王立奇

摘 要：貨車(chē)運(yùn)行狀態(tài)地面安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（TPDS）利用設(shè)在鐵路正線(xiàn)直線(xiàn)段上的軌道測(cè)試系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)走行車(chē)輛在軌道上產(chǎn)生的輪軌力或輪對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)測(cè)量，可對(duì)車(chē)輛的運(yùn)行穩(wěn)定性進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，從而識(shí)別運(yùn)行狀態(tài)不良的車(chē)輛，目前該系統(tǒng)已在全路各大干支線(xiàn)普及應(yīng)用，技術(shù)日趨成熟，對(duì)鐵路貨車(chē)運(yùn)行狀態(tài)的安全監(jiān)控發(fā)揮了重要作用。本文通過(guò)對(duì)太原鐵路局大秦鐵路木林探測(cè)站TPDS預(yù)報(bào)運(yùn)行品質(zhì)不良車(chē)輛的統(tǒng)計(jì)分析，就如何進(jìn)一步提升車(chē)輛檢修水平，提高車(chē)輛運(yùn)行品質(zhì)進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析及探討。

關(guān)鍵詞：貨車(chē)；TPDS；大秦線(xiàn)；運(yùn)行品質(zhì)；報(bào)警

貨車(chē)運(yùn)行狀態(tài)地面安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（TPDS）是針對(duì)鐵路貨車(chē)空車(chē)直線(xiàn)段脫軌而研發(fā)的一種軌邊監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它利用設(shè)在軌道結(jié)構(gòu)中的檢測(cè)平臺(tái)，實(shí)時(shí)對(duì)過(guò)往車(chē)輛輪軌之間的動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果判定車(chē)輛的運(yùn)行狀態(tài)，在此基礎(chǔ)上各TPDS探測(cè)站聯(lián)網(wǎng)識(shí)別運(yùn)行狀態(tài)不良車(chē)輛，通過(guò)“分散檢測(cè)、集中報(bào)警、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)”，實(shí)現(xiàn)了“聯(lián)網(wǎng)評(píng)判、信息共享”，極大的促進(jìn)了鐵路貨車(chē)安全防范手段從人控向機(jī)控、由粗放管理向集約管理的轉(zhuǎn)變。貨車(chē)運(yùn)行狀態(tài)地面安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（TPDS）安裝在直線(xiàn)段，可準(zhǔn)確識(shí)別貨車(chē)是否蛇行失穩(wěn)及失穩(wěn)的程度，通過(guò)對(duì)運(yùn)行品質(zhì)不良車(chē)輛的預(yù)警、追蹤、處理，可以大大減少空車(chē)脫軌事故的發(fā)生。然而如何提高車(chē)輛檢修質(zhì)量，預(yù)防TPDS預(yù)報(bào)運(yùn)行狀態(tài)不良，徹底消除故障隱患，逐漸成為鐵路貨車(chē)檢修的一項(xiàng)難題。為此，我們對(duì)大秦線(xiàn)木林探測(cè)站TPDS預(yù)報(bào)運(yùn)行品質(zhì)不良車(chē)進(jìn)行了專(zhuān)項(xiàng)調(diào)研，具體情況如下：

1 TPDS運(yùn)行狀態(tài)不良聯(lián)網(wǎng)評(píng)判原理及既有運(yùn)用限度

貨車(chē)運(yùn)行狀態(tài)地面安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（TPDS）采用了板式傳感器、移動(dòng)垂直力測(cè)試等新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了輪軌之間垂直力、橫向力的連續(xù)測(cè)試，再加上高平順測(cè)試平臺(tái)、車(chē)號(hào)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)了對(duì)車(chē)輛橫向動(dòng)力學(xué)性能的測(cè)試功能，可準(zhǔn)確的識(shí)別車(chē)輛的運(yùn)行狀態(tài)及貨車(chē)是否蛇行失穩(wěn)及失穩(wěn)的程度；其特點(diǎn)是監(jiān)測(cè)成本低、對(duì)象多、頻次高，但具體到單次監(jiān)測(cè)，則包含了一些隨機(jī)因素（如沖角、編組輛數(shù)、列車(chē)縱向力等）的影響。

