魯偉明

（大秦股份有限公司湖東車輛段，山西 大同 037300）

1 PDS概述

近年來，隨著鐵路干線提速，我國空載貨車直線脫軌事故頻繁發(fā)生，基于保障鐵路行車安全的需要，鐵科院歷經(jīng)近十年探索與試驗(yàn)，研制出多功能全自動(dòng)的實(shí)時(shí)車輛運(yùn)行品質(zhì)軌邊動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)TPDS (Truck Performance Detecting System)。TPDS是集各探測(cè)站以及列檢作業(yè)場(chǎng)、車輛段、鐵路局、鐵道部等運(yùn)用管理部門為一體的貨車運(yùn)行狀態(tài)地面安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2 TPDS系統(tǒng)工作原理

該系統(tǒng)通過對(duì)輪軌垂直力和橫向力的連續(xù)檢測(cè)和分析，以及車輛運(yùn)行狀態(tài)綜合評(píng)價(jià)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行狀態(tài)不良車輛的識(shí)別，并兼有對(duì)車輛裝載情況（總重和超偏載）、車輪踏面擦傷（擦傷位置和當(dāng)量大?。┑臋z測(cè)功能，同時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了與車號(hào)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的集成和監(jiān)測(cè)信息的網(wǎng)絡(luò)傳輸，可自動(dòng)將監(jiān)測(cè)信息發(fā)送至指定地點(diǎn)，并可對(duì)嚴(yán)重的監(jiān)測(cè)結(jié)果隨時(shí)報(bào)警。

1）車輛運(yùn)行狀態(tài)識(shí)別：通過輪重減載系數(shù)、軸橫向力/垂直力比值、軸橫向力大小及變化特征實(shí)現(xiàn)。

2）車輪踏面擦傷識(shí)別：通過踏面擦傷車輪引起的沖擊荷載的大小識(shí)別。

3）超偏載檢測(cè)：通過車輛各輪輪載、軸載、轉(zhuǎn)向架荷載大小與分布實(shí)現(xiàn)。

4）當(dāng)量累計(jì)通過總重：通過列車總重與累計(jì)通過列車總重累加得到。

5）“移動(dòng)垂直力綜合檢測(cè)方法”：在不增大軌枕間距、不惡化軌道平順性的條件下即可大幅度增加有效檢測(cè)區(qū)長度[1]。

6）設(shè)備橫向力測(cè)試原理：將鋼軌視為傳遞輪軌橫向荷載的載體，而在鋼軌的支承點(diǎn)上測(cè)量鋼軌受車輛作用施加在框架結(jié)構(gòu)中軌枕上的作用力大小。根據(jù)輪軌作用橫向荷載在鋼軌上的受力影響線，通過標(biāo)定獲得鋼軌支承點(diǎn)處實(shí)際承受橫向荷載的比例，再依據(jù)車輪在測(cè)試區(qū)的位置，由鋼軌支承點(diǎn)處承受橫向荷載的組合而得到車輪通過整個(gè)測(cè)試區(qū)的橫向荷載連續(xù)變化情況[2]。

3 TPDS的主要功能

TPDS其主要功能是對(duì)運(yùn)行狀態(tài)不良貨車進(jìn)行監(jiān)測(cè)、跟蹤、報(bào)警，從而提高車輛運(yùn)行的安全預(yù)警能力，同時(shí)還具備貨車超偏載監(jiān)測(cè)功能以及車輪擦傷監(jiān)測(cè)功能。TPDS具有完整信息管理、發(fā)布等功能，可對(duì)不同層次的用戶提供各種類型的數(shù)據(jù)傳輸、管理、分析、查詢等服務(wù)和管理功能。但在實(shí)際的運(yùn)用中表現(xiàn)出了理論與數(shù)據(jù)之間的實(shí)際差異，給貨車運(yùn)用工作帶來一定的困擾，主要問題表現(xiàn)在運(yùn)行狀態(tài)不良和車輪踏面損傷的報(bào)警中，下面就這兩個(gè)問題進(jìn)行具體的分析。

4 運(yùn)行狀態(tài)不良存在的問題

4.1 案例概況

2013年2月26日發(fā)現(xiàn)，湖東車輛段大同檢修車間于2013年2月22日新做段修車4380760于2月25日首次運(yùn)行通過木林探測(cè)站即被TPDS預(yù)報(bào)運(yùn)行狀態(tài)不良，經(jīng)查，該車在施行定檢前于2月16日、2月18日連續(xù)兩次預(yù)報(bào)。此車在鐵路局TPDS三級(jí)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)預(yù)報(bào)為運(yùn)行狀態(tài)不良，在鐵道部TPDS網(wǎng)站未預(yù)報(bào)。

