時(shí)洪光，趙俊杰，段 曉，劉 華，于 飛

（中車山東機(jī)車車輛有限公司 機(jī)電裝備研究所，1 高級(jí)工程師，2、5 工程師3、4 正高級(jí)工程師 山東 濟(jì)南 250000 ）

0 引言

近年我國(guó)軌道交通產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，隨著地鐵軌道交通運(yùn)營(yíng)速度提高、建設(shè)里程增加,線路日趨繁忙，線路檢修壓力也日益增大。傳統(tǒng)人工作業(yè)已無(wú)法滿足實(shí)際工作需要，軌道在動(dòng)力作用下產(chǎn)生各種軌道不平順和表面磨耗及缺陷。此問(wèn)題向上引起軌道車輛平穩(wěn)性和舒適度的變化，甚至造成脫軌、傾覆等惡性事件；向下引發(fā)軌道扣件松動(dòng)、軌下基礎(chǔ)設(shè)施破壞等結(jié)果［1］；同時(shí)車輛的振動(dòng)、建筑固件的松動(dòng)、熱脹冷縮都會(huì)導(dǎo)致建筑物變形，設(shè)備限界必須進(jìn)行經(jīng)常性測(cè)試，以便發(fā)現(xiàn)安全隱患，及時(shí)整修。因此，軌道檢測(cè)系統(tǒng)及限界檢測(cè)系統(tǒng)是各種軌道交通系統(tǒng)所必需的設(shè)備。綜合檢測(cè)車是軌道檢測(cè)及限界檢測(cè)設(shè)備的主要載體，它是檢查軌道及限界病害，指導(dǎo)維護(hù)保障行車安全的大型動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)設(shè)備，也是實(shí)現(xiàn)軌道科學(xué)管理的重要手段。

1 整車特點(diǎn)

本文介紹的綜合檢測(cè)車是中車山東機(jī)車車輛有限公司根據(jù)佛山地鐵二號(hào)線線路及氣候特點(diǎn)研制的，主要由車體、車鉤/緩沖系統(tǒng)、走行系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、電氣及控制系統(tǒng)（輔助電源、照明）、司機(jī)室、軌道檢測(cè)及限界檢測(cè)系統(tǒng)等部分組成。該檢測(cè)車無(wú)牽引動(dòng)力，作業(yè)時(shí)可與蓄電池牽引機(jī)車重聯(lián)編組。主副司機(jī)室、會(huì)議室、檢測(cè)工作間均配有空調(diào)和獨(dú)立的操作控制盒，能分別控制通風(fēng)、制冷或供熱，節(jié)能環(huán)保。整車采用840 mm 整體碾鋼輪對(duì)，磨耗型踏面。車輛構(gòu)造速度120 km/h，車輛在5 km/h～80 km/h范圍之間運(yùn)行時(shí)相關(guān)檢測(cè)設(shè)備可正常使用。曲線外軌最大超高120 mm 時(shí)能安全運(yùn)行。符合GB146.1-83標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路機(jī)車車輛限界和《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50157-2013 附錄C 中B2 型車限界要求。具有空氣制動(dòng)和停放制動(dòng)功能。

2 車體

地鐵高效綜合檢測(cè)車車體鋼結(jié)構(gòu)采用整體承載式結(jié)構(gòu)，具有足夠的強(qiáng)度和剛度［2］。運(yùn)用模塊化設(shè)計(jì)方法將車體分為主司機(jī)室、檢測(cè)室、會(huì)議室、動(dòng)力間、副司機(jī)室五部分。車體蒙皮采用兩次張拉成型工藝保證平面度。

2.1 司機(jī)室檢測(cè)車車輛設(shè)置主副司機(jī)室,主司機(jī)室內(nèi)設(shè)置一個(gè)主司機(jī)操作臺(tái),用于實(shí)現(xiàn)牽引動(dòng)力機(jī)車后向運(yùn)行、制動(dòng)等控制。操縱臺(tái)布置包括牽引車狀態(tài)顯示屏、方向/速度控制手柄、制動(dòng)閥、緊急制動(dòng)按鈕、制動(dòng)及緩解按鈕以及保證牽引車正常運(yùn)行的各種監(jiān)視儀表、指示燈、報(bào)警顯示裝置和開關(guān)按鈕等。副司機(jī)室內(nèi)設(shè)有副司機(jī)室操作臺(tái),主要用于作業(yè)時(shí)瞭望及存放工具。車輛司機(jī)室與牽引機(jī)車的通話通過(guò)連接線實(shí)現(xiàn)有線通話；司機(jī)室前擋風(fēng)玻璃窗安裝噴水式雙速電動(dòng)刮雨器，司機(jī)室內(nèi)布置滿足GB/T 6769-2016 機(jī)車司機(jī)室布置規(guī)則和GB6770-2000機(jī)車司機(jī)室特殊安全規(guī)則要求。