單個(gè)TPDS探測(cè)站對(duì)通過(guò)速度大于50km/h（有效通過(guò)）的空車(chē)進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)評(píng)分，TPDS查詢(xún)中心匯集了全路各TPDS探測(cè)站評(píng)分，并對(duì)每輛貨車(chē)進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)的“聯(lián)網(wǎng)評(píng)判”。TPDS“聯(lián)網(wǎng)評(píng)判”采用了“滑動(dòng)累加”的計(jì)算方法，“滑動(dòng)累加”的窗口長(zhǎng)度為七次有效通過(guò)，即對(duì)每輛貨車(chē)采用其最近七次有效通過(guò)（空車(chē)50km/h以上）的運(yùn)行狀態(tài)評(píng)分之和作為該車(chē)運(yùn)行狀態(tài)聯(lián)網(wǎng)評(píng)分，運(yùn)行狀態(tài)聯(lián)網(wǎng)評(píng)分表征了該車(chē)近期的動(dòng)力學(xué)性能。2015年11月5日，為進(jìn)一步優(yōu)化TPDS預(yù)報(bào)運(yùn)行品質(zhì)不良貨車(chē)預(yù)警分值和檢修要求，鐵路總公司運(yùn)輸局車(chē)輛部組織專(zhuān)家經(jīng)過(guò)評(píng)審，明確了“大秦線(xiàn)TPDS預(yù)報(bào)分值維持不變，其他線(xiàn)路TPDS運(yùn)行狀態(tài)不良貨車(chē)聯(lián)網(wǎng)報(bào)警門(mén)檻值調(diào)整為60分及以上”，超過(guò)警戒值，TPDS系統(tǒng)就會(huì)顯示一級(jí)報(bào)警狀態(tài)，通過(guò)對(duì)預(yù)警車(chē)輛的適時(shí)扣修，有利于消除安全隱患、提升車(chē)輛的運(yùn)行品質(zhì)。

2 TPDS運(yùn)行狀態(tài)不良車(chē)輛數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

我們對(duì)管內(nèi)大秦線(xiàn)TPDS預(yù)報(bào)運(yùn)行品質(zhì)不良車(chē)均進(jìn)行了重點(diǎn)盯控，并按照“重點(diǎn)車(chē)”管理規(guī)定及時(shí)組織進(jìn)行了扣修，同時(shí)對(duì)大秦線(xiàn)木林TPDS空車(chē)探測(cè)站預(yù)報(bào)的105輛運(yùn)行狀態(tài)不良車(chē)輛進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，具體情況如下：

2.1 按車(chē)型統(tǒng)計(jì)

C80B型車(chē)90件輛，占施修總輛數(shù)的85.7%；C80型車(chē)12輛，占施修總輛數(shù)的11.4%；C76（B、C）型車(chē)2輛，占施修總輛數(shù)的1.9%；C80BF型車(chē)1輛，占施修總輛數(shù)的1.0%。

2.2 按照檢修發(fā)現(xiàn)的故障情況統(tǒng)計(jì)

共計(jì)發(fā)現(xiàn)各類(lèi)故障159件，具體情況為：

a“旁承技術(shù)狀態(tài)”不符合規(guī)定：共計(jì)76件，占故障總數(shù)的47.8%，其中“旁承間隙”過(guò)限68件（即：整車(chē)落成情況下，上旁承磨耗板下平面與下旁承旁承滾子之間的距離不符合5-7mm范圍），下旁承座與旁承盒縱向間隙不符合規(guī)定8件。

b輪對(duì)故障：共計(jì)67件，占故障總數(shù)的42.1%，其中輪徑差過(guò)大25件，圓周磨耗過(guò)限19件，輪緣過(guò)限17件，車(chē)輪踏面有劃痕3件，車(chē)輪踏面局部凹陷2件，車(chē)輪踏面剝離1件。

c其他故障：共計(jì)16件，占故障總數(shù)的10.1%，其中心盤(pán)螺栓松動(dòng)6件，斜楔磨耗板磨耗過(guò)限6件，下心盤(pán)與心盤(pán)磨耗盤(pán)間有煤渣3件，側(cè)架立柱磨耗板磨耗過(guò)限1件。

由上分析可以看出，“旁承技術(shù)狀態(tài)不良”和“輪對(duì)踏面”故障共計(jì)143件，占了故障總數(shù)的89.9%。

3 導(dǎo)致車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)不良的原因分析

貨車(chē)運(yùn)行狀態(tài)地面安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（TPDS）預(yù)報(bào)運(yùn)行狀態(tài)不良主要是橫向動(dòng)力學(xué)特性不良，其對(duì)鐵路貨車(chē)運(yùn)行狀態(tài)的評(píng)判主要采用了FRA軌道安全標(biāo)準(zhǔn)的幾個(gè)指標(biāo)：軸脫軌系數(shù)和動(dòng)輪比，其相關(guān)要求見(jiàn)表1：