4.2 運(yùn)行狀態(tài)不良報(bào)警產(chǎn)生的原理

4.2.1 TPDS本身正常預(yù)報(bào)情況

TPDS運(yùn)行狀態(tài)不良報(bào)警為全路聯(lián)網(wǎng)分值評(píng)判預(yù)報(bào)，每次通過TPDS探測(cè)站時(shí)會(huì)產(chǎn)生預(yù)報(bào)分值，當(dāng)車輛連續(xù)7次通過TPDS探測(cè)站且累計(jì)達(dá)到評(píng)定分值（目前為110分）時(shí)，TPDS自動(dòng)預(yù)報(bào)運(yùn)行狀態(tài)不良報(bào)警。

4.2.2 數(shù)據(jù)上傳流程

TPDS數(shù)據(jù)上傳流程：探測(cè)站—測(cè)點(diǎn)服務(wù)器—路局TPDS服務(wù)器—鐵道部TPDS服務(wù)器。

HMIS數(shù)據(jù)上傳流程：站段—路局—鐵道部HMIS服務(wù)器。

4.2.3 TPDS與HMIS數(shù)據(jù)關(guān)系及處理、分值標(biāo)定情況

部TPDS通過鐵道部HMIS數(shù)據(jù)端口取得HMIS造修（廠、段修）信息后，將該車評(píng)定分值自動(dòng)清零，重新進(jìn)行計(jì)算。遇到站修（臨修）車信息時(shí)該車分值不清零。

部TPDS服務(wù)器將接到的HMIS信息自動(dòng)派到各路局TPDS服務(wù)器。部、局兩級(jí)TPDS分別對(duì)車輛進(jìn)行獨(dú)立評(píng)判。

4.3 部、局兩級(jí)數(shù)據(jù)不同步的原因

部、局兩級(jí)對(duì)TPDS預(yù)報(bào)運(yùn)行狀態(tài)不良車輛分別評(píng)判。由于只開放了鐵道部HMIS接口，未開通鐵路局HMIS接口，鐵路局級(jí)TPDS未直接從鐵路局HMIS中取得，而是由部TPDS將從鐵道部HMIS服務(wù)器取得的數(shù)據(jù)派發(fā)到各鐵路局TPDS，造成數(shù)據(jù)傳輸節(jié)點(diǎn)增多、數(shù)據(jù)延遲或信息下發(fā)不全，增加了數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤的概率。車號(hào)為4380760的車輛因?yàn)門PDS從部HMIS數(shù)據(jù)庫取得造修數(shù)據(jù)后未及時(shí)下發(fā)到鐵路局服務(wù)器，造成鐵路局TPDS中該車輛運(yùn)行狀態(tài)不良報(bào)警數(shù)據(jù)未及時(shí)清零，導(dǎo)致定檢后第一次運(yùn)行時(shí)兩級(jí)數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差。

4.4 產(chǎn)生的問題

1）鐵道部對(duì)TPDS預(yù)報(bào)的信息使用部級(jí)系統(tǒng)，鐵路局使用的是局級(jí)報(bào)警系統(tǒng)，理論上預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)相同，實(shí)際上存在著信息傳遞延遲現(xiàn)象。

2）容易造成對(duì)車輛的誤報(bào)。

3）運(yùn)行狀態(tài)不良。車輛通過站處理良好后，無法在TPDS系統(tǒng)中做到預(yù)報(bào)信息自動(dòng)清零，只有在多次運(yùn)行后累計(jì)分值才能下降，運(yùn)行不良報(bào)警自然消除，造成在臨修后的前幾次運(yùn)行中發(fā)生的報(bào)警信息與實(shí)際不符。

5 TFDS踏面損傷報(bào)警方面存在的問題

TPDS在對(duì)列車進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，影響TPDS踏面損傷報(bào)警最大的因素來自于自然環(huán)境，其中軌道、氣候、車輛構(gòu)造等方面對(duì)其都存在不同程度的影響，使TPDS探測(cè)的數(shù)據(jù)在準(zhǔn)確性方面也產(chǎn)生一定的偏差，而氣溫的變化在三者中對(duì)踏面損傷報(bào)警的準(zhǔn)確性影響又是最突出的，下面就氣溫變化對(duì)TFDS踏面損傷方面產(chǎn)生的影響做一下分析：

5.1 TPDS的踏面損傷報(bào)警的級(jí)別

一級(jí)報(bào)警：車輪踏面損傷當(dāng)量等于或大于23；

二級(jí)報(bào)警：車輪踏面損傷當(dāng)量等于21、22；

三級(jí)報(bào)警：車輪踏面損傷當(dāng)量等于19、20。

5.2 數(shù)據(jù)對(duì)比

為了提高信服力，我們用TPDS現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)的數(shù)據(jù)與溫度之間的關(guān)系進(jìn)行一下對(duì)比，如圖1、下頁圖2所示。