2.2 檢測(cè)室及會(huì)議室檢測(cè)室作為綜合檢測(cè)車的大腦負(fù)責(zé)分析處理數(shù)據(jù)，以設(shè)備空間最小化為布置原則充分保證人員的的活動(dòng)空間，內(nèi)部安裝有限界檢測(cè)機(jī)柜、軌道檢測(cè)機(jī)柜、工作臺(tái)、顯示器及工作椅，限界檢測(cè)系統(tǒng)及軌道檢測(cè)系統(tǒng)裝置分別安裝在兩個(gè)機(jī)柜內(nèi)，機(jī)柜靠近主司機(jī)室隔墻設(shè)有檢修門方便維護(hù)。會(huì)議室內(nèi)設(shè)有液晶電視、會(huì)議桌、工作座椅，可滿足8 人會(huì)議需求。液晶電視與檢測(cè)系統(tǒng)相連，可實(shí)時(shí)顯示檢測(cè)數(shù)據(jù)。會(huì)議室頂棚設(shè)有活動(dòng)天窗及折疊爬梯，可方便登頂檢修。

2.3 動(dòng)力間檢測(cè)車配置進(jìn)口柴油發(fā)電機(jī)組為車輛軌檢系統(tǒng)、限界檢測(cè)、空調(diào)系統(tǒng)、照明及其它用電設(shè)備提供AC380 V/AC220 V、50 Hz 交流工作電源，考慮到整車運(yùn)行安全及發(fā)電機(jī)組對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)精度的影響，將發(fā)電機(jī)組內(nèi)置。動(dòng)力間兩側(cè)設(shè)有可拆卸百葉窗保證機(jī)組散熱，為降低噪音及振動(dòng)發(fā)電機(jī)組安裝座設(shè)有減震橡膠墊，動(dòng)力間內(nèi)部墻壁填充吸音海綿，動(dòng)力間與會(huì)議室和副司機(jī)室之間設(shè)有雙層真空玻璃的密封門。

3 轉(zhuǎn)向架

該轉(zhuǎn)向架已成熟運(yùn)用到深圳地鐵和重慶地鐵等地鐵公司，采用整體焊接結(jié)構(gòu)H 形構(gòu)架,設(shè)計(jì)壽命30年。采用二系懸掛系統(tǒng)保證車輛運(yùn)行的平穩(wěn)性及舒適性，一系懸掛系統(tǒng)采用錐形橡膠彈簧，提供一系縱向和橫向定位剛度，二系懸掛系統(tǒng)主要由二系橡膠堆、橫向油壓減振器、橫向彈性止擋、二系垂向止擋、防脫索組成等組成，保證車輛直線運(yùn)行和曲線通過(guò)性能要求。

4 制動(dòng)系統(tǒng)

地鐵高效綜合檢測(cè)車制動(dòng)系統(tǒng)由120 型空氣制動(dòng)機(jī),IPR-6型停放制動(dòng)控制單元組成。車輛的空氣制動(dòng)考慮與牽引動(dòng)力車及其它工程機(jī)車的重聯(lián)功能，滿足與動(dòng)力機(jī)車聯(lián)掛后在車輛駕駛室的操作中實(shí)施對(duì)動(dòng)力機(jī)車的減壓制動(dòng)、自動(dòng)制動(dòng)、緊急制動(dòng)等功能。平直道上，速度80 km/h 進(jìn)行緊急制動(dòng)時(shí)，緊急制動(dòng)減速度不小于1.0 m/s2,每個(gè)車輪均設(shè)有獨(dú)立作用式單元制動(dòng)器（帶閘瓦間隙自動(dòng)調(diào)節(jié)器）。車輛具有停車制動(dòng)功能，保證車輛停在40‰坡道上而不下滑。

5 電器及控制系統(tǒng)

地鐵高效綜合檢測(cè)車采用與佛山地鐵二號(hào)線蓄電池牽引車一致的操作控制臺(tái)及微機(jī)控制系統(tǒng)，通過(guò)該微機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)能對(duì)與之編組的蓄電池牽引車進(jìn)行操作。微機(jī)控制系統(tǒng)控制蓄電池牽引動(dòng)力機(jī)車的通電、斷電；機(jī)車、車輛的前進(jìn)、后退；機(jī)車加載、減載等，以及實(shí)現(xiàn)對(duì)牽引車運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視、警告、卸載、停機(jī)的分級(jí)保護(hù)等功能。充分考慮牽引動(dòng)力車和該車輛的重聯(lián)功能，包括空氣制動(dòng)、停放制動(dòng)等功能均能夠與蓄電池牽引車實(shí)現(xiàn)連接控制。

車內(nèi)電氣系統(tǒng)分為直流及交流兩部分，直流系統(tǒng)由蓄電池（含車上充電裝置）、控制及儀表、保護(hù)、照明等組成。直流電源為24 V，可通過(guò)本車所配置的蓄電池組提供，供檢測(cè)車上前后標(biāo)志燈、雨刮器、前照燈、電風(fēng)扇、頂棚燈、直流控制系統(tǒng)等使用。在車下設(shè)蓄電池組充電插座，以通過(guò)外電源對(duì)蓄電池充電。蓄電池箱懸掛于車下，與車架采用螺栓連接。蓄電池箱外設(shè)有二次防護(hù)裝置，防止蓄電池箱意外開啟對(duì)線路設(shè)備造成損壞。

