郭學(xué)庭

（大秦鐵路股份有限公司太原車(chē)輛段，山西太原 030045）

TPDS系統(tǒng)如何有效監(jiān)控客車(chē)踏面損傷

郭學(xué)庭

（大秦鐵路股份有限公司太原車(chē)輛段，山西太原 030045）

本文通過(guò)對(duì)TPDS系統(tǒng)的構(gòu)成、在客車(chē)踏面損傷檢測(cè)中的技術(shù)、踏面損傷的表現(xiàn)形式、引起客車(chē)踏面損傷的原因，以及TPDS系統(tǒng)如何有效監(jiān)控客車(chē)踏面損傷程度和具體位置等方面進(jìn)行分析研究，統(tǒng)計(jì)推斷出引起客車(chē)踏面損傷的重要因素，進(jìn)一步提出改進(jìn)TPDS系統(tǒng)設(shè)備的建議。

TPDS系統(tǒng) 踏面損傷 監(jiān)控

20世紀(jì)90年代末期，我國(guó)鐵路領(lǐng)域開(kāi)始不斷規(guī)模化提速，不僅有效緩解了鐵路運(yùn)量與運(yùn)能的壓力，同時(shí)還給社會(huì)帶來(lái)了十分顯著的經(jīng)濟(jì)效益。但是，鐵路交通安全卻出現(xiàn)了隱患，空載貨車(chē)直線(xiàn)脫軌事故頻繁發(fā)生，如斷軌、輪軌剝離軸承、制動(dòng)梁端軸等現(xiàn)象時(shí)常發(fā)生。輪對(duì)是客貨車(chē)運(yùn)行的主要部件之一，踏面是輪對(duì)與鋼軌的接觸面，踏面損傷產(chǎn)生的巨大沖擊力會(huì)破壞軌道結(jié)構(gòu)，造成斷軌等重大事故發(fā)生，而且踏面損傷也是燃軸、切軸事故發(fā)生的最重要原因，因此對(duì)踏面損傷的檢測(cè)是非常有必要的。2005年全國(guó)鐵路6大干線(xiàn)提速安全標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)5T系統(tǒng)建設(shè)全面展開(kāi)，專(zhuān)家們著手研究權(quán)威的TPDS踏面損傷檢測(cè)功能，國(guó)內(nèi)外鐵路管理部門(mén)及相關(guān)研究院所專(zhuān)家都已經(jīng)投入了大量的人力和物力進(jìn)行相關(guān)設(shè)備的研究［1］。但是對(duì)如何有效地監(jiān)控客車(chē)踏面損傷還需要更進(jìn)一步深入研究，本文就從TPDS系統(tǒng)如何能更有效的進(jìn)行客車(chē)踏面損傷監(jiān)控方面入手進(jìn)行深入的研究。

1 TPDS系統(tǒng)介紹

TPDS（Truck Performance Detecting System）是車(chē)輛運(yùn)行品質(zhì)軌邊動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱(chēng)，是車(chē)輛安全監(jiān)控系統(tǒng)（5T）重要組成部分，是當(dāng)前客車(chē)運(yùn)行安全管理的一個(gè)重要檢測(cè)系統(tǒng)。TPDS系統(tǒng)由測(cè)試平臺(tái)、傳感器、車(chē)號(hào)識(shí)別裝置（單向）、測(cè)試間與監(jiān)控機(jī)柜、信息傳遞通道、信息中心、監(jiān)管部門(mén)和監(jiān)控終端組成。TPDS系統(tǒng)通過(guò)軌道結(jié)構(gòu)中的測(cè)試系統(tǒng)檢測(cè)過(guò)往車(chē)輛運(yùn)行的動(dòng)力學(xué)參數(shù)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果分析判定車(chē)輛的運(yùn)行狀態(tài)、超偏載、車(chē)輪擦傷和軌道負(fù)荷等。TPDS系統(tǒng)還具有貨車(chē)超偏載報(bào)警和客貨車(chē)踏面損傷報(bào)警功能，通過(guò)踏面擦傷車(chē)輪在軌道上產(chǎn)生的輪軌沖擊載荷來(lái)識(shí)別車(chē)輪踏面擦傷情況，并顯示出沖擊當(dāng)量和客車(chē)踏面擦傷報(bào)警等級(jí)，將數(shù)據(jù)上傳網(wǎng)絡(luò)共享平臺(tái)并復(fù)示給相關(guān)檢測(cè)單位［2］。