圖1 TPDS踏面損傷走勢(shì)圖

圖2是2012年12月1日至2013年2月13日75天的數(shù)據(jù)圖表。

圖2 溫度走勢(shì)圖

當(dāng)然在以上的圖表中還存在日接車數(shù)量之間的差異，各車種車型踏面損傷的數(shù)量也不同，下面我們就以C70型車為例，按照踏面損傷車輛在每日檢測(cè)本車型中所占的比例再進(jìn)行一次對(duì)比，如圖3所示。

圖3 C70車型踏面損傷率與溫度對(duì)比圖

通過數(shù)據(jù)對(duì)比說明：當(dāng)室外溫度（平均值，以下同）處于0 ℃ 以下時(shí)，TPDS踏面損傷數(shù)量明顯增多；當(dāng)溫度處于0 ℃ 以上時(shí)，TPDS踏面損傷的數(shù)量顯逐步下滑的走勢(shì)，尤其是TPDS踏面損傷一級(jí)預(yù)報(bào)的走勢(shì)更為明顯，說明兩者之間存在著必然的聯(lián)系。

5.3 原因分析

5.3.1 氣溫在軌道方面的影響

隨著氣溫的不斷變化，引起了TPDS踏面損傷車輛天暖則少、天寒則多的現(xiàn)象，從線路方面分析主要是線路建筑沿長度方向的物理性質(zhì)不固定產(chǎn)生的局部病害，如線路在冬季時(shí)的凍漲，道床質(zhì)量不均勻和路基松緊程序不一產(chǎn)生的凹陷等造成的，這些勢(shì)必會(huì)引起車輛產(chǎn)生浮沉、點(diǎn)頭、側(cè)滾等振動(dòng)，使轉(zhuǎn)向架本身產(chǎn)生附加動(dòng)荷增量，列車的速度越高，這種增量就越大，當(dāng)車輪通過這些病害地段時(shí)會(huì)產(chǎn)生突然的起伏，使輪軌間的作業(yè)力瞬間增大，另外由于冬季氣溫低，道床產(chǎn)生冰凍，使道床的緩沖力相應(yīng)減小，當(dāng)車輪與鋼軌間存在垂直作用力時(shí)，就會(huì)加大輪軌間的沖擊力度，使TFDS系統(tǒng)探測(cè)踏面損傷的當(dāng)量值產(chǎn)生偏差。

5.3.2 氣溫對(duì)車輛材質(zhì)的影響

由于氣溫降低使車輪輻板的韌性減小，緩沖作用下降，同時(shí)車輪的剛性增大，使輪軌間在不同的溫度條件下增大了相互間的作用力。另外，從物理學(xué)的角度來說，溫度的變化將對(duì)車輪與鋼軌間的摩擦力產(chǎn)生影響，即：溫度的升高能促進(jìn)分子的運(yùn)動(dòng)，使得分子比原來排列更為規(guī)則一點(diǎn)，也就是說在一定的溫度范圍內(nèi)，溫度越高摩擦力越小，相反溫度越低摩擦力越大。由于目前鐵路車輛所使用制動(dòng)機(jī)的不同，司機(jī)在對(duì)列車進(jìn)行調(diào)速或制動(dòng)時(shí)制動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的制動(dòng)力也不同，這些因素組合在一起，使車輪踏面損傷產(chǎn)生的機(jī)率大大的提高，也是造成TPDS踏面損傷車輛冬季增多的原因。

綜合以上的原因分析可以看出，雖然TPDS在軌道下設(shè)置了若干個(gè)軌下壓力傳感器，測(cè)得車輪垂直力增減變化的平均值，但氣溫對(duì)它的影響還是客觀存在的，根據(jù)TPDS安裝地點(diǎn)的不同，溫度對(duì)TPDS探測(cè)踏面損傷的影響也不相同，線路質(zhì)量高對(duì)TPDS探測(cè)質(zhì)量影響就??；相反，線路質(zhì)量差對(duì)TPDS探測(cè)質(zhì)量影響就大，對(duì)TPDS對(duì)踏面損傷預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性產(chǎn)生了負(fù)面影響。

5.4 產(chǎn)生的問題

1）增加了TPDS踏面損傷一、二級(jí)預(yù)報(bào)的數(shù)量。

2）降低了TPDS踏面損傷報(bào)警的準(zhǔn)確性。

3）增加了現(xiàn)場(chǎng)TPDS預(yù)報(bào)故障的檢查難度和頻次。

6 查找TPDS運(yùn)用漏洞

通過對(duì)此車的深入分析，在TPDS運(yùn)用管理中還存在兩處容易發(fā)生數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的所在。

