徐 艷 上海鐵路局上海動(dòng)車客車段

LY-80型輪對(duì)故障動(dòng)態(tài)檢測系統(tǒng)包括基本檢測單元和安防監(jiān)控子系統(tǒng)。基本檢測單元包括車號(hào)識(shí)別模塊、輪對(duì)外形輪廓及內(nèi)側(cè)距檢測模塊、車輪直徑檢測模塊、車輪擦傷及不圓度檢測模塊、踏面裂紋探測模塊五個(gè)基本檢測模塊。為輔助基本檢測單元的工作，在基本檢測單元的前后方分別設(shè)置了車輛接近檢測單元和車輛離去檢測單元。LY-80型輪對(duì)故障動(dòng)態(tài)檢測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)輪對(duì)外形尺寸和踏面缺陷狀況在線動(dòng)態(tài)自動(dòng)檢測。適用于CRH各型動(dòng)車組、各型客車車輛、機(jī)車和地鐵車輛等。

1 LY-80型輪對(duì)故障動(dòng)態(tài)檢測系統(tǒng)組成及功能

1.1 組成

1.1.1 軟件系統(tǒng)組成

LY-80型輪對(duì)故障動(dòng)態(tài)檢測系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集處理子系統(tǒng)和現(xiàn)場控制程序、數(shù)據(jù)分析管理子系統(tǒng)和安防監(jiān)控軟件、基本檢測單元和監(jiān)控系統(tǒng)組成。基本檢測單元由外形尺寸檢測子系統(tǒng)、踏面缺陷探傷子系統(tǒng)、擦傷檢測子系統(tǒng)組成。LY-80型輪對(duì)故障動(dòng)態(tài)檢測系統(tǒng)組成示意圖如圖 1所示。

圖1 LY-80型輪對(duì)故障動(dòng)態(tài)檢測系統(tǒng)組成

1.1.2軟件系統(tǒng)布局

LY-80型輪對(duì)故障動(dòng)態(tài)檢測軟件系統(tǒng)由5臺(tái)計(jì)算機(jī)組成，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)查詢等功能?？刂剖覂?nèi)設(shè)計(jì)算機(jī)：遠(yuǎn)程主機(jī)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。設(shè)備間內(nèi)設(shè)計(jì)算機(jī)：探傷主機(jī)、尺寸檢測主機(jī)、擦傷檢測主機(jī)。

1.2 功能

LY-80型輪對(duì)故障動(dòng)態(tài)檢測系統(tǒng)主要功能是完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的檢測過程控制、數(shù)據(jù)分析、存儲(chǔ)、顯示、管理及與其它信息平臺(tái)的接口。檢測功能分為輪對(duì)外形尺寸檢測、踏面缺陷探傷和踏面擦傷檢測等幾個(gè)部分。尺寸檢測部分的檢測項(xiàng)目有踏面磨耗、輪緣厚度、車輪直徑、QR值（輪緣斜度）、輪對(duì)內(nèi)距、輪輞/輪箍寬度等參數(shù)；踏面缺陷探傷主要檢測車輪表面/近表面10 mm范圍內(nèi)的踏面裂紋和剝離；踏面擦傷檢測部分用于測量踏面擦傷和車輪不圓度。基本檢測單元的主要功能是獲取輪對(duì)外形和踏面缺陷的原始檢測數(shù)據(jù)。設(shè)備間數(shù)據(jù)采集處理子系統(tǒng)主要功能是實(shí)時(shí)采集處理基本檢測單元的測量信號(hào)，形成檢測結(jié)果，并以一定的格式與控制室內(nèi)的主機(jī)通信，接收控制室主機(jī)的控制命令，向控制室主機(jī)發(fā)送狀態(tài)信息和檢測結(jié)果。另外，設(shè)備間現(xiàn)場控制程序還負(fù)責(zé)控制現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備的工作，處理監(jiān)控信號(hào)?？刂剖覕?shù)據(jù)分析管理子系統(tǒng)和安防監(jiān)控軟件的功能是：控制“LY-80型輪對(duì)故障動(dòng)態(tài)檢測系統(tǒng)”的啟停，監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀況，管理最終的檢測結(jié)果，提供用戶訪問界面、數(shù)據(jù)輸入/輸出接口、數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)管理。監(jiān)控系統(tǒng)的傳感器部分位于現(xiàn)場擋光防護(hù)通道內(nèi)，主要由帶云臺(tái)低照度攝像機(jī)、車體判別傳感器、紅外微波雙鑒探測器、聲光報(bào)警器、照明燈及壁掛式音響組成，共同完成對(duì)現(xiàn)場的監(jiān)視、防盜及聲光報(bào)警，確?，F(xiàn)場檢測設(shè)備的安全。

1.2.1 遠(yuǎn)程主機(jī)上的程序

（1）遠(yuǎn)程主控程序：主要負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)所有現(xiàn)場檢測子系統(tǒng)的工作，如下發(fā)編組/車號(hào)信息、開始檢測命令、結(jié)束檢測命令，收集各子系統(tǒng)檢測結(jié)果數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息等。

