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        適用于無砟軌道的TEDS系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

        2018-06-01 07:24:34仰永華
        鐵道運(yùn)營技術(shù) 2018年2期
        關(guān)鍵詞:錨栓動車組軌道

        仰永華

        (南寧鐵路局車輛處,工程師,廣西 南寧,530029)

        1 設(shè)計目的

        近年來我國高速鐵路迅猛發(fā)展,各型動車組大量上線運(yùn)行。伴隨動車組長交路運(yùn)行、一站直達(dá)、停站時間短、途中檢修困難等,給動車組安全運(yùn)行帶來了巨大壓力。為解決動車組在線運(yùn)行故障監(jiān)控的問題,中國鐵路總公司組織開發(fā)、運(yùn)用了動車組運(yùn)行故障圖像檢測系統(tǒng)(簡稱TEDS,下同),并于2012年將其入動車組“五防”設(shè)備之一(運(yùn)輛管驗函[2012]122號文),2013年列為鐵路總公司運(yùn)輸局安全專項整治掛牌督辦的項目之一(鐵總安監(jiān)函[2013]321號)。

        目前既有成型的TEDS設(shè)備均為在有砟軌道基礎(chǔ)上設(shè)計開發(fā)的,軌旁設(shè)備底箱的設(shè)計高度為500 mm(有砟軌道可以向下開挖道床,高度不受限)。隨著以無砟軌道為標(biāo)志的客運(yùn)專線的不斷投入使用,既有成型TEDS軌旁設(shè)備底箱已不適用于軌枕面至車輛限界底部僅為210 mm的無砟軌道(無砟軌道道床不可下開挖道床,高度受限),因此急需研發(fā)適用于無砟軌道的TEDS設(shè)備。

        2 設(shè)計思路

        遵循滿足現(xiàn)場需要、服務(wù)安全生產(chǎn)的設(shè)計理念,確立了解決存在問題、凸顯針對性和實用性的設(shè)計思路。

        2.1 需要解決的基本問題 由于在無砟軌道上安裝TEDS軌旁設(shè)備,軌內(nèi)、外底箱的高度尺寸受限,導(dǎo)致軌內(nèi)箱體安裝方式發(fā)生變化,需要解決以下問題:

        1)由于高度受限,軌內(nèi)底箱設(shè)置的1個線陣相機(jī)、1個3 D相機(jī)、2個激光光源;2個軌外底箱分別設(shè)置的1個線陣相機(jī)、1個3 D相機(jī)、2個激光光源及輔助的電源、連接線等元件的安裝位置均需重新優(yōu)化布局。

        2)基于3 D成像需從不同的位置獲取同一被測部件的兩幅圖像的原理,軌內(nèi)、外底箱的同組兩個3 D攝像頭和激光光源的探測角度需重新優(yōu)化設(shè)置,實現(xiàn)將同一空間物理點的映像建立對應(yīng)關(guān)系,使系統(tǒng)能獲得高清晰的立體三維圖形。

        3)由于在無砟軌道上無法進(jìn)行混凝土澆筑,需要采用其它可靠的方式進(jìn)行軌內(nèi)底箱安裝,確保其安全穩(wěn)固。

        2.2 設(shè)計方案 研發(fā)適用于無砟軌道的TEDS系統(tǒng),主要包括以下內(nèi)容和措施:

        1)利用特殊鏡面反射,實現(xiàn)在底部空間極其有限的條件下,進(jìn)行3 D成像。

        2)通過激光三角法提升攝像精度。

        3)采用玻璃鍍膜,強(qiáng)力吹風(fēng)、進(jìn)行玻璃吹風(fēng)除塵,并通過電加熱進(jìn)行玻璃無損除霧等消除周圍環(huán)境和天氣對設(shè)備成像的影響。

        4)利用化學(xué)錨栓安裝固定軌內(nèi)箱體,滿足時速250 km∕h動車組安全通過的要求。

        3 系統(tǒng)設(shè)計

        3.1 系統(tǒng)組成與功能 系統(tǒng)設(shè)備由線陣圖像采集模塊、3 D成像模塊、自動識別報警模塊,以及無砟軌道軌旁安裝防護(hù)裝置等組成,用于無砟軌道動車組運(yùn)行故障圖像檢測。系統(tǒng)采用特殊鏡面反射成像、激光三角法、多角度立體建模等技術(shù),實現(xiàn)在無砟軌道底部空間有限條件下的3 D成像;采用化學(xué)錨栓、框架緊固等技術(shù)固定底部箱體,滿足軌旁和軌中設(shè)備在無砟道床上安裝的強(qiáng)度要求。系統(tǒng)設(shè)備整體性能滿足中國鐵路總公司《動車組運(yùn)行故障圖像檢測系統(tǒng)(TEDS)探測站設(shè)備暫行技術(shù)條件》要求。