一是TPDS踏面損傷報(bào)警單位的不同，局TPDS報(bào)警以輛為單位進(jìn)行預(yù)報(bào)，列檢復(fù)示終端以輪為單位進(jìn)行預(yù)報(bào)，當(dāng)一輛車出現(xiàn)多條輪位的踏面損傷報(bào)警時(shí)容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)偏差，向各作業(yè)場(chǎng)預(yù)報(bào)時(shí)容易出現(xiàn)漏報(bào)。

二是在上傳一、二級(jí)踏面損傷反饋信息時(shí)，只確認(rèn)反饋人和列車性質(zhì)，不確認(rèn)車輛的AEI位置信息，造成AEI位置信息的錯(cuò)誤。

7 運(yùn)用管理工作中存在的問題

1）未深入研究TPDS的預(yù)報(bào)原理及數(shù)據(jù)傳遞程序，對(duì)出現(xiàn)的異常不能及時(shí)作出判斷，導(dǎo)致錯(cuò)誤信息的預(yù)報(bào)。

2）工作中對(duì)多處TPDS預(yù)報(bào)信息缺少有效的卡控手段，未能在問題暴露之初采取正確的處理方式。

3）TPDS的運(yùn)用程序不嚴(yán)密，未能從精細(xì)化管理的角度出發(fā)，工作中不思考，滿足現(xiàn)狀，對(duì)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)不核對(duì)、不檢查，對(duì)出現(xiàn)的問題不能深入的查找原因。

8 對(duì)策及建議

1）完善TPDS工作流程，建立數(shù)據(jù)核對(duì)措施，對(duì)局TPDS三級(jí)聯(lián)網(wǎng)預(yù)報(bào)的運(yùn)行狀態(tài)不良故障要與部預(yù)報(bào)信息進(jìn)行核對(duì)，出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常時(shí)首先查詢車輛的定檢信息和車輛的運(yùn)行狀態(tài)不良的預(yù)報(bào)信息，如果在定檢前出現(xiàn)TPDS多次預(yù)報(bào)且在連續(xù)7次預(yù)報(bào)之內(nèi)時(shí)，及時(shí)與調(diào)度科聯(lián)系，說明相關(guān)預(yù)報(bào)的詳細(xì)情況，暫時(shí)確認(rèn)為HMIS定檢信息未派發(fā)到局TPDS服務(wù)器，此次報(bào)警信息可不做處理，由調(diào)度科按“特殊車”對(duì)待，監(jiān)控后期運(yùn)行情況。

2）加強(qiáng)與廠家的聯(lián)系，對(duì)發(fā)現(xiàn)的問題及時(shí)跟廠家溝通，及時(shí)修正相關(guān)信息，使TPDS系統(tǒng)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確、準(zhǔn)時(shí)。

3）TPDS踏面損傷預(yù)報(bào)車輛要加強(qiáng)列檢復(fù)示終端與TPDS三級(jí)聯(lián)網(wǎng)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)的比對(duì)，明確車輛的預(yù)報(bào)輪位，杜絕向各作業(yè)場(chǎng)預(yù)報(bào)的數(shù)據(jù)出現(xiàn)疏漏。

4）規(guī)范作業(yè)程序，逐條信息進(jìn)行核對(duì)，確保上傳數(shù)據(jù)中AEI位置的正確性。

9 結(jié)語

在全路特別是提速干線或主要通道，建設(shè)貨車運(yùn)行狀態(tài)地面安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（TPDS），可以減少危及鐵路運(yùn)輸安全的因素，防范和降低事故的發(fā)生，保障行車安全，具有明顯的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)，這一裝置的投入使用將為貨車脫軌事故的防范和預(yù)警起到重要作用，特別是針對(duì)我國目前鐵路提速貨車空載狀態(tài)脫軌事故這一主要矛盾的現(xiàn)實(shí)具有十分重要意義。但在實(shí)際運(yùn)用中表現(xiàn)出來的缺點(diǎn)也應(yīng)引起我們足夠的認(rèn)識(shí)，事物在發(fā)展過程中必須要經(jīng)歷一個(gè)使用完善的過程，在未完善以前我們要認(rèn)識(shí)到它的缺點(diǎn)給運(yùn)用工作帶來的弊端：一是增加了現(xiàn)場(chǎng)檢查確認(rèn)的工作量；二是帶來了誤報(bào)、誤扣車的不良影響，打亂運(yùn)輸組織。目前只能通過加強(qiáng)管理來補(bǔ)足設(shè)備本身的缺陷，控制以上問題的發(fā)生。

[1] 劉瑞揚(yáng),王毓民.鐵路貨車運(yùn)行狀態(tài)地面安全檢測(cè)系統(tǒng)（TPDS）原理及應(yīng)用[M].北京:中國鐵道出版社,2005.

[2] 鐵運(yùn)函[2007]776號(hào).TPDS、TADS、TFDS設(shè)備檢修維護(hù)管理規(guī)程[M].北京:中國鐵道出版社,2007.