TPDS系統(tǒng)在客車(chē)踏面損傷檢測(cè)中的技術(shù)創(chuàng)新主要體現(xiàn)在測(cè)試平臺(tái)和談判模型兩個(gè)方面：

（1）國(guó)內(nèi)研究的客車(chē)踏面損傷檢測(cè)系統(tǒng)一般是利用沖擊力、聲音傳感器、加速度來(lái)檢測(cè)客車(chē)踏面損傷情況，之前研究發(fā)現(xiàn)的比較科學(xué)的檢測(cè)裝置是力傳感器，因?yàn)榱鞲衅鳈z測(cè)量能夠直接反映客車(chē)踏面損傷帶來(lái)的危害。但是力傳感器檢測(cè)客車(chē)踏面損傷也存在缺點(diǎn)：一是測(cè)試區(qū)間斷，如軌枕附近無(wú)法檢測(cè)；二是測(cè)區(qū)短，對(duì)客車(chē)踏面損傷檢測(cè)率低。目前專(zhuān)家們研究的TPDS系統(tǒng)采用高平順的框架式軌道平臺(tái)、高可靠性的二維板式傳感器和移動(dòng)垂直力測(cè)試新方法，連續(xù)測(cè)量區(qū)長(zhǎng)度4.8m，所以像客車(chē)車(chē)輪全周長(zhǎng)為2.6m左右，TPDS能夠?qū)ζ淙荛L(zhǎng)范圍內(nèi)的踏面損傷程度進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)而大幅度提高了客車(chē)踏面損傷的檢測(cè)率。（2）國(guó)外的客車(chē)踏面損傷采用絕對(duì)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，像北美的檢測(cè)設(shè)備兌現(xiàn)率高，而且漏判率比較高。通過(guò)TPDS系統(tǒng)創(chuàng)造性地將絕對(duì)與相對(duì)相結(jié)合的方法融合在一起來(lái)對(duì)客車(chē)踏面損傷進(jìn)行判斷監(jiān)測(cè)，建立輪重與輪軌之間的沖擊作用力、加速度等參數(shù)的綜合評(píng)價(jià)模型，對(duì)各種型號(hào)的輪對(duì)損傷帶來(lái)的危害程度都能做出合理的評(píng)判，提高了兌現(xiàn)率、降低了漏判率，在國(guó)際上達(dá)到領(lǐng)先水平。不管從測(cè)試平臺(tái)的硬件還是踏面損傷評(píng)判的軟件來(lái)看，與以往客車(chē)踏面損傷檢測(cè)系統(tǒng)相比，TPDS都有了質(zhì)的飛躍和量的改變。

2 客車(chē)踏面損傷的表現(xiàn)形式有哪些

客車(chē)車(chē)輪結(jié)構(gòu)的基本為組合式結(jié)構(gòu)，由輪心和輪箍組成。輪箍與鋼軌頂面的接觸部分為踏面。目前客車(chē)踏面主要有兩種：錐形踏面和磨耗型踏面?？蛙?chē)踏面損傷是由于客車(chē)在制動(dòng)過(guò)程中，制動(dòng)力較大引起閘瓦對(duì)踏面產(chǎn)生較大的壓力，形成抱閘現(xiàn)象，而客車(chē)運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生慣性，制動(dòng)開(kāi)始后，抱閘車(chē)輪就會(huì)在鋼軌上快速滑行，踏面表面與鋼軌接觸的部分隨即產(chǎn)生大量熱能，會(huì)對(duì)踏面材料產(chǎn)生不可逆的熱損傷。具體表現(xiàn)出以下幾種形式：（1）滾動(dòng)軸承出現(xiàn)故障。（2）制動(dòng)梁端軸發(fā)生裂紋、折斷故障。（3）客車(chē)踏面剝離、脫落后會(huì)形成局部凹下，使運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生附加沖擊力。（4）客車(chē)踏面存在局部碾寬、凹陷、磨耗。

3 引起客車(chē)踏面損傷的原因分析

引起客車(chē)踏面損傷的原因主要有兩個(gè)方面，一是車(chē)輛自身因素，如軸重、速度、制動(dòng)力等導(dǎo)致的踏面損傷；二是外部環(huán)境因素，如軌面的干濕狀況使車(chē)輛在行駛過(guò)程中引起踏面損傷。