（2）數(shù)據(jù)報(bào)表程序：提供給用戶查看和管理檢測數(shù)據(jù)的界面程序，通過它可以顯示輪對(duì)外形尺寸檢測數(shù)據(jù)報(bào)表、探傷數(shù)據(jù)報(bào)表和擦傷檢測數(shù)據(jù)報(bào)表；能夠繪制車輪外形輪廓曲線、踏面探傷波形、踏面擦傷檢測波形、車輪圓度曲線；提供過車檢測報(bào)文和檢測結(jié)果分級(jí)顯示；另外還提供數(shù)據(jù)綜合分析報(bào)告，方便用戶掌握輪對(duì)磨耗規(guī)律，指導(dǎo)輪對(duì)的日常檢修工作。

（3）安防程序：為保障“LY-80型輪對(duì)故障動(dòng)態(tài)檢測系統(tǒng)”安全，配合安防系統(tǒng)工作的專用軟件，獨(dú)立于檢測系統(tǒng)運(yùn)行。通過它可以在遠(yuǎn)程控制室內(nèi)實(shí)時(shí)監(jiān)控“LY-80型輪對(duì)故障動(dòng)態(tài)檢測系統(tǒng)”現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和查看歷史監(jiān)控視頻錄像。

1.2.2 探傷機(jī)上的程序

探傷檢測程序：實(shí)現(xiàn)輪對(duì)踏面缺陷探傷數(shù)據(jù)的采集和分析。

1.2.3 尺寸檢測機(jī)上的程序

（1）圖像采集客戶端程序：完成輪對(duì)外形尺寸檢測模塊的圖像采集功能。

（2）數(shù)據(jù)處理客戶端程序：完成對(duì)原始圖像數(shù)據(jù)的分析處理，得到輪對(duì)外形尺寸數(shù)據(jù)。

（3）尺寸檢測主控程序：負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)圖像采集客戶端程序和數(shù)據(jù)處理客戶端程序有序工作，共同完成整個(gè)尺寸檢測子系統(tǒng)的檢測功能。

（4）現(xiàn)場控制程序：完成現(xiàn)場所有設(shè)備的控制功能。

（5）車號(hào)識(shí)別程序：用于識(shí)別待檢動(dòng)車、機(jī)車、車輛車號(hào)和端位信息。

1.2.4 安裝在尺寸檢測機(jī)上的程序

擦傷檢測程序：完成踏面擦傷波形的采集分析和獲得踏面擦傷和車輪不圓度檢測結(jié)果。

2 電氣控制原理

2.1 傳感器介紹

2.1.1 接近傳感器

尺寸檢測系統(tǒng)中車輛接近檢測傳感器及開關(guān)罩保護(hù)機(jī)構(gòu)的開關(guān)罩到位檢測采用了非接觸式電渦流接近傳感器。當(dāng)金屬物體進(jìn)入傳感器的檢測范圍時(shí)，傳感器輸出開關(guān)量信號(hào)。

2.1.2對(duì)射式光電傳感器

對(duì)射式光電傳感器由光電發(fā)射器和光電接收器兩部分構(gòu)成。光電發(fā)射器通過光電轉(zhuǎn)換單元將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，通過發(fā)射器的出射端發(fā)射一定波長的紅外光。光電接收器被安裝在光電發(fā)射器的光路方向上。當(dāng)接收器與發(fā)射器的距離在光電傳感器檢測范圍內(nèi)時(shí)，接收器接收到一定強(qiáng)度的光信號(hào)，通過接收器的光電轉(zhuǎn)換單元實(shí)現(xiàn)光信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。當(dāng)有物體從發(fā)射器--接收器之間通過時(shí)，光信號(hào)被切斷，光電接收器接收不到光信號(hào)，輸出端電信號(hào)發(fā)生變化。通過檢測光電接收器輸出信號(hào)的變化可判斷是否有物體通過。

2.1.3 光纖傳感器

尺寸檢測系統(tǒng)的車輪檢測觸發(fā)傳感器、測速傳感器及探傷計(jì)軸傳感器都使用了光纖傳感器。光纖傳感器主要由放大器和信號(hào)光纖組成，放大器負(fù)責(zé)光信號(hào)的發(fā)射和接收處理，光纖則作為光信號(hào)的發(fā)射器和接收器，通過判斷接收端信號(hào)的有無，輸出檢測信號(hào)。光纖傳感器一般用于較小安裝空間的地方作信號(hào)的精確檢測。

2.1.4 紅外微波雙鑒探測器

根據(jù)黑體輻射理論，不同溫度的物體會(huì)發(fā)出不同波長的紅外光。紅外微波雙鑒探測器便是采用這一原理，通過提取人體發(fā)出的紅外光和人體運(yùn)動(dòng)切割明暗區(qū)時(shí)反射微波信號(hào)的變化作為報(bào)警條件，只有二者同時(shí)具備（即運(yùn)動(dòng)人體進(jìn)入報(bào)警區(qū)域）才發(fā)出報(bào)警信息，而且探測器本身具有防拆報(bào)警輸出，因此這種探測器抗干擾性強(qiáng)，可靠性高，誤報(bào)率低。