交流系統(tǒng)由空調(diào)、交流用電設(shè)備（含檢測(cè)裝置）及UPS電源等組成，由柴油發(fā)電機(jī)組供給主電源，也可通過(guò)車輛交流輸入插座為檢測(cè)車用電設(shè)備提供電源。主電源線路、照明線路、控制線路等按功能分別排布，方便維修。軌道檢測(cè)系統(tǒng)的電線路預(yù)留30%的冗余，便于功能擴(kuò)充時(shí)增設(shè)線路。

6 軌道檢測(cè)系統(tǒng)

地鐵高效綜合檢測(cè)車的軌道檢測(cè)系統(tǒng)包括軌道幾何檢測(cè)系統(tǒng)、全斷面鋼軌輪廓檢測(cè)系統(tǒng)、定位系統(tǒng)等。其硬件設(shè)備主要由車內(nèi)設(shè)備及車底設(shè)備組成。其結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 檢測(cè)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

軌道幾何檢測(cè)系統(tǒng)依靠2D激光傳感器、加速度傳感器、傾角儀、陀螺儀等各類進(jìn)口傳感器，除完成軌距、軌道水平、軌向等軌道不平順的檢測(cè)外，還負(fù)責(zé)建立軌道檢測(cè)慣性基準(zhǔn)，用于軌道幾何參數(shù)修正。隨后通過(guò)數(shù)據(jù)采集軟件、數(shù)據(jù)處理軟件以及報(bào)表分析軟件對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析處理。

全斷面鋼軌輪廓檢測(cè)系統(tǒng)采用線結(jié)構(gòu)光視覺技術(shù)進(jìn)行鋼軌廓形全斷面動(dòng)態(tài)測(cè)量，裝置組成如系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D（圖2）所示［3］。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D

全斷面鋼軌輪廓檢測(cè)系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)軌廓全斷面、磨耗高精度實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)檢測(cè)。在分析軟件中，可自動(dòng)建立標(biāo)準(zhǔn)鋼軌輪廓，同時(shí)將每個(gè)采集的輪廓與標(biāo)準(zhǔn)輪廓進(jìn)行重疊對(duì)比分析，并輸出垂向和水平磨耗結(jié)果。車上監(jiān)視系統(tǒng)能取得以下信息：實(shí)際檢測(cè)采集的鋼軌輪廓與參考輪廓對(duì)比；對(duì)鋼軌垂磨和側(cè)磨分別進(jìn)行分析；全部檢測(cè)結(jié)果能進(jìn)行數(shù)據(jù)回放，但數(shù)據(jù)不能更改；全斷面測(cè)量時(shí)可同時(shí)顯示軌底坡?？赏瓿筛黜?xiàng)參數(shù)實(shí)時(shí)檢測(cè)處理，方便用戶設(shè)定檢測(cè)起始點(diǎn)。采用四相編碼器，可實(shí)時(shí)對(duì)速度，運(yùn)行方向進(jìn)行監(jiān)控。

7 限界檢測(cè)系統(tǒng)

限界檢測(cè)系統(tǒng)主要分為三大部分：限界檢測(cè)采集設(shè)備、振動(dòng)偏移補(bǔ)償系統(tǒng)和數(shù)據(jù)融合處理系統(tǒng)，系統(tǒng)拓?fù)鋱D見圖3。多組面陣相機(jī)組成限界采集設(shè)備，利用工業(yè)以太網(wǎng)，將圖像信號(hào)從車底傳輸?shù)杰噧?nèi)的處理主機(jī)，基于圖像濾波、去噪及特征提取算法，測(cè)量拍攝線路上物體距離相機(jī)的水平距離和垂直距離；振動(dòng)偏移補(bǔ)償系統(tǒng)用于測(cè)量車體相對(duì)于軌平面的傾角和左右偏移距離，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線將所測(cè)傾角及偏移值傳送到處理主機(jī)；融合處理系統(tǒng)接收限界檢測(cè)采集設(shè)備、偏移補(bǔ)償系統(tǒng)所測(cè)量的數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線檢測(cè)功能，并最終進(jìn)行顯示、存儲(chǔ)以及打印報(bào)表等功能。

圖3 系統(tǒng)拓?fù)鋱D

8 總結(jié)

隨著我國(guó)軌道交通產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對(duì)實(shí)時(shí)、高效、高精度作業(yè)的需求也日趨增大。綜合檢測(cè)車是順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的產(chǎn)品，該型綜合檢測(cè)車融合了客車車體加工技術(shù)，運(yùn)用模塊化設(shè)計(jì)理念，為用戶提供多種檢測(cè)功能模塊。根據(jù)用戶需求整車按功能布局，實(shí)現(xiàn)了軌道檢測(cè)和限界檢測(cè)功能。