李旭偉，秦 菊，李甫永，譚佳豐，陳天柱

(中國鐵道科學(xué)研究院 鐵道建筑研究所，北京 100081)

車輛運(yùn)行品質(zhì)軌邊動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)(TPDS)是我國鐵路車輛運(yùn)行安全防范與預(yù)警系統(tǒng)(5T)的重要裝備。該系統(tǒng)通過設(shè)在軌道上的高平順性框架式測試平臺，采用全新的“移動(dòng)垂直力綜合檢測的新方法”以及橫向力連續(xù)測量方法，實(shí)時(shí)在線檢測車輛運(yùn)行過程中輪軌間的動(dòng)力學(xué)參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對車輛裝載的超偏載狀態(tài)、車輛運(yùn)行狀態(tài)以及車輪踏面損傷的識別、評判。TPDS稱重檢測是實(shí)現(xiàn)TPDS各項(xiàng)功能的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)保障，稱重檢測的準(zhǔn)確度及穩(wěn)定性對TPDS各項(xiàng)功能檢測的精度至關(guān)重要。本文從稱重檢測角度出發(fā)，利用全路聯(lián)網(wǎng)TPDS隨機(jī)檢測的砝碼車數(shù)據(jù)，采用正態(tài)分布的概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法對TPDS稱重檢測的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性進(jìn)行分析。

1 TPDS稱重檢測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析方法

TPDS檢測的車輛重量是受諸多因素影響的隨機(jī)變量，通過大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，證明其服從典型的正態(tài)分布。根據(jù)正態(tài)分布與數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的知識，如果 TPDS檢測的砝碼車重量誤差

式中 X——砝碼車稱重檢測誤差。

μ——均值，描述X分布的集中位置。

σ——標(biāo)準(zhǔn)偏差，描述X分布的分散程度。

當(dāng)TPDS檢測的車輛重量最大允許誤差為3%時(shí)，隨機(jī)檢測的車輛重量合格(即滿足最大誤差范圍)的概率為

因此，求出各TPDS探測站隨機(jī)檢測的砝碼車重量誤差均值和重量誤差的方差并借助標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布表，即可估算出各TPDS探測站檢測車輛重量合格的概率。本文根據(jù)檢測的車輛重量合格概率來評判各TPDS探測站稱重檢測的準(zhǔn)確性及穩(wěn)定性。

2 TPDS年度內(nèi)稱重穩(wěn)定性分析

以已知標(biāo)準(zhǔn)重量的T6DK，T6FK，T7砝碼車為對象，以其2010年度通過TPDS各探測站實(shí)際檢測的結(jié)果為樣本，分析TPDS的稱重檢測準(zhǔn)確度及年度內(nèi)稱重穩(wěn)定性。

2010年度全路有砝碼車通過，且通過輛次≥5次的TPDS探測站共有56個(gè)，各探測站檢測砝碼車的平均誤差、誤差的標(biāo)準(zhǔn)偏差詳見表1。將TPDS對車輛稱重檢測合格的概率分級，其中概率≥95%的分級為優(yōu)秀，概率≥85%，且 ＜95%的分級為良好，概率 ＜85%的分級為差，檢測合格概率分布見圖1。以TPDS稱重檢測的合格概率做Y軸、誤差標(biāo)準(zhǔn)偏差做X軸繪制XY散點(diǎn)圖，如圖2。

從表1、圖 1及圖2可以看出:① 被檢測的56個(gè)TPDS探測站中，有49個(gè)探測站(占全部探測站的88%)稱重檢測的誤差合格率為優(yōu)秀，4個(gè)探測站(占全部探測站的7%)為良好，3個(gè)探測站(占全部探測站的5%)為差，說明絕大部分TPDS探測站稱重檢測的誤差合格率能夠滿足TPDS系統(tǒng)最大稱重檢測誤差的要求，但個(gè)別探測站檢測合格率較低，設(shè)備狀態(tài)較差。②TPDS稱重檢測的離散度即標(biāo)準(zhǔn)偏差越大，TPDS稱重檢測穩(wěn)定性越差、檢測合格概率越低。

表1 2010年度各TPDS探測站檢測砝碼車情況

圖1 車輛稱重檢測合格概率分布

3 不同年度TPDS稱重檢測數(shù)據(jù)穩(wěn)定性分析

圖2 車輛稱重檢測合格概率與標(biāo)準(zhǔn)偏差分布

以已知標(biāo)準(zhǔn)重量的 T6DK，T6FK，T7砝碼車為對象，以2008年、2009年和2010年度每年各TPDS探測站實(shí)際檢測的砝碼車平均誤差、標(biāo)準(zhǔn)偏差為樣本，分析TPDS各探測站稱重檢測穩(wěn)定性情況。詳細(xì)數(shù)據(jù)見表2。

