王文斌,馮 莉

(太原中車時(shí)代軌道工程機(jī)械有限公司，山西 太原 030027)

0 引言

近年來，我國鐵路建設(shè)得到了蓬勃發(fā)展，營(yíng)運(yùn)里程不斷增加，鐵路檢修工作日益繁重。接觸網(wǎng)作業(yè)車作為鐵路供電系統(tǒng)施工、維修的主要行車設(shè)備，為了保證其使用安全，鐵路部門采取了各種強(qiáng)化措施。車輛在長(zhǎng)大坡道行車時(shí)，制動(dòng)可靠性一直是困擾乘務(wù)員的一個(gè)問題，制動(dòng)閘瓦作為制動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分，其溫度狀態(tài)直接影響車輛的制動(dòng)性能，從而影響行車安全。通過在車下輪對(duì)附近增加監(jiān)測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)閘瓦及輪對(duì)區(qū)域的溫度監(jiān)控，可以提醒司機(jī)在長(zhǎng)大坡道帶閘操作或長(zhǎng)時(shí)間制動(dòng)時(shí)，避免出現(xiàn)車輪及閘瓦過熱，提高了行車及制動(dòng)的安全性。

1 接觸網(wǎng)作業(yè)車制動(dòng)閘瓦溫度監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)的組成及工作原理

接觸網(wǎng)作業(yè)車制動(dòng)閘瓦溫度監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)主要由紅外測(cè)溫儀、信號(hào)采集模塊、顯示屏和電纜組成，如圖1所示。紅外測(cè)溫儀安裝在轉(zhuǎn)向架上，每個(gè)轉(zhuǎn)向架上配置4路測(cè)溫儀，整車共8路。Ⅰ端和Ⅱ端司機(jī)操作臺(tái)內(nèi)各配置一套4路溫度采集模塊，可直接采集紅外測(cè)溫儀輸出的電流模擬信號(hào)，并通過通信網(wǎng)絡(luò)將溫度信號(hào)傳輸給顯示屏實(shí)時(shí)顯示。顯示屏通過安裝座固定于司機(jī)臺(tái)臺(tái)上，顯示集中直觀，便于司機(jī)觀察。

圖1 制動(dòng)閘瓦溫度監(jiān)測(cè)及報(bào)警系統(tǒng)組成

該溫度監(jiān)測(cè)及報(bào)警系統(tǒng)的工作原理是：利用安裝在轉(zhuǎn)向架輪對(duì)制動(dòng)閘瓦附近的紅外測(cè)溫儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)制動(dòng)閘瓦與車輪摩擦面?zhèn)瓤p附近的溫度(間接反饋閘瓦溫度)；安裝在駕駛室內(nèi)的溫度采集模塊采集測(cè)溫儀測(cè)量的溫度信號(hào)并實(shí)時(shí)顯示；當(dāng)閘瓦實(shí)際溫度達(dá)到預(yù)設(shè)的過溫報(bào)警值時(shí)，該裝置輸出報(bào)警信號(hào)，顯示模塊提示相關(guān)報(bào)警信息。

2 制動(dòng)閘瓦溫度監(jiān)測(cè)及報(bào)警系統(tǒng)組成部件設(shè)計(jì)選型

2.1 測(cè)溫儀

接觸網(wǎng)作業(yè)車閘瓦標(biāo)準(zhǔn)報(bào)警溫度為300 ℃，溫度測(cè)量點(diǎn)為閘瓦與輪轂的結(jié)合面?zhèn)瓤p。采用西安固泰測(cè)溫儀有限公司生產(chǎn)的C-350-0-B型紅外測(cè)溫儀，其外形及尺寸如圖2所示，基本參數(shù)如表1所示，電氣參數(shù)如表2所示，測(cè)量參數(shù)如表3所示。

圖2 C-350-0-B型紅外測(cè)溫儀

表1 C-350-0-B型紅外測(cè)溫儀基本參數(shù)

表2 C-350-0-B型紅外測(cè)溫儀電氣參數(shù)

表3 C-350-0-B型紅外測(cè)溫儀測(cè)量參數(shù)

紅外測(cè)溫儀是一種光電子測(cè)溫儀，它可以不接觸目標(biāo)而通過測(cè)量目標(biāo)發(fā)射的紅外輻射強(qiáng)度計(jì)算出物體的表面溫度。非接觸測(cè)溫是紅外測(cè)溫儀最大的優(yōu)點(diǎn)，用戶可以方便地測(cè)量難以接近或移動(dòng)目標(biāo)的溫度。紅外測(cè)溫儀一般使用波長(zhǎng)為0.8 μm～18 μm范圍內(nèi)的紅外輻射能量。

圖3為C-350-0-B型紅外測(cè)溫儀的測(cè)量光路，可以看出，被測(cè)目標(biāo)的尺寸和紅外測(cè)溫儀的光學(xué)特性決定了被測(cè)目標(biāo)和測(cè)量頭之間的最大距離。為了避免測(cè)量誤差，被測(cè)目標(biāo)應(yīng)盡量充滿探測(cè)頭的視場(chǎng)。因此，應(yīng)保持被測(cè)點(diǎn)始終小于被測(cè)物體或至少與被測(cè)目標(biāo)相同尺寸。

