董 偉 上海鐵路局調(diào)度所

動車組車輛安全檢測監(jiān)控技術的探討

董 偉 上海鐵路局調(diào)度所

動車組在我局大量開行，動車組的安全成為車輛安全中的重中之重。為確保動車組運行安全，在總結(jié)既有車輛運行安全保障經(jīng)驗的基礎上，利用紅外測溫、高速攝像、力學檢測、聲學診斷及計算機聯(lián)網(wǎng)和信息共享等技術,建設和完善動車組車輛安全檢測監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對動車組的實時監(jiān)測，確保動車組的絕對安全。

動車組；安全；檢測；監(jiān)控；探討

1 現(xiàn)狀

隨著高速鐵路的快速發(fā)展，近年我局開行了大量的動車組，動車組行車安全的檢測監(jiān)控需求日漸強烈。但是動車組車載安全防范措施失效和設計制造源頭質(zhì)量缺陷等安全隱患問題時有發(fā)生。如時速250 km/h以下客運專線，地面軸溫探測與動車組軸報器檢測溫度誤差較大且熱軸預報模型不一致；時速300km/h以上高鐵線路上沒有安裝地面軸溫探測設備，高鐵動車組軸溫監(jiān)測手段單一；動車組軸承早期故障缺少有效的監(jiān)測手段；動車組車載監(jiān)控系統(tǒng)故障誤報、漏報；動車組在嚴寒冰雪氣候運行時，底部及轉(zhuǎn)向架結(jié)冰、積雪狀況無法有效監(jiān)測等?？傊瑒榆嚱M運行安全防范手段有待加強。

2 檢測設備簡介

2.1 紅外線軸溫探測設備

車輛軸溫智能探測系統(tǒng)（以下簡稱THDS）利用安裝在軌道兩側(cè)的紅外線軸溫探測設備捕捉通過車輛的軸承或軸箱輻射紅外能量，通過和車號AEI設備相結(jié)合，對車輛軸位準確定位，能夠檢測到每個最高時速達360 km/h的車輛軸箱的溫度，達到較高的測溫精度和熱軸預報準確率。通過聯(lián)網(wǎng)應用，可有效預報、防范熱切軸故障的發(fā)生。

2.2 高速攝像設備

動車組運行故障動態(tài)圖像檢測系統(tǒng)（以下簡稱TEDS）利用軌邊和軌間高速攝像頭實時探測通過動車組的側(cè)面和底部圖像，監(jiān)測車鉤、基礎制動裝置等容易發(fā)生裂折、損傷的部位，利用圖像自動采集、識別技術，對異常情況進行自動報警，有效地縮短了技撿時間，提高了車輛的檢修質(zhì)量，減輕了檢修人員的勞動強度，保證了車輛安全運行。

2.3 力學監(jiān)測設備

車輛運行品質(zhì)軌邊動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)（以下簡稱TPDS）利用設在軌道上的測試平臺，動態(tài)檢測運行中車輛輪軌間的動力參數(shù)，實現(xiàn)對車輛運行狀態(tài)的識別。通過對運行狀態(tài)不良車輛的報警、追蹤、處理，減少脫軌事故的發(fā)生；系統(tǒng)具有車輪踏面損傷監(jiān)測功能，能對擦傷、剝離、失圓、偏心等各類踏面損傷進行科學評判，根據(jù)其嚴重程度分級報警。通過對車輪踏面損傷報警的處理，大大降低了車輪踏面損傷對車輛關鍵零部件及軌道結(jié)構(gòu)的傷損。系統(tǒng)與其它安全監(jiān)控系統(tǒng)共享監(jiān)測信息，如與紅外軸溫監(jiān)控系統(tǒng)綜合應用，大大提高報警質(zhì)量，強化車輛安全保障能力。

2.4 聲學診斷設備

車輛滾動軸承故障軌邊聲學診斷系統(tǒng)（以下簡稱TADS）是在軌邊安裝聲學傳感器陣列對車輛軸承的振動聲音信號進行采集，采用現(xiàn)代聲學診斷技術，將時域信號進行能量譜、功能譜分析，根據(jù)不同的軸承故障信號頻率、能量、幅值和相關的車速、載荷的因素，判斷出軸承故障類型和故障缺陷程度，從而實現(xiàn)對滾動軸承早期故障的預警、防范。將防范軸承故障關口提前，大大提高保障行車安全的能力。

3 建議

3.1 完善THDS系統(tǒng)探測動車組的預報模型

為解決時速250 km/h以下客運專線THDS地面探測與動車組軸報器檢測溫度誤差大且熱軸預報模型不一致的問題，應積極聯(lián)系生產(chǎn)廠家改進THDS系統(tǒng)探測動車組的預報模型，使之與車載軸報器預報標準相一致。