        3.2 工藝與尺寸 經(jīng)研究設(shè)計,TEDS軌內(nèi)外底箱均采用扁平式一體化設(shè)計,樣機(jī)實際安裝高度控制在212 mm。圖1、圖2、圖3、圖4分別是TEDS無砟軌道內(nèi)和軌道外底箱設(shè)計圖和實物圖。TEDS無砟軌道整體設(shè)備見圖5。

        圖1 TEDS無砟軌內(nèi)底箱設(shè)計圖

        圖2 TEDS無砟軌外底箱設(shè)計圖

        圖3 TEDS無砟軌道軌內(nèi)底箱實物圖

        圖4 TEDS無砟軌道軌外底箱實物圖

        圖5 TEDS無砟軌道整體設(shè)備

        其中,考慮到現(xiàn)場環(huán)境不同,軌內(nèi)外底箱與軌中底箱安裝方式不同:軌中底箱的安裝位置地面平整,便于安裝;而軌兩側(cè)因考慮排水問題是傾斜的,所以為保證設(shè)備的穩(wěn)固,軌內(nèi)外底箱的安裝先安裝一個底板,底板及底部箱體均采用化學(xué)錨栓固定。

        4 系統(tǒng)應(yīng)用

        首套TEDS無砟設(shè)備已經(jīng)在貴廣客運(yùn)專線桂林西站安裝調(diào)試完畢,并投入試用,圖像效果達(dá)到設(shè)計要求,圖6為設(shè)備平臺顯示截圖。

        圖6 平臺顯示效果圖

        TEDS無砟設(shè)備在桂林西站的應(yīng)用效果表明:

        1)設(shè)備底部箱體均采用扁平式一體化設(shè)計,樣機(jī)實際安裝高度212 mm,基本符合無砟軌道軌枕面至車輛底部的限界標(biāo)準(zhǔn),滿足動車組安全通過的要求。

        2.)砟軌道軌枕上。投入試用至今,經(jīng)南昌局車輛段維修人員定期巡檢,未發(fā)現(xiàn)錨栓、底箱松動的現(xiàn)象,底箱安裝牢固。

        3)設(shè)備底部箱體采用特殊鏡面反射成像等關(guān)鍵技術(shù),克服了扁平式一體化設(shè)計高度受限的問題,實現(xiàn)了3 D成像。設(shè)備采用模塊化設(shè)計,便于拆裝,節(jié)省作業(yè)人員上道作業(yè)時間;設(shè)備具備自動除塵功能,能夠?qū)崿F(xiàn)對各個相機(jī)鏡頭自動除塵,減少維護(hù)人員上道維護(hù)頻率,提高了檢修工作效率。設(shè)備采用玻璃鍍膜、強(qiáng)力吹風(fēng)、電加熱等措施,排除周圍環(huán)境和天氣對設(shè)備成像的影響,可適應(yīng)全天候環(huán)境。

        4)設(shè)備投入試用至今,共探測動車組4 800余列(按16列∕日計),完整采集了運(yùn)行動車組的車體底部、側(cè)部裙板、連接裝置、轉(zhuǎn)向架等可視部位的高清圖像,并實時傳輸至南寧動車所TEDS檢測中心,基本無丟圖、錯圖等故障現(xiàn)象。

        5)系統(tǒng)設(shè)備采用三維檢測技術(shù),明顯提高了故障自動識別準(zhǔn)確率,減少了TEDS動態(tài)檢車員工作量,提高了動車組運(yùn)行故障監(jiān)測和預(yù)警能力。在貴廣客運(yùn)專線桂林西站上、下行安裝的TEDS無砟設(shè)備自2016年4月試用至今,發(fā)現(xiàn)動車組各類運(yùn)行故障分別為43件、21件,其中,發(fā)現(xiàn)攔停列車的故障分別為2件、3件,對確保動車組安全運(yùn)行發(fā)揮了重要作用。

        5 結(jié)束語

        本文介紹所研發(fā)的適用于無砟軌道動車組運(yùn)行故障圖像檢測系統(tǒng)(TEDS),具有軌旁設(shè)備樣機(jī)設(shè)計合理、現(xiàn)場安裝規(guī)范,系統(tǒng)技術(shù)性能良好,滿足動車組安全運(yùn)行檢測要求等特點,經(jīng)現(xiàn)場實際應(yīng)用,實現(xiàn)了服務(wù)現(xiàn)場需要、服務(wù)安全生產(chǎn)的研發(fā)預(yù)期。

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