王超偉

（廣深鐵路股份有限公司，廣州 510450）

THDS-BS型、THDS-A型紅外線軸溫探測系統(tǒng)是目前鐵路貨物列車最常用的紅外線軸溫探測系統(tǒng)（以下簡稱THDS設(shè)備）。該系統(tǒng)采用“雙下探”的探測方式，即利用內(nèi)外2個紅外掃描器（以下簡稱探頭）對軸承中心和外部溫度進行測溫［1］。

1 探頭方位角的標(biāo)定與檢測

1.1 探頭方位角標(biāo)定

由于THDS設(shè)備探頭位置有一定仰角和偏角，因此需要定期對探頭進行方位角標(biāo)定以保證探測精度。標(biāo)定時，首先在探頭上安裝激光器，再通過激光照射在長短2個校準(zhǔn)靶上的光點位置來判斷探頭方位角是否準(zhǔn)確，如圖1所示［2-3］。

圖1 方位角標(biāo)定時校準(zhǔn)靶位置

1.2 方位角檢測

為保證THDS設(shè)備測溫的準(zhǔn)確性，根據(jù)鐵總運［2015］301號文件要求“鐵路局須定期利用紅外線軸溫探測設(shè)備動態(tài)檢測車對沿線各紅外軸溫探測設(shè)備進行檢測，原則上干線每2個月、支線每3個月一次”［4］。

紅外線軸溫探測設(shè)備動態(tài)檢測車（以下簡稱檢測車）上安裝有方位尺，其底部為發(fā)熱體，前部為玻璃鋼板制成的Z字窗口擋板。當(dāng)探頭從方位尺窗口1、2、3或者1、4、3掃描通過時，探頭將探測到3個高溫。通過測量3個高溫出現(xiàn)的時間就能判斷地面THDS設(shè)備的探頭方位角是否準(zhǔn)確［5］，如圖2所示。

圖2 方位尺與方位波形示意圖

2 問題與分析

探頭方位角的標(biāo)定是通過固定校準(zhǔn)架和校準(zhǔn)靶來實現(xiàn)的，這種方式是建立在直行的鋼軌基礎(chǔ)上。而現(xiàn)實中部分THDS設(shè)備受地域限制安裝在彎道上，這就導(dǎo)致了該方式不能準(zhǔn)確標(biāo)定探測方位角。如何準(zhǔn)確標(biāo)定這些設(shè)備的方位角成為工作難點。

3 思路與對策

彎道影響的因素很多，主要有軌道曲率、軌面高度差、坡度以及軌距偏差等［6］。這些數(shù)據(jù)由各工務(wù)段各工區(qū)掌握，而且標(biāo)準(zhǔn)浮動大，很難獲知具體數(shù)值。鋼軌磨耗緩慢，在一定時間內(nèi)彎道的參數(shù)變化不大，THDS設(shè)備安裝完成后其探頭探測路徑是穩(wěn)定的。因此，可利用定期運行的檢測車數(shù)據(jù)，分析找出檢測波形與設(shè)備探頭探測角度之間的關(guān)系，從而實現(xiàn)方位角的精確標(biāo)定。

3.1 檢測車波形分析

檢測車波形可以通過檢測車報文和復(fù)示站復(fù)示軟件查看，其波形如圖3所示。

圖3 紅外線檢測報告外探方位尺波形圖

由圖3可知方位尺波形的x軸被均分為31份，用于分別記錄方位尺各峰值出現(xiàn)的位置。根據(jù)檢測車評分標(biāo)準(zhǔn)，THDS設(shè)備探頭角度的準(zhǔn)確性標(biāo)準(zhǔn)見表1［5］。

表1 THDS探測設(shè)備探頭角度評判標(biāo)準(zhǔn)

3.2 分析方位尺

方位尺為標(biāo)準(zhǔn)件，其尺寸和安裝位置固定。對其結(jié)構(gòu)進行建模分析，如圖4所示。其中A、C分別代表Z字窗口擋板的垂直邊，B代表Z字窗口擋板的斜邊。

圖4 方位尺數(shù)據(jù)建模示意圖

假設(shè)探測線路為AC直線，則峰值分別出現(xiàn)在A、B、C 3處。其中AC的距離是固定的373 mm。因此，可將波形與實際方位尺相匹配，從而找到波形偏差對應(yīng)的實際尺寸。

3.3 校準(zhǔn)靶分析

校準(zhǔn)靶與校準(zhǔn)架也是標(biāo)準(zhǔn)件，其尺寸和位置如圖5所示。由于方位尺與鋼軌是通過輪對連接，因此在同一個檢測車時，探頭與方位尺的位置是基本固定的，此時可采用數(shù)據(jù)換算，通過波形偏差計算出校準(zhǔn)靶上需要偏移的刻度，幫助現(xiàn)場一次性調(diào)整到位。

圖5 校準(zhǔn)靶和校準(zhǔn)架尺寸位置示意圖

3.4 偏差的分析

由于偏差的量無法通過測量獲知，因此可利用檢測車進行對比計算得出。即先按照標(biāo)準(zhǔn)方法進行標(biāo)定，在檢測車檢測后，通過對比檢測數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)之間的差異計算出該探點準(zhǔn)確的偏差。

3.5 對策綜述

經(jīng)過分析，最終的對策如下：

（1）在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下進行數(shù)據(jù)建模，確定位置關(guān)系。

（2）利用2次檢測車的數(shù)據(jù)對比找出方位角偏差。

（3）用偏差修正標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)，提高標(biāo)定準(zhǔn)確性。