從表1可以看出，如果輪軌間的橫向力過(guò)大和垂向力減載，超過(guò)一定限度時(shí)，TPDS系統(tǒng)便進(jìn)行預(yù)警“運(yùn)行狀態(tài)不良”。

3.1 從導(dǎo)致輪軌間“橫向力”過(guò)大的因素著手

3.1.1 同一輪對(duì)兩車(chē)輪輪徑差過(guò)大

在車(chē)輛運(yùn)行過(guò)程中，同一輪對(duì)兩車(chē)輪要保持相同的線(xiàn)速度，線(xiàn)速度=角速度×車(chē)輪半徑，從理論上分析，輪對(duì)運(yùn)行過(guò)程中，半徑小的車(chē)輪，其角速度也相對(duì)較大，但是由于車(chē)輪與車(chē)軸之間壓裝力的限制，同一輪對(duì)兩端大、小車(chē)輪角速度是相同的，同時(shí)由于車(chē)輪踏面可以模擬為等效錐形，這樣在車(chē)輛運(yùn)行時(shí)，輪徑小的車(chē)輪要進(jìn)行橫移，其輪緣要向鋼軌貼靠，輪徑差越大，輪對(duì)中心偏離軌道中心的程度也越大，輪緣貼靠鋼軌的程度及輪軌之間的橫向力也隨之增大，當(dāng)輪對(duì)的橫移量產(chǎn)生后，使輪對(duì)的運(yùn)行方式由縱向直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為縱向與橫向運(yùn)動(dòng)的合成，易造成輪對(duì)蛇形運(yùn)動(dòng)失穩(wěn)，以致輪軌橫向力變大（輪對(duì)蛇形運(yùn)動(dòng)原理：輪對(duì)在軌道上的蛇形運(yùn)動(dòng)應(yīng)當(dāng)保持運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定，即輪對(duì)中心沿軌道中心線(xiàn)運(yùn)行，即使某些原因使輪對(duì)中心偏離軌道中心線(xiàn)后，也希望很快收斂到軌道中心線(xiàn)上；如果輪對(duì)運(yùn)行時(shí)，其中心越來(lái)越偏離軌道中心，則輪對(duì)蛇形運(yùn)動(dòng)失穩(wěn)，輪對(duì)的橫移量及搖頭角度越來(lái)越大，以致爬軌）。

3.1.2 下旁承橡膠體壓縮量不符合規(guī)定

“下旁承組成”是鐵路貨車(chē)車(chē)輛結(jié)構(gòu)的重要部件，大秦線(xiàn)運(yùn)行的重載貨車(chē)普遍采用常接觸彈性旁承（如：目前運(yùn)用的轉(zhuǎn)K6型轉(zhuǎn)向架均采用JC型雙作用彈性旁承），通過(guò)提供相當(dāng)比例的回轉(zhuǎn)阻力矩，常接觸旁承可以有效控制轉(zhuǎn)向架的搖頭動(dòng)作。若“旁承間隙”過(guò)大、下旁承橡膠體壓縮量不足，則不能為車(chē)輛的平穩(wěn)運(yùn)行提供足夠的回轉(zhuǎn)阻力矩，這將導(dǎo)致空車(chē)動(dòng)力學(xué)性能的下降（同時(shí)根據(jù)常接觸旁承的作用原理，旁承體預(yù)壓縮量不均勻時(shí)，將導(dǎo)致各彈性旁承的承載荷不均勻，整車(chē)的回轉(zhuǎn)阻力矩失衡，使車(chē)輛的搖頭及側(cè)滾振動(dòng)加劇，因此導(dǎo)致TPDS聯(lián)網(wǎng)積分值增加）。

M車(chē)輛=M旁承+M心盤(pán)，M旁承=μN(yùn)D

其中：M車(chē)輛——車(chē)輛的回轉(zhuǎn)阻力矩；

M旁承——旁承回轉(zhuǎn)阻力矩；

M心盤(pán)——心盤(pán)回轉(zhuǎn)阻力矩；

Μ——上、下旁承磨耗板之間的摩擦系數(shù)；

N——上、下旁承之間的正壓力；

D——心盤(pán)中心至旁承中心的距離。

μ是基本相同的，D是相同的，而N不符合規(guī)定（在下旁承橡膠體物理性能符合規(guī)定的前提下，N可由下旁承橡膠體的壓縮量直觀得出），那么M旁承不符合規(guī)定，易造成轉(zhuǎn)向架搖頭，輪對(duì)的蛇形運(yùn)動(dòng)加劇，導(dǎo)致輪軌間橫向力加大。

