董海濤

（福州地鐵集團有限公司，福建福州 350004）

0 引言

輪對受電弓在線檢測設備實現(xiàn)了對電客車輪對和受電弓狀態(tài)的即時監(jiān)測，不僅可以降低電客車在運行過程中出現(xiàn)輪對或受電弓故障而造成運行事故，而且能夠減少電客車檢修人員的工程量并優(yōu)化人員配置，目前已經基本上成為新建地鐵公司的標配設備，隨著大數(shù)據(jù)、云計算及AI（Artificial Intelligence，人工智能）技術的不斷發(fā)展，設備監(jiān)測的數(shù)據(jù)價值得到進一步提升，已經從最初簡單部件的狀態(tài)等參數(shù)的監(jiān)測發(fā)展到數(shù)據(jù)的分析診斷的智能模式，目前在此基礎上市場已經具有360°列車外觀檢測系統(tǒng)，可實現(xiàn)電客車全斷面的監(jiān)測。

1 設備選型分析

福州地鐵6 號線輪對受電弓在線檢測設備包括車號識別、輪對外形尺寸檢測、車輪擦傷檢測、軸溫檢測、受電弓磨耗及中心線檢測模塊、受電弓接觸壓力檢測和車頂監(jiān)控7 個模塊，基本上涵蓋了輪對和受電弓的所有關鍵參數(shù)和狀態(tài)的監(jiān)測。

1.1 車號識別模塊

目前市場上車號識別技術主要有電子標簽識別和圖像識別兩種技術，采用電子標簽識別的方式需要在每節(jié)電客車上安裝電子標簽，然后通過軌旁裝置接收電子標簽射頻，從而實現(xiàn)車號的識別，其優(yōu)點是抗干擾能力強，適應的速度范圍較寬，缺點是安裝過程較麻煩；圖像識別技術是通過高清攝像頭對電客車上的車號進行拍攝識別，優(yōu)點是設備配置簡單，無需在電客車上安裝任何裝置，缺點是對電客車車體上的車號清潔度有一定要求，適應的速度范圍較窄。

福州地鐵6 號線列車最高速度80 km/h，車速相對較低，圖像識別技術可以達到車號識別準確率≥99.9%的要求，同時地鐵電客車日常的清潔工作較為到位，且行車區(qū)域較為封閉，電客車車號被污染覆蓋的可能性很小，所以綜合考慮后車號識別模塊采用圖像識別技術。

1.2 輪對外形尺寸檢測模塊

輪對外形尺寸檢測模塊檢測車輪輪緣高度、輪緣厚度、車輪直徑、輪對內側距等尺寸參數(shù)變化，從而指導鏇輪工作的計劃安排，該模塊采用激光投射在輪對輪廓上，再通過高速相機拍攝出輪廓線，從而計算得出輪對的相關尺寸參數(shù)。

輪緣高度、輪緣厚度和輪對內側距等參數(shù)可以通過激光投射在車輪的輪廓線直接計算得出具體數(shù)值，準確度較高，但是由于激光只有投射在車輪一側，無法直接反應出車輪直徑值，所以車輪直徑只有通過間接計算得出：由激光器投射出角度為120°的激光面，打在輪緣及軌道上，經高速相機可得拍攝圖（圖1），通過系統(tǒng)軟件分析輪廓曲線Y2到Y1距離的變化量即輪直徑的變化量，Y4到Y2的距離固定不變，所以Y4到Y1的距離變化量等于輪直徑的變化量，只要標定好新輪Y4到Y1的距離，即可算出磨損后車輪的輪直徑。

圖1 高速相機拍攝的輪緣及軌道

直徑計算公式見式1：

（注：車輪圓心特征點為Y0）

在福州地鐵1號線輪對裝置實際應用過程中，直徑測量數(shù)據(jù)精度卻經常超出要求的±0.6 mm，誤報率高達30%，不僅沒有給鏇輪起到指導作用，反而造成了不必要的復核檢查工作。經分析，主要原因是福州1 號線輪對動態(tài)檢測設備直徑測量裝置采用單線激光測量的方式，數(shù)據(jù)采集點僅為一處，如輪對通過檢測點恰好發(fā)生圓跳動，則直接造成車輪直徑測量數(shù)據(jù)檢測精度產生超差，系統(tǒng)隨之發(fā)出超差誤告警。

經研究后，最終通過將激光檢測將單線檢測變?yōu)槎嗑€檢測，增加數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)，系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)修正，濾除超差數(shù)據(jù)，得出均衡值，再取平均值，可得出準確的車輪直徑，避免了單線激光測量時拍攝單一圖片且特征點多、特征穩(wěn)定性要求高造成的誤報率，保證設備運行檢測數(shù)據(jù)準確可靠。最終實際使用的效果也驗證了多線檢測方式的可行，直徑數(shù)值精度達到了要求的±0.6 mm，多線激光檢測拍攝圖如圖2 所示。

圖2 多線激光檢測拍攝圖

所以福州6 號線在輪對外形尺寸檢測模塊設計環(huán)節(jié)就要求使用多線激光檢測技術，以規(guī)避單一檢測數(shù)值造成誤告警問題。

2 設備安裝過程重難點分析

2.1 安裝地點選址

輪對受電弓在線檢測設備為電客車輪對和受電弓狀態(tài)的定點檢測設備，車輛能平穩(wěn)通過設備檢測區(qū)域，則檢測的數(shù)據(jù)就更加準確，所以要求設備安裝區(qū)域的軌道應為平直軌道。福州地鐵1 號線現(xiàn)因場地條件限制而將檢測設備安裝在入段線坡道處，使列車通過檢測區(qū)段的狀態(tài)相對于水平軌道要躁動得多，蛇形運動及彎道處的爬軌效應產生的輪對圓跳動，對車輪直徑的檢測精度造成較大的影響。福州6 號線輪對檢測模塊設備在安裝選址上選取出入段線的平直區(qū)域，避免了上述影響檢測精度的環(huán)境因素。