3.1 車(chē)輛自身因素引起的踏面損傷

（1）機(jī)車(chē)制動(dòng)機(jī)陳舊，給氣閥作用力不強(qiáng)，導(dǎo)致制動(dòng)管壓力過(guò)高，對(duì)客車(chē)踏面引起損壞；（2）客車(chē)制動(dòng)機(jī)有故障、有些配件老化，如果三通閥出現(xiàn)故障，高速減壓閥和安全閥不靈活的話(huà)。遇上氣溫較低的冬季，會(huì)造成三通閥滑動(dòng)部分因摩擦阻力增大，在列車(chē)緊急制動(dòng)時(shí)作用緩慢或不起作用，而引起客車(chē)運(yùn)行時(shí)損傷踏面；（3）制動(dòng)缸活塞行程調(diào)整不及時(shí)，造成制動(dòng)力強(qiáng)弱不一致；（4）不同車(chē)型的車(chē)輛客車(chē)裝有不同型號(hào)的三通閥，緊急制動(dòng)時(shí)制動(dòng)率不同，制動(dòng)率太高的，在運(yùn)行中容易擦傷踏面。

3.2 外部環(huán)境因素引起的踏面損傷

（1）嚴(yán)寒季節(jié)軌道上存在積雪、霜凍、油污，降低了輪對(duì)和鋼軌之間的粘著系數(shù)，致使制動(dòng)力大于粘著力，容易引起車(chē)輪擦傷；（2）調(diào)車(chē)作業(yè)時(shí)，突開(kāi)折角塞門(mén)，在運(yùn)行過(guò)程中軟管爆破等意外情況，如果采取緊急制動(dòng)措施，閘瓦將會(huì)抱死車(chē)輪而損傷踏面；（3）鐵路線(xiàn)路養(yǎng)護(hù)條件太差；（5）輪軌外形與材質(zhì)匹配上存在不合理情況；（6）轉(zhuǎn)向架技術(shù)狀態(tài)不好；（7）牽引裝載定數(shù)太大；（8）車(chē)輪長(zhǎng)期在軌道上滾動(dòng)。

4 如何利用TPDS系統(tǒng)有效監(jiān)控客車(chē)踏面損傷

鐵路部門(mén)根據(jù)已有的TPDS 貨車(chē)踏面損傷監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，并結(jié)合《鐵道貨車(chē)運(yùn)用維修規(guī)程》，制定了客車(chē)踏面損傷報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)。但是客車(chē)的輪重、速度、結(jié)構(gòu)與貨車(chē)存在顯著的差異，因此采用TPDS系統(tǒng)對(duì)客車(chē)踏面損傷進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，需要重新開(kāi)發(fā)客車(chē)的踏面損傷報(bào)警模型，并根據(jù)《鐵路客車(chē)運(yùn)行維修規(guī)程》制定相應(yīng)的報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)。本文的TPDS對(duì)客車(chē)踏面損傷監(jiān)測(cè)效仿TPDS系統(tǒng)監(jiān)測(cè)貨車(chē)踏面損傷模型及標(biāo)準(zhǔn)。將TPDS檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)在鐵路正線(xiàn)上的輪軌力檢測(cè)平臺(tái)上，采用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)法監(jiān)測(cè)通過(guò)客車(chē)的橫向、垂向輪軌沖擊力，及時(shí)預(yù)報(bào)剝離、擦傷、碾堆、多邊形輪對(duì)、局部凹陷、動(dòng)不平衡等不同類(lèi)型的客車(chē)踏面損傷、蛇行失穩(wěn)和客車(chē)超偏載情況。踏面損傷的危害程度大小與踏面位置、形態(tài)、類(lèi)型息息相關(guān)，無(wú)法用單一幾何量來(lái)判5 TPDS系統(tǒng)軟件的改進(jìn)

別。TPDS系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)測(cè)輪軌沖擊力，綜合評(píng)估輪重和運(yùn)行加速度等因素，獲得沖擊當(dāng)量數(shù)據(jù)，進(jìn)而對(duì)各種形式的踏面損傷做出準(zhǔn)確、合理的判斷，對(duì)評(píng)判踏面損傷的危害程度具有科學(xué)依據(jù)。