2.2 電氣控制原理

LY-80型輪對(duì)故障動(dòng)態(tài)檢測系統(tǒng)從電氣控制原理角度可分為六大部分，即系統(tǒng)電氣主控部分、尺寸檢測電氣控制部分、探傷電氣控制部分、擦傷電氣控制部分、車號(hào)識(shí)別控制部分和安防監(jiān)控部分。

安防系統(tǒng)電氣控制原理圖如圖 2所示。

圖2 安防系統(tǒng)電氣控制原理圖

檢測系統(tǒng)電氣控制原理圖如圖 3所示。

圖3 檢測系統(tǒng)電氣控制原理圖

3 LY-80型輪對(duì)故障動(dòng)態(tài)檢測系統(tǒng)各子系統(tǒng)檢測原理及流程

3.1 尺寸檢測子系統(tǒng)

3.1.1 工作原理

尺寸檢測子系統(tǒng)工作原理：采用“光截圖像測量技術(shù)”來實(shí)現(xiàn)對(duì)車輪外形輪廓和輪對(duì)關(guān)鍵外形尺寸的非接觸動(dòng)態(tài)檢測。

3.1.2 檢測流程

尺寸檢測子系統(tǒng)檢測流程圖如圖 4所示。

3.2 電磁超聲探傷系統(tǒng)

3.2.1 工作原理

應(yīng)用先進(jìn)的電磁超聲換能器（EMAT）原理，具有非接觸快速檢測、無需耦合劑的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)輪對(duì)踏面缺陷的快速動(dòng)態(tài)自動(dòng)檢測。

3.2.2 檢測流程

檢測流程受“LY-80型輪對(duì)故障動(dòng)態(tài)檢測系統(tǒng)”的統(tǒng)一控制。當(dāng)有機(jī)車、車輛到達(dá)時(shí)，車號(hào)識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別出車號(hào)信息，輪對(duì)探傷系統(tǒng)在“LY-80型輪對(duì)故障動(dòng)態(tài)檢測系統(tǒng)”主控程序控制下進(jìn)入待檢狀態(tài)；當(dāng)輪對(duì)通過輪對(duì)探傷系統(tǒng)檢測區(qū)域時(shí)，輪對(duì)探傷系統(tǒng)完成車輪踏面的缺陷檢測，并分析、存儲(chǔ)檢測結(jié)果；當(dāng)機(jī)車、車輛通過檢測區(qū)域后，主控程序下達(dá)檢測結(jié)束命令，輪對(duì)探傷系統(tǒng)結(jié)束當(dāng)前檢測過程，并將檢測、分析結(jié)果傳遞到控制室服務(wù)器上的數(shù)據(jù)庫中保存，然后輪對(duì)探傷系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。

3.3 擦傷（不圓度）子系統(tǒng)

3.3.1 工作原理

通過測量車輪一周的輪緣高度變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)踏面擦傷及車輪不圓度的測量。

3.3.2 檢測流程

擦傷（不圓度）子系統(tǒng)檢測流程圖如圖 5所示。

圖5 擦傷（不圓度）子系統(tǒng)檢測流程圖

4 LY-80型輪對(duì)故障動(dòng)態(tài)檢測系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)

4.1 外形尺寸檢測精度

輪緣厚度 ±0.2mm

輪緣厚度 踏面磨耗 ±0.2mm

QR值 ±0.4mm

車輪直徑 ±0.6mm

輪對(duì)內(nèi)距 ±0.2mm

4.2 車輪擦傷（不圓度）檢測精度

擦傷深度 ±0.2mm

4.3 踏面裂紋檢測指示

裂紋或剝離長度（沿輪對(duì)軸向）≥10mm

裂紋或剝離深（沿車輪徑向） ≥3mm

探測深度 ≤10mm

4.4 環(huán)境參數(shù)

環(huán)境溫度：

室外設(shè)備： -35℃～＋75℃

室內(nèi)設(shè)備： -20℃～＋50℃

相對(duì)濕度：月平均≯90%，最高≯95%

海拔高度：≯1000m

車速范圍：

通過速度：≤45km/h

檢測時(shí)通過速度 ≤15km/h

最佳檢測速度 10km/h±20%

數(shù)據(jù)處理時(shí)間（100輪） ≤2min

兩列車通過間隔時(shí)間： ＞5min

5 結(jié)束語

LY-80型輪對(duì)故障動(dòng)態(tài)檢測系統(tǒng)是集數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析管理系統(tǒng)、基本檢測單元和監(jiān)控系統(tǒng)為一體的新型檢測設(shè)備，操作人員只需操縱鍵盤和鼠標(biāo)，不需停車，不需解體輪對(duì)，即可完成輪對(duì)故障動(dòng)態(tài)檢測。檢測速度快、極大地減輕了現(xiàn)場工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率；非接觸檢測，不影響列車正常運(yùn)行，安全可靠；提供檢測數(shù)據(jù)的綜合分析、判斷和整理，給出優(yōu)化的綜合維護(hù)保養(yǎng)方案。檢測過程自動(dòng)完成，大大提高了檢修作業(yè)的管理水平，是動(dòng)車所檢測輪對(duì)必不可少的設(shè)備之一。