圖3 C-350-0-B型紅外測(cè)溫儀的測(cè)量光路

另外，根據(jù)閘瓦的磨損情況，應(yīng)當(dāng)定期調(diào)整校準(zhǔn)測(cè)溫儀的測(cè)溫點(diǎn)，使測(cè)量區(qū)域的圓心保持在閘瓦與車輪踏面的摩擦結(jié)合面?zhèn)瓤p上。

車輪閘瓦附近的被測(cè)點(diǎn)為制動(dòng)閘瓦和輪轂結(jié)合面的側(cè)部，不考慮磨損時(shí)，輪轂側(cè)面的最大寬度約為48.5 mm；考慮最大磨損量(27 mm)時(shí)，輪轂側(cè)面的最大寬度約為21.5 mm。根據(jù)最大磨損的情況進(jìn)行估算，被測(cè)點(diǎn)到測(cè)溫儀安裝點(diǎn)的距離不宜超過300 mm。

2.2 溫度采集模塊及顯示屏

溫度采集模塊可直接采集紅外溫度探頭的電流模擬信號(hào)，每個(gè)溫度采集模塊有4路模擬信號(hào)輸入的數(shù)據(jù)采集接口，同時(shí)具有DC24 V電源輸出接口,為測(cè)溫儀提供DC24 V電源，并具有網(wǎng)絡(luò)通信功能。

顯示屏選用7英寸觸摸式液晶顯示屏，具有較強(qiáng)的抗電磁干擾能力，可實(shí)現(xiàn)溫度信號(hào)的實(shí)時(shí)顯示和超溫報(bào)警功能，同時(shí)還具有溫度記錄及報(bào)警記錄存儲(chǔ)功能。

兩套溫度采集模塊和顯示屏可聯(lián)機(jī)工作，Ⅰ端和Ⅱ端顯示屏均顯示8個(gè)采集點(diǎn)的溫度。顯示屏主界面如圖4所示。

圖4 顯示屏主界面

3 測(cè)溫儀的安裝

紅外測(cè)溫儀的安裝應(yīng)盡量考慮測(cè)量點(diǎn)的可調(diào)整能力，便于在產(chǎn)品調(diào)試過程中根據(jù)實(shí)際情況來調(diào)整溫度測(cè)量點(diǎn)的最佳位置和角度。本測(cè)溫儀的安裝位置為車底接近制動(dòng)閘瓦的轉(zhuǎn)向架側(cè)壁上，如圖5所示。紅外測(cè)溫儀安裝時(shí)主要由兩個(gè)M18×1的螺母夾固在安裝支架的安裝孔上。安裝與調(diào)整被測(cè)目標(biāo)與測(cè)量頭時(shí)，必須確保光路無遮擋。

圖5 紅外測(cè)溫儀安裝位置

在安裝紅外測(cè)溫儀時(shí)，為了保證輔助安裝人員將測(cè)量頭對(duì)準(zhǔn)測(cè)量部位，因此需要安裝校準(zhǔn)器，校準(zhǔn)器及校準(zhǔn)方法如圖6所示。校準(zhǔn)器的圓環(huán)表面自帶兩個(gè)紅點(diǎn)發(fā)射源，其中心位置即測(cè)溫儀測(cè)量區(qū)域中心。使用時(shí)，將校準(zhǔn)器套裝在測(cè)溫儀探頭前端部位，校準(zhǔn)器上自帶開關(guān)與電池盒，安裝時(shí)需要調(diào)整測(cè)溫儀位置，保證檢測(cè)區(qū)域應(yīng)在校準(zhǔn)器發(fā)出的兩個(gè)紅外紅色圓點(diǎn)中間。

圖6 校準(zhǔn)器和校準(zhǔn)方法示意圖

4 安裝注意事項(xiàng)

(1) 測(cè)溫儀安裝在車下，每日行車前應(yīng)檢查測(cè)溫儀狀態(tài)，儀器的鏡頭必須保持清潔，避免因粘有灰塵、煙塵等污染物而導(dǎo)致測(cè)量誤差甚至損壞鏡頭，若鏡頭粘有灰塵，可用擦鏡紙/棉簽蘸無水酒精擦拭。

(2) 為了防止電磁方面的干擾，在安裝時(shí)應(yīng)盡量使紅外測(cè)溫儀遠(yuǎn)離電磁場(chǎng)源(比如電動(dòng)機(jī)、馬達(dá)、大功率電纜等)，如有必要可加金屬套管。

(3) 閘瓦溫度監(jiān)測(cè)裝置只是作為一種輔助設(shè)備，制動(dòng)及行車應(yīng)按相關(guān)規(guī)范執(zhí)行。

(4) 安裝時(shí)，應(yīng)充分考慮采用如雙螺母、螺紋膠等防脫防松措施。

5 結(jié)語

接觸網(wǎng)作業(yè)車制動(dòng)閘瓦溫度監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠使得乘務(wù)人員實(shí)時(shí)掌握車輪踏面溫度，通過閘瓦溫度及時(shí)調(diào)整操作，控制車輛運(yùn)行，提高行車及制動(dòng)的安全性。