(duì)車輛軸位準(zhǔn)確定位，能夠檢測(cè)到每個(gè)最高時(shí)速達(dá)360 km/h的車輛軸箱的溫度，達(dá)到較高的測(cè)溫精度和熱軸預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。通過(guò)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，可有效預(yù)報(bào)、防范熱切軸故障的發(fā)生。

2.2 高速攝像設(shè)備

動(dòng)車組運(yùn)行故障動(dòng)態(tài)圖像檢測(cè)系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱TEDS）利用軌邊和軌間高速攝像頭實(shí)時(shí)探測(cè)通過(guò)動(dòng)車組的側(cè)面和底部圖像，監(jiān)測(cè)車鉤、基礎(chǔ)制動(dòng)裝置等容易發(fā)生裂折、損傷的部位，利用圖像自動(dòng)采集、識(shí)別技術(shù)，對(duì)異常情況進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警，有效地縮短了技撿時(shí)間，提高了車輛的檢修質(zhì)量，減輕了檢修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，保證了車輛安全運(yùn)行。

2.3 力學(xué)監(jiān)測(cè)設(shè)備

車輛運(yùn)行品質(zhì)軌邊動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱TPDS）利用設(shè)在軌道上的測(cè)試平臺(tái)，動(dòng)態(tài)檢測(cè)運(yùn)行中車輛輪軌間的動(dòng)力參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛運(yùn)行狀態(tài)的識(shí)別。通過(guò)對(duì)運(yùn)行狀態(tài)不良車輛的報(bào)警、追蹤、處理，減少脫軌事故的發(fā)生；系統(tǒng)具有車輪踏面損傷監(jiān)測(cè)功能，能對(duì)擦傷、剝離、失圓、偏心等各類踏面損傷進(jìn)行科學(xué)評(píng)判，根據(jù)其嚴(yán)重程度分級(jí)報(bào)警。通過(guò)對(duì)車輪踏面損傷報(bào)警的處理，大大降低了車輪踏面損傷對(duì)車輛關(guān)鍵零部件及軌道結(jié)構(gòu)的傷損。系統(tǒng)與其它安全監(jiān)控系統(tǒng)共享監(jiān)測(cè)信息，如與紅外軸溫監(jiān)控系統(tǒng)綜合應(yīng)用，大大提高報(bào)警質(zhì)量，強(qiáng)化車輛安全保障能力。

2.4 聲學(xué)診斷設(shè)備

車輛滾動(dòng)軸承故障軌邊聲學(xué)診斷系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱TADS）是在軌邊安裝聲學(xué)傳感器陣列對(duì)車輛軸承的振動(dòng)聲音信號(hào)進(jìn)行采集，采用現(xiàn)代聲學(xué)診斷技術(shù)，將時(shí)域信號(hào)進(jìn)行能量譜、功能譜分析，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、載荷的因素，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、防范。將防范軸承故障關(guān)口提前，大大提高保障行車安全的能力。

3 建議

3.1 完善THDS系統(tǒng)探測(cè)動(dòng)車組的預(yù)報(bào)模型

為解決時(shí)速250 km/h以下客運(yùn)專線THDS地面探測(cè)與動(dòng)車組軸報(bào)器檢測(cè)溫度誤差大且熱軸預(yù)報(bào)模型不一致的問(wèn)題，應(yīng)積極聯(lián)系生產(chǎn)廠家改進(jìn)THDS系統(tǒng)探測(cè)動(dòng)車組的預(yù)報(bào)模型，使之與車載軸報(bào)器預(yù)報(bào)標(biāo)準(zhǔn)相一致。

3.2 在300 km/h以上高鐵線路上安裝改進(jìn)的地面THDS設(shè)備

現(xiàn)在我局300 km/h以上高鐵線路上運(yùn)行的動(dòng)車組主要采用車載系統(tǒng)的軸溫報(bào)警器連續(xù)監(jiān)測(cè)軸溫。然而在軸報(bào)器發(fā)生故障的情況下，軸溫就失去了監(jiān)測(cè)，無(wú)法預(yù)判軸承故障，可能導(dǎo)致嚴(yán)重后果。另外動(dòng)車組制動(dòng)盤、電機(jī)、齒輪箱、車輪等會(huì)發(fā)生熱故障的車底部件，現(xiàn)在的動(dòng)車組車載設(shè)備尚未實(shí)現(xiàn)完全監(jiān)控，難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)這些部件的熱故障。高鐵動(dòng)車組THDS系統(tǒng)利用多元光子探頭探測(cè)多點(diǎn)軸箱溫度，能夠集中探測(cè)車底重要部件的溫度變化趨勢(shì)，對(duì)部件的熱故障實(shí)現(xiàn)及時(shí)報(bào)警。在300 km/h以上高鐵線路上安裝改進(jìn)的地面THDS設(shè)備，是對(duì)高鐵動(dòng)車組軸溫的補(bǔ)充監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)了高鐵動(dòng)車組軸溫監(jiān)測(cè)的雙保險(xiǎn)。