對于受電弓檢測模塊，以往項目和輪對檢測模塊一共安裝在出入段線的檢測棚內，但設置于出入段線區(qū)域，對每列車的受電弓的檢測頻率基本上只有1 天2 次（出段和回段各1 次），不能全天候地對受電弓狀態(tài)進行多頻率的檢測，而受電弓出現(xiàn)故障的頻率較車輪要高出很多，這樣就無法完全體現(xiàn)出受電弓檢測的監(jiān)測和預警的功能，福州6 號線將受電弓狀態(tài)檢測模塊的設備安裝于正線區(qū)域，這樣每列車運行通過時均可以進行檢測，但由于正線采用的是剛性接觸網，目前受電弓壓力均是通過接觸網上下彈性量來進行檢測，只適用于柔性接觸網，所以受電弓壓力檢測模塊與輪對檢測模塊設備一共安裝在出入段檢測棚內。

總體來說，輪對受電弓檢測設備安裝于正線上的使用效果要好于出入段線，能最大限度地提高設備的利用率，隨著技術的進步，剛性接觸網區(qū)域的受電弓檢測應也能得以實現(xiàn)，同時相對于而言，在正線設備安裝、調試及后續(xù)檢修等工作難度也會相應增大。

2.2 檢測棚至控制室的光纖敷設

輪對受電弓在線檢測設備屬于較小的設備，安裝工作量不大，安裝周期在一個月以內，設備安裝難度較小，不需用于大型起重機械等設備，但由于該設備的檢測區(qū)域和控制終端位于不在區(qū)域，所以兩者之間的通信光纖的敷設要予以注意。

福州6 號線將此光纖納入輪對受電弓在線檢測設備廠家一并實施，檢測棚和控制室相距約1.5 km，兩者之間有電纜溝通道相連接，理論上光纖的敷設難度不大，但由于前期電纜溝施工較慢，導致后期通信等專業(yè)的線纜敷設工期緊張，原計劃設備的光纜由通信專業(yè)公司一并敷設，由于搶工過程沒能完成。電客車進場后，運營接管車輛段的屬地管理權，光纖敷設須跨越多個軌道，因影響其他單位的施工，無法安排出施工作業(yè)點，最終這根光纖在主體設備已安裝完成幾個月后才得以敷設完成。

建議輪對受電弓在線檢測設備的通信光纖納入通信專業(yè)公司負責實施，即保證專業(yè)隊伍施工，以能夠與其他專業(yè)的線纜同步敷設，避免后續(xù)單獨敷設可能面臨的通道過小無法穿線等問題，從施工界面劃分上解決這類小工序的施工問題。

2.3 正線設備的安裝調試

對于安裝于正線的受電弓狀態(tài)檢測模塊等設備，在安裝和調試過程主要有2 個難度及注意事宜：

（1）在安裝過程中注意要與信號專業(yè)的設備保持一定的距離，信號系統(tǒng)作為電客車運行過程的核心控制設備，其要求正線上的其他專業(yè)的設備及線纜距離其設備的距離須1 m 以上，所以受電弓狀態(tài)檢測模塊等設備在安裝過程中必須要求注意與信號系統(tǒng)的應答器、計軸器等設備保持要求的距離，如信號系統(tǒng)設備尚示安裝，一定要提前與信號專業(yè)溝通，確定其設備的安裝位置后再進行安裝，以免安裝完成后發(fā)現(xiàn)與信號設備距離不滿足要求的情況，而造成不必要的返工。

（2）設備安裝完成后，設備的檢測情況是否滿足要求需要電客車通過后，根據(jù)實際測量的數(shù)據(jù)情況，再對設備安裝狀態(tài)進行精調，以達到最佳的檢測效果。目前地鐵的建設工期緊張，從電客車調試到試運行的時間短，所以在短時間內要完成所有數(shù)量的電客車的調試及驗收工作，試運行前大部分正線作業(yè)時間都留作電客車調試及驗收，同時該階段風水電、供電等專業(yè)的正線收尾及整改工作均在抓緊進行，輪對受電弓在線檢測設備作業(yè)非開通運營必須完成的設備，所以很難取得正線施工作業(yè)點。目前這個問題也沒有較好解決辦法，只能要求設備在電客車動態(tài)調試前必須完成安裝工作，保證設備不影響電客車運行，將最終的精調工作調整到試運行期間再視情況進行實施。

3 結語

輪對受電弓在線檢測設備是用于電客車關鍵部件狀態(tài)監(jiān)測和診斷的設備，設備雖不大，但在安裝過程中涉及土建條件預留、設備安裝、調試等所有機電項目建設環(huán)節(jié)，同時由于設備的分散式布置，各模塊之間聯(lián)通和調試工作相較很多大型設備更加復雜，只要1 個環(huán)節(jié)、1 個模塊及1 個通道出現(xiàn)問題，均會影響整體設備的正常運行，所以在整個項目實施過程中，工程建設管理人員應考慮到各個環(huán)節(jié)的重難點，提前謀劃預判，確保項目的順利推進，使輪對受電弓在線檢測設備能精準地反映出電客車輪對和受電弓的狀態(tài)并進行趨勢分析，真正成為電客車檢修維護人員的得力助手。