根據(jù)《段規(guī)》規(guī)定，JC型旁承磨耗板上平面至滾子上部距離為14-17mm（70噸級(jí)、C76、C80型車(chē)），整車(chē)落成后，上旁承下平面與雙作用彈性下旁承滾子的間距（即“旁承間隙”）為5-7mm（C80、C80B等型敞車(chē)），這樣，下旁承橡膠體壓縮量的壓縮范圍應(yīng)該為7-12mm，如果不符合這個(gè)范圍，則說(shuō)明車(chē)輛的M旁承不符合規(guī)定。

3.1.3 “下旁承座與旁承盒”縱向間隙過(guò)限、下心盤(pán)螺栓松動(dòng)

從常接觸彈性旁承作用原理分析，下旁承座與旁承盒縱向間隙小，對(duì)整車(chē)回轉(zhuǎn)阻力矩的影響也越小。反之，回轉(zhuǎn)阻力矩減小，TPDS聯(lián)網(wǎng)積分值增加。

當(dāng)下心盤(pán)內(nèi)有雜物、心盤(pán)螺栓緊固力矩不符合規(guī)定時(shí)，會(huì)對(duì)M心盤(pán)造成一定影響。

M車(chē)輛直接影響著車(chē)輛運(yùn)行的平穩(wěn)性，M車(chē)輛不符合規(guī)定，易導(dǎo)致輪對(duì)蛇形運(yùn)動(dòng)加劇，從而導(dǎo)致輪軌之間“橫向力”過(guò)大。

3.2 從導(dǎo)致輪軌間“垂向力”減載的因素著手

3.2.1 下旁承橡膠體壓縮量不均勻

下旁承橡膠體的壓縮量可以直觀反映出下旁承的受力狀態(tài)，根據(jù)作用力與反作用力的關(guān)系，也反映著車(chē)體的受力狀態(tài)，下旁承橡膠體壓縮量計(jì)算公式為：δ=A-σ

其中：δ——下旁承橡膠體壓縮量；

A——JC型旁承下旁承磨耗板上平面與滾子的距離；

σ——“旁承間隙”（即：整車(chē)狀態(tài)下上旁承磨耗板下平面與下旁承磨耗板上平面間隙）。

在下旁承橡膠體物理性能符合規(guī)定的前提下，δ不均勻，則說(shuō)明下旁承承受的載荷不均勻，也說(shuō)明車(chē)體所受的力不均勻，在車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)下，車(chē)體有著上下、左右、前后運(yùn)動(dòng)的三維自由度，車(chē)體兩側(cè)所受的力不均勻，易導(dǎo)致車(chē)體左右擺動(dòng)加劇，從而造成兩側(cè)車(chē)輪頻次增、減載，輪軌間的“垂向力”受影響，影響車(chē)輛的動(dòng)力學(xué)性能，對(duì)車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)造成影響。

3.2.2 同一輪對(duì)輪徑差過(guò)大

同一輪對(duì)兩車(chē)輪輪徑差過(guò)大或者全車(chē)、同一臺(tái)車(chē)車(chē)輪輪徑差過(guò)限，會(huì)導(dǎo)致在車(chē)輛運(yùn)行時(shí)，輪徑小的車(chē)輪減載，輪徑大的車(chē)輪增載，在車(chē)輛運(yùn)行時(shí)，影響輪軌間的“垂向力”。

3.2.3 摩擦副之間的配合作用、枕簧、承載鞍軸箱橡膠墊性能不良

斜楔、側(cè)架立柱磨耗板等摩擦副的配合作用及枕簧撓度、承載鞍軸箱橡膠墊的物理性能，對(duì)車(chē)體垂向力向輪軌之間的傳遞過(guò)程有緩沖作用，也直接影響著輪軌之間的“垂向力”。

綜上分析可知，導(dǎo)致“TPDS預(yù)報(bào)運(yùn)行品質(zhì)不良”是車(chē)輛各部結(jié)構(gòu)的綜合因素累計(jì)所致，在這其中各種因素的權(quán)重有所不同，在特定車(chē)輛中甚至也有所差別，但綜合分析、比較來(lái)看，“下旁承組成”和“輪對(duì)”的技術(shù)狀態(tài)是關(guān)鍵性因素。