3.3 在高鐵線路和客運(yùn)專線上安裝針對(duì)動(dòng)車組的TPDS設(shè)備、TADS設(shè)備

動(dòng)車組車輪踏面損傷和走行部狀態(tài)監(jiān)測(cè)是關(guān)系動(dòng)車組運(yùn)行安全的重要內(nèi)容。車輪踏面損傷對(duì)車輛零部件及軌道結(jié)構(gòu)危害很大，踏面損傷存在各種形式，如擦傷、剝離、失圓、動(dòng)不平衡等，均可引起輪軌間的沖擊作用力，其危害程度與缺陷的形狀、位置、速度、輪重相關(guān)，采用幾何測(cè)量、加速度、聲學(xué)等手段均不足以科學(xué)評(píng)判動(dòng)車組踏面損傷的危害程度。動(dòng)車組既有的入段檢測(cè)設(shè)備只能在低速條件下對(duì)踏面損傷進(jìn)行幾何檢測(cè)，無(wú)法檢測(cè)較高速度下輪對(duì)動(dòng)態(tài)損傷。在既有TPDS對(duì)貨車輪對(duì)踏面損傷、運(yùn)行品質(zhì)檢測(cè)的基礎(chǔ)上，利用輪軌力連續(xù)測(cè)量技術(shù)，安裝針對(duì)動(dòng)車組的車輛運(yùn)行品質(zhì)軌邊動(dòng)態(tài)檢測(cè)設(shè)備，實(shí)時(shí)檢測(cè)通過(guò)的動(dòng)車組，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)車組輪對(duì)踏面損傷、失圓、運(yùn)行品質(zhì)的動(dòng)態(tài)檢測(cè)。

動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架軸承是承受載荷和傳遞載荷的主要部件。目前，對(duì)動(dòng)車組滾動(dòng)軸承的檢測(cè)主要依靠車載軸溫報(bào)警裝置在線監(jiān)控，其主要監(jiān)控的是軸承晚期故障，問(wèn)題發(fā)現(xiàn)不及時(shí)。針對(duì)動(dòng)車組的TADS設(shè)備運(yùn)用新型軌邊聲學(xué)判定技術(shù)、數(shù)據(jù)趨勢(shì)分析技術(shù)，能夠更加快速準(zhǔn)確地對(duì)故障軸承進(jìn)行實(shí)時(shí)異常分析和分級(jí)報(bào)警，實(shí)現(xiàn)動(dòng)車組滾動(dòng)軸承的早期故障檢測(cè)和診斷。

3.4 完善既有TEDS設(shè)備

對(duì)于高速運(yùn)行的動(dòng)車組，特別是在有砟軌道上運(yùn)行的動(dòng)車組，在運(yùn)行中容易受到異物擊打底部部件，從而形成安全隱患。而由于動(dòng)車組采用高站臺(tái)停站，兩側(cè)裙板完全封閉、底板高度低，在入庫(kù)前難以實(shí)現(xiàn)對(duì)底部和側(cè)部部件的檢測(cè)和檢修。TEDS系統(tǒng)利用高速攝像、圖像處理、圖像智能模式識(shí)別等技術(shù)，能夠采集高速運(yùn)行中動(dòng)車組的轉(zhuǎn)向架、底板、車端連接部、裙板等關(guān)鍵部位的圖像，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架、底部、制動(dòng)、側(cè)部裙板等部件的在線監(jiān)測(cè)。

3.5 建設(shè)動(dòng)車組安全檢測(cè)綜合探測(cè)站

高鐵線路大部分是高架線路，安裝安全檢測(cè)監(jiān)控設(shè)備的空間很小，設(shè)備檢修和施工必須在很短的天窗時(shí)間內(nèi)完成，而THDS、TADS、TEDS設(shè)備對(duì)動(dòng)車組運(yùn)行速度等技術(shù)條件的要求接近，為實(shí)現(xiàn)硬件資源、數(shù)據(jù)資源及維護(hù)能力的共享，減少設(shè)備檢修、施工時(shí)間，應(yīng)對(duì)動(dòng)車組監(jiān)測(cè)設(shè)備（包括THDS、TADS、TEDS）進(jìn)行綜合規(guī)劃與整合，建設(shè)多功能、模塊化的動(dòng)車組安全綜合探測(cè)站，實(shí)現(xiàn)動(dòng)車組運(yùn)行狀態(tài)的多維度監(jiān)控。

4 結(jié)束語(yǔ)

動(dòng)車組車輛安全檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)將運(yùn)行中車輛動(dòng)態(tài)信息及早期故障情況及時(shí)采集報(bào)警，并進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)跟蹤監(jiān)控，及時(shí)消除隱患，確保了行車安全。各子系統(tǒng)采用智能化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化技術(shù)，在鐵路沿線建設(shè)系統(tǒng)探測(cè)站，實(shí)現(xiàn)地面設(shè)備和車載設(shè)備對(duì)動(dòng)車組運(yùn)行安全的動(dòng)態(tài)檢測(cè)、數(shù)據(jù)集中、聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行、遠(yuǎn)程監(jiān)控、信息共享，從而顯著地提高動(dòng)車組安全防范能力。

責(zé)任編輯：許耀元

來(lái)稿日期：2017-02-27