現(xiàn)在的TPDS系統(tǒng)是按探測(cè)點(diǎn)分的鐵路局，并沒(méi)有用車(chē)次分開(kāi)鐵路局，我們現(xiàn)在每個(gè)鐵路局相當(dāng)于一個(gè)獨(dú)立的單位。需要將TPDS系統(tǒng)運(yùn)用到各個(gè)鐵路局車(chē)輛段，如果人為的檢測(cè)不同鐵路局報(bào)警信息，這樣將大大增加了勞動(dòng)力，而且也容易出現(xiàn)漏報(bào)、錯(cuò)報(bào)報(bào)警信息等情況，所以將TPDS系統(tǒng)通過(guò)車(chē)次按不同鐵路局分開(kāi)是很有必要的，然后通過(guò)全國(guó)聯(lián)網(wǎng)，將監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)按不同鐵路局篩選出來(lái)及時(shí)準(zhǔn)確地傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)，并且通過(guò)TPDS系統(tǒng)軟件自動(dòng)彈出報(bào)警信息。這將彌補(bǔ)TPDS系統(tǒng)軟件的不足。我們要從系統(tǒng)的編程方面入手進(jìn)行改善，TPDS系統(tǒng)有本鐵路局的報(bào)警信息后，能自動(dòng)發(fā)生報(bào)警，提醒工作人員，有本局報(bào)警車(chē)次，這樣就方便了工作人員及時(shí)準(zhǔn)確的診斷客車(chē)踏面損傷程度并準(zhǔn)確定位。從車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)判定故障發(fā)生的精確性，針對(duì)踏面損傷方面的問(wèn)題提高TPDS 系統(tǒng)的綜合應(yīng)用效果，而且還大大減少了勞動(dòng)力。最后，TPDS系統(tǒng)顯示的車(chē)次不全，車(chē)號(hào)不全，報(bào)警信息滯后，這些都大大影響了生產(chǎn)。TPDS系統(tǒng)軟件在這些方面都需要改進(jìn)。

6 建議

TPDS系統(tǒng)實(shí)行全國(guó)聯(lián)網(wǎng)，通過(guò)將監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)及時(shí)準(zhǔn)確地傳輸網(wǎng)絡(luò)，并且傳送探測(cè)站TPDS系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)自檢信息，使全國(guó)鐵路部門(mén)的管理維護(hù)人員隨時(shí)掌握客車(chē)踏面運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)踏面損傷程度和具體位置，進(jìn)而提高設(shè)備維修的及時(shí)度和準(zhǔn)確性，強(qiáng)化設(shè)備運(yùn)用管理，減少踏面損傷帶來(lái)的不必要的危害。在保證數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和定位的同時(shí)，定時(shí)檢查T(mén)PDS系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，并維修客車(chē)踏面和客車(chē)制動(dòng)機(jī)、輪對(duì)等機(jī)械故障，更好地發(fā)揮安全監(jiān)測(cè)設(shè)備的功效。將TPDS系統(tǒng)軟件從新編程完善，使工作人員能精準(zhǔn)的判別本鐵路局的報(bào)警信息，將大大提高工作效率。

7 結(jié)語(yǔ)

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，全國(guó)鐵路運(yùn)營(yíng)客車(chē)存在大量的踏面損傷輪對(duì)，比例約為4.6%，這些踏面損傷輪對(duì)會(huì)嚴(yán)重危害客車(chē)結(jié)構(gòu)及軌道結(jié)構(gòu)。為了使客車(chē)運(yùn)行品質(zhì)優(yōu)良且安全，需要采取TPDS系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢查客車(chē)踏面損傷的程度。

（1）數(shù)據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，目前鐵路客車(chē)踏面損傷形成的主要原因是編組作業(yè)，只有將編組站作業(yè)條件進(jìn)行合理改善，才能最大程度的減少客車(chē)踏面損傷的發(fā)生。（2）提高輪對(duì)質(zhì)量，緩解機(jī)動(dòng)制動(dòng)，培訓(xùn)客車(chē)操作人員對(duì)車(chē)輛制動(dòng)機(jī)的操控，分析確定輪對(duì)制造踏面損傷的原因，組織專(zhuān)家研究解決輪對(duì)制造工藝水平，及時(shí)維修車(chē)輛制動(dòng)機(jī)故障，進(jìn)而有效減少輪對(duì)踏面損傷。（3）保障客車(chē)整個(gè)運(yùn)輸過(guò)程的安全，采取TPDS系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輪對(duì)踏面損傷程度，及時(shí)報(bào)警分析故障，維修人員及時(shí)做好維修。

［1］宋金瑛.TPDS、TADS監(jiān)控結(jié)果與車(chē)輛運(yùn)行故障關(guān)聯(lián)性分析［J］.鐵道機(jī)車(chē)車(chē)輛，2007，27（2）：58-62.

［2］柴雪松，朱興紅.車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（TPDS）在軌道負(fù)荷監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用［J］.鐵道建筑，2008，11：93-95.

［3］曹松，馬千里，蔣薈，劉春煌.超偏載集中監(jiān)控系統(tǒng)的研究［J］.鐵道學(xué)報(bào)，2010，32（3）：136-141.