4 建議采取的措施

4.1 強(qiáng)化對(duì)“運(yùn)行狀態(tài)不良聯(lián)網(wǎng)報(bào)警車(chē)輛”的扣修

車(chē)輛段運(yùn)用車(chē)間、列檢作業(yè)場(chǎng)對(duì)于到達(dá)、始發(fā)列車(chē)運(yùn)行品質(zhì)不良聯(lián)網(wǎng)報(bào)警車(chē)輛要立即扣修；扣車(chē)時(shí)重點(diǎn)檢查輪對(duì)、側(cè)架導(dǎo)框、側(cè)架立柱磨耗板、斜楔及主摩擦板、搖枕斜楔摩擦面磨耗板、常接觸式旁承或間隙旁承、承載鞍及與承載鞍接觸的有關(guān)配件、枕簧、心盤(pán)及心盤(pán)螺栓等技術(shù)狀態(tài)，確保車(chē)輛運(yùn)行安全。

4.2 強(qiáng)化“下旁承組成”產(chǎn)品質(zhì)量卡控及“旁承間隙”的測(cè)量

配件入段檢驗(yàn)或檢修車(chē)間對(duì)“下旁承組成”檢修時(shí)，要嚴(yán)密卡控自由狀態(tài)下“JC型旁承磨耗板上平面至滾子上部距離”，確保JC型彈性旁承產(chǎn)品質(zhì)量合格；段修臺(tái)車(chē)落成時(shí)，嚴(yán)密卡控旁承座與旁承盒之間的縱向間隙，確保符合規(guī)定，避免由于旁承座與旁承盒之間的縱向間隙過(guò)限對(duì)車(chē)輛的“旁承回轉(zhuǎn)阻力矩”造成影響；廠(chǎng)修、段修、臨修車(chē)輛落成檢測(cè)時(shí)，必須保證“上旁承磨耗板下平面至下旁承滾子之間的距離”符合規(guī)定，以總體保證下旁承橡膠體壓縮量均符合規(guī)定。

4.3 嚴(yán)密卡控車(chē)鉤、牽引梁高度

車(chē)輛在廠(chǎng)、段、輔、臨修作業(yè)調(diào)整牽引桿、車(chē)鉤高度時(shí)，應(yīng)在車(chē)輛兩端同時(shí)進(jìn)行調(diào)整、測(cè)量、確認(rèn)，在保證車(chē)鉤一端鉤高符合870～890mm規(guī)定尺寸的同時(shí)，還應(yīng)保證牽引桿一端牽引梁上平面距軌面距離高度符合要求，以防止車(chē)輛重心偏移量過(guò)大，導(dǎo)致兩轉(zhuǎn)向架承受載荷不一致，從而造成輪對(duì)增、減載，影響車(chē)輛動(dòng)力學(xué)性能。

4.4 加嚴(yán)輪徑差技術(shù)指標(biāo)

針對(duì)“目前120km/h車(chē)輛，段修時(shí)同一臺(tái)車(chē)輪徑差不大于15mm，同一車(chē)輛輪徑差不大于30mm”的規(guī)定，制定加嚴(yán)技術(shù)措施，調(diào)整同一臺(tái)車(chē)、同一車(chē)輛的輪徑差規(guī)定，避免因?yàn)檩啅讲钸^(guò)大導(dǎo)致輪對(duì)增、減載，影響車(chē)輛運(yùn)行品質(zhì)。

4.5 卡控輪對(duì)檢修

輪對(duì)檢修車(chē)間在對(duì)輪軸檢修時(shí)，要對(duì)輪徑、輪對(duì)內(nèi)側(cè)距等關(guān)鍵尺寸逐個(gè)測(cè)量，確保車(chē)輛、轉(zhuǎn)向架、同一輪對(duì)兩車(chē)輪直徑差符合技術(shù)規(guī)定；同時(shí)對(duì)于“TPDS運(yùn)行品質(zhì)不良聯(lián)網(wǎng)報(bào)警”的鐵路貨車(chē)，運(yùn)用車(chē)間、列檢作業(yè)場(chǎng)須全數(shù)進(jìn)行扣修處理，該車(chē)扣入站修作業(yè)場(chǎng)后，站修對(duì)該車(chē)進(jìn)行全面技術(shù)檢查，并嚴(yán)格按照段修限度對(duì)輪對(duì)進(jìn)行檢修，輪對(duì)踏面等技術(shù)尺寸不符合段修限度的須組織進(jìn)行更換。

4.6 強(qiáng)化下心盤(pán)檢修工藝的執(zhí)行

廠(chǎng)、段修轉(zhuǎn)向架落成檢測(cè)時(shí)，要全數(shù)清掃下心盤(pán)與心盤(pán)磨耗盤(pán)之間的雜物、污物，確保下心盤(pán)組裝螺栓力矩M心盤(pán)符合規(guī)定。

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