表2 2008年—2010年度各TPDS探測站年度檢測砝碼車情況

將2008年—2010年各TPDS探測站年度車輛稱重檢測的標(biāo)準(zhǔn)偏差分級，其中標(biāo)準(zhǔn)偏差≤1%的分級為優(yōu)秀，標(biāo)準(zhǔn)偏差＞1%，且≤2%的分級為良好，標(biāo)準(zhǔn)偏差＞2%的分級為差，各探測站標(biāo)準(zhǔn)差分布見圖3。

圖3 各TPDS探測站年度稱重檢測誤差標(biāo)準(zhǔn)偏差分布

從表2和圖3可以看出，被檢測的40個(gè)TPDS探測站中，對于連續(xù)3年的年度稱重檢測的誤差標(biāo)準(zhǔn)偏差有35個(gè)探測站(占全部探測站的87%)為優(yōu)秀，有4個(gè)探測站(占全部探測站的10%)為良好，有1個(gè)探測站(占全部探測站的3%)為差，說明絕大部分 TPDS探測站稱重檢測的誤差離散度較小，系統(tǒng)較穩(wěn)定，但個(gè)別TPDS探測站稱重檢測的誤差標(biāo)準(zhǔn)偏差較大，系統(tǒng)穩(wěn)定性較差。

4 結(jié)論及原因分析

通過對各TPDS探測站稱重檢測一年內(nèi)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性以及連續(xù)三年內(nèi)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性分析可以得出如下結(jié)論:

1)絕大部分TPDS探測站具有良好的稱重檢測準(zhǔn)確性及系統(tǒng)穩(wěn)定性，其根本原因在于:① 從測試原理上，TPDS采用了“移動(dòng)垂直力綜合檢測的新方法”。該方法可以連續(xù)檢測較長一段時(shí)間內(nèi)車輪垂直力增減變化過程數(shù)據(jù)的平均值，而不像傳統(tǒng)的現(xiàn)場輪軌垂直力測試方法(單點(diǎn)輪重檢測)，只檢測波動(dòng)過程的某個(gè)瞬時(shí)值，因此，TPDS稱重檢測準(zhǔn)確度較高;② 從設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)上，TPDS采用了平順性和穩(wěn)定性好、抗扭曲能力強(qiáng)的高平順性的框架式軌道測試平臺。該測試平臺一方面可最大限度地消除普通軌道不平順引起的車輛浮沉、點(diǎn)頭、側(cè)滾等振動(dòng)形成的“附加動(dòng)荷增量”;另一方面也可有效地減小普通軌道扭曲產(chǎn)生的“輪重轉(zhuǎn)移”，從而保證了稱重檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

2)個(gè)別TPDS探測站稱重準(zhǔn)確性及系統(tǒng)穩(wěn)定性較差，其原因可能在于:① TPDS高平順性測試平臺維修養(yǎng)護(hù)不利，TPDS安裝區(qū)段線路要求滿足方向不平順＜4 mm，高低不平順 ＜3 mm，軌距誤差為 -1 mm～+3 mm，三角坑(基長2.4 m)＜4 mm，無空吊板現(xiàn)象，軌道部件和道床、路基狀態(tài)須嚴(yán)格按照我國時(shí)速200～250 km/h線路養(yǎng)護(hù)維修規(guī)范進(jìn)行維修，但個(gè)別TPDS安裝區(qū)段長期缺乏養(yǎng)護(hù)維修，造成測試平臺指標(biāo)不滿足設(shè)計(jì)要求，使測試平臺根本起不到消除“附加動(dòng)荷增量”和“輪重轉(zhuǎn)移”的作用，從而導(dǎo)致稱重的準(zhǔn)確性降低，穩(wěn)定性差;②“TPDS設(shè)備檢修維護(hù)管理規(guī)程”要求對系統(tǒng)輪軌力測試核心部件傳感器的狀態(tài)進(jìn)行定期檢測、對整套系統(tǒng)定期標(biāo)定，但個(gè)別TPDS探測站因施工組織等原因，無法保證按時(shí)檢測、標(biāo)定。

目前，全路安裝的TPDS數(shù)量已接近100套，而且按照鐵道部的規(guī)劃TPDS的數(shù)量在逐年增加，為更好地實(shí)現(xiàn)TPDS的各項(xiàng)功能，充分發(fā)揮TPDS保障鐵路行車安全的作用，建議以TPDS檢測數(shù)據(jù)為依據(jù)，加強(qiáng)對TPDS測試平臺的養(yǎng)護(hù)維修，并根據(jù)“TPDS設(shè)備檢修維護(hù)管理規(guī)程”要求定期對關(guān)鍵部件進(jìn)行檢測、對整套系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定。

［1］潘振，馮毅杰.貨車運(yùn)行狀態(tài)地面安全監(jiān)測系統(tǒng)(TPDS)設(shè)置框架式測試平臺的必要性分析［J］.鐵道建筑，2008(8):103-105.

［2］中華人民共和國鐵道部.鐵運(yùn)函［2007］776號 TPDS、TADS、TFDS設(shè)備檢修維護(hù)管理規(guī)程［S］.北京:中國鐵道出版社，2007.