4 實施方法

4.1 數(shù)據(jù)建模分析

根據(jù)檢測車的波形，將方位尺AC位置根據(jù)檢測報告1、3峰峰距進行等距分割。

設(shè)A、B峰距l(xiāng)AB為ε，B、C峰距l(xiāng)BC為θ，則

設(shè)x軸的單位距離為α，y軸的單位距離為β，如圖4所示，單位距離α為式（2）：

單位距離β為式（3）：

方位尺位置尺寸如圖6所示，由圖6可知，方位尺發(fā)熱體與軸承中心間的垂直距離為230 mm，Z字窗體擋板離軸承中心的垂直距離為255 mm。根據(jù)鐵路客車運用維修規(guī)程，客車輪對輪輞厚度≥25 mm，原型為65 mm［7］，故客車輪對直徑為835~915 mm。

圖6 方位尺位置尺寸示意圖

THDS設(shè)備探頭安裝在軌面下方，距離軌面約140 mm。對探頭方向光路進行簡化建模，如圖7所示。

圖7 外探光路數(shù)據(jù)建模示意圖

由圖5可知lHL=535+140=675（mm），分別對輪對尺寸的極限位置分布進行計算：

（1）由圖6可知，當(dāng)輪徑為915 mm時，lJE=915÷2-230+140=367.5（mm）。

有式（4）：

（2）同理，當(dāng)輪徑為835 mm時，lJE=835÷2-230+140=327.5 mm，有式（5）：

由上可知，當(dāng)知道1、3峰峰距，即可計算出激光光點在校準(zhǔn)靶的偏移量。

4.2 對ε，θ的數(shù)據(jù)分析

由于方位尺的長度是固定的，因此1、3峰峰距與車速有關(guān)系，通過對以往的檢測車數(shù)據(jù)進行分析，按照速度區(qū)間進行分區(qū)取峰距平均數(shù)見表2。

表2 速度外探峰距對應(yīng)均值表

由此可見，ε+θ可取24計算。

由式（3）和式（4）可知式（6）：

根據(jù)評判標(biāo)準(zhǔn)，1、2峰間隔減1、3峰峰距的一半<2.5時為優(yōu)秀，即為式（7）：

由公式（6）可知，當(dāng)?shù)?峰的位置不在（9.5，14.5）區(qū)間以內(nèi)時，需要調(diào)整標(biāo)定時后靶激光點位置。

由公式（7）可知，當(dāng)?shù)?峰移動1格時，長校準(zhǔn)靶上移動量γ為9.84~11.22 mm。

由于校準(zhǔn)靶刻度單位為4 mm，則需要移動2.4~2.8格。為了便于現(xiàn)場掌握，取其中值2.5格，即波形單位與校準(zhǔn)靶單位換算比例為1∶2.5。

5 現(xiàn)場驗證與應(yīng)用

5.1 京廣線飛來峽探測站驗證

飛來峽探測站處于彎道，維修人員根據(jù)經(jīng)驗將左側(cè)校準(zhǔn)靶光點向外偏移3.5格，如圖8所示。

圖8 飛來峽上行設(shè)備標(biāo)定光點位置

2018年7月25日，檢測車對飛來峽上行THDS設(shè)備進行檢測后，其動檢波形情況如圖9所示。

圖9 2018年7月25日飛來峽上行探測站外探方位波形

對圖9分析發(fā)現(xiàn)，若采用標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)定方法將光點移動到中心位置時，按照1∶2.5的比例，2峰的位置將前移動1.4格，即為16.6，此時1、2峰峰距ε為12.6，仍然在區(qū)間（9.5，14.5）內(nèi)，屬于優(yōu)秀標(biāo)準(zhǔn)，因此要求班組不用改變標(biāo)定方法。

2018年9月17日，檢測車對飛來峽上行THDS設(shè)備再次進行檢測如圖10所示，發(fā)現(xiàn)此時2峰位置調(diào)整為16，與計算結(jié)果基本一致。

圖10 2018年9月17日飛來峽上行探測站外探方位波形

5.2 京廣線連江口探測站驗證

連江口探測站在彎道上，維修人員根據(jù)經(jīng)驗將左右兩側(cè)校準(zhǔn)靶光點向外偏移3.5格，如圖11所示。

圖11 連江口上行探測站光點位置

2018年7月25日，檢測車對連江口上行THDS設(shè)備進行檢測后，其動檢波形情況如圖12所示。

圖12 2018年7月25日連江口上行探測站外探方位波形

按照上述分析，若采用標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)定方法將光點移動到中心位置時，按照1∶2.5的比例，左側(cè)2峰的位置將后移動1.4格，即為17.4，此時峰距ε=13.6，仍然在區(qū)間（9.5，14.5）內(nèi)，屬于優(yōu)秀標(biāo)準(zhǔn)。同理，右側(cè)2峰的位置將后移動1.4格，即為15.4，此時1、2峰峰距ε=11.4，仍然在區(qū)間（9.5，14.5）內(nèi)，屬于優(yōu)秀標(biāo)準(zhǔn)。

因此要求班組不用改變標(biāo)定方法。2018年9月17日檢測車對連江口上行探測站進行檢測，外探方位波形如圖13所示，左側(cè)2峰位置調(diào)整為18，右側(cè)2峰位置為16，與實際計算效果一致。

圖13 2018年9月17日連江口上行探測站外探方位波形

6 結(jié)語

雖然鐵路線路的實際情況非常復(fù)雜，但是通過借助定期固定穩(wěn)定運行的檢測車，分析外探波形圖中1、2、3峰位置，并按照1∶2.5的比例調(diào)整光點位置，實現(xiàn)2峰位置的改變，能快速準(zhǔn)確地調(diào)整好外探方位角，提高設(shè)備測溫精度。此方法推廣開后，大幅減少了維修人員調(diào)整方位角的難度，得到了維修人員的肯定與認(rèn)可。