3.2 在300 km/h以上高鐵線路上安裝改進的地面THDS設備

現(xiàn)在我局300 km/h以上高鐵線路上運行的動車組主要采用車載系統(tǒng)的軸溫報警器連續(xù)監(jiān)測軸溫。然而在軸報器發(fā)生故障的情況下，軸溫就失去了監(jiān)測，無法預判軸承故障，可能導致嚴重后果。另外動車組制動盤、電機、齒輪箱、車輪等會發(fā)生熱故障的車底部件，現(xiàn)在的動車組車載設備尚未實現(xiàn)完全監(jiān)控，難以及時發(fā)現(xiàn)這些部件的熱故障。高鐵動車組THDS系統(tǒng)利用多元光子探頭探測多點軸箱溫度，能夠集中探測車底重要部件的溫度變化趨勢，對部件的熱故障實現(xiàn)及時報警。在300 km/h以上高鐵線路上安裝改進的地面THDS設備，是對高鐵動車組軸溫的補充監(jiān)測，實現(xiàn)了高鐵動車組軸溫監(jiān)測的雙保險。

3.3 在高鐵線路和客運專線上安裝針對動車組的TPDS設備、TADS設備

動車組車輪踏面損傷和走行部狀態(tài)監(jiān)測是關系動車組運行安全的重要內(nèi)容。車輪踏面損傷對車輛零部件及軌道結(jié)構(gòu)危害很大，踏面損傷存在各種形式，如擦傷、剝離、失圓、動不平衡等，均可引起輪軌間的沖擊作用力，其危害程度與缺陷的形狀、位置、速度、輪重相關，采用幾何測量、加速度、聲學等手段均不足以科學評判動車組踏面損傷的危害程度。動車組既有的入段檢測設備只能在低速條件下對踏面損傷進行幾何檢測，無法檢測較高速度下輪對動態(tài)損傷。在既有TPDS對貨車輪對踏面損傷、運行品質(zhì)檢測的基礎上，利用輪軌力連續(xù)測量技術，安裝針對動車組的車輛運行品質(zhì)軌邊動態(tài)檢測設備，實時檢測通過的動車組，實現(xiàn)對動車組輪對踏面損傷、失圓、運行品質(zhì)的動態(tài)檢測。

動車組轉(zhuǎn)向架軸承是承受載荷和傳遞載荷的主要部件。目前，對動車組滾動軸承的檢測主要依靠車載軸溫報警裝置在線監(jiān)控，其主要監(jiān)控的是軸承晚期故障，問題發(fā)現(xiàn)不及時。針對動車組的TADS設備運用新型軌邊聲學判定技術、數(shù)據(jù)趨勢分析技術，能夠更加快速準確地對故障軸承進行實時異常分析和分級報警，實現(xiàn)動車組滾動軸承的早期故障檢測和診斷。

3.4 完善既有TEDS設備

對于高速運行的動車組，特別是在有砟軌道上運行的動車組，在運行中容易受到異物擊打底部部件，從而形成安全隱患。而由于動車組采用高站臺停站，兩側(cè)裙板完全封閉、底板高度低，在入庫前難以實現(xiàn)對底部和側(cè)部部件的檢測和檢修。TEDS系統(tǒng)利用高速攝像、圖像處理、圖像智能模式識別等技術，能夠采集高速運行中動車組的轉(zhuǎn)向架、底板、車端連接部、裙板等關鍵部位的圖像，實現(xiàn)對動車組轉(zhuǎn)向架、底部、制動、側(cè)部裙板等部件的在線監(jiān)測。

3.5 建設動車組安全檢測綜合探測站

高鐵線路大部分是高架線路，安裝安全檢測監(jiān)控設備的空間很小，設備檢修和施工必須在很短的天窗時間內(nèi)完成，而THDS、TADS、TEDS設備對動車組運行速度等技術條件的要求接近，為實現(xiàn)硬件資源、數(shù)據(jù)資源及維護能力的共享，減少設備檢修、施工時間，應對動車組監(jiān)測設備（包括THDS、TADS、TEDS）進行綜合規(guī)劃與整合，建設多功能、模塊化的動車組安全綜合探測站，實現(xiàn)動車組運行狀態(tài)的多維度監(jiān)控。

4 結(jié)束語

動車組車輛安全檢測監(jiān)控系統(tǒng)將運行中車輛動態(tài)信息及早期故障情況及時采集報警，并進行網(wǎng)絡跟蹤監(jiān)控，及時消除隱患，確保了行車安全。各子系統(tǒng)采用智能化、網(wǎng)絡化、信息化技術，在鐵路沿線建設系統(tǒng)探測站，實現(xiàn)地面設備和車載設備對動車組運行安全的動態(tài)檢測、數(shù)據(jù)集中、聯(lián)網(wǎng)運行、遠程監(jiān)控、信息共享，從而顯著地提高動車組安全防范能力。

責任編輯：許耀元

來稿日期：2017-02-27