CRH380B-002高速綜合檢測(cè)列車(chē)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

李海浪，王衛(wèi)東，康洪軍，李紅艷

(1．中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)研究所，北京 100081;2．唐山軌道客車(chē)有限責(zé)任公司，河北 唐山 063035)

CRH380B-002高速綜合檢測(cè)列車(chē)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

李海浪1，王衛(wèi)東1，康洪軍2，李紅艷1

(1．中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)研究所，北京 100081;2．唐山軌道客車(chē)有限責(zé)任公司，河北 唐山 063035)

CRH380B-002高速綜合檢測(cè)列車(chē)是我國(guó)“十一五”863計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目“最高試驗(yàn)速度400 km/h高速檢測(cè)列車(chē)關(guān)鍵技術(shù)研究與裝備研制”研究成果，最高試驗(yàn)速度達(dá)400 km/h。CRH380B-002高速綜合檢測(cè)列車(chē)于2011年4月5日出廠，參加了京滬、廣深港、哈大、津秦等高速鐵路的聯(lián)調(diào)聯(lián)試，累計(jì)檢測(cè)運(yùn)行已超過(guò)30萬(wàn)km，為高速鐵路的安全運(yùn)行提供了技術(shù)支撐。本文介紹檢測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)和平面布置，并對(duì)檢測(cè)設(shè)備的安裝接口和數(shù)據(jù)接口進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)。

高速綜合檢測(cè)列車(chē) CRH380B-002 技術(shù)架構(gòu) 接口設(shè)計(jì)

高速列車(chē)的安全、平穩(wěn)運(yùn)行，對(duì)線路軌道、牽引供電、通信、信號(hào)等基礎(chǔ)設(shè)施的技術(shù)指標(biāo)及其穩(wěn)定性要求極高。采用高速綜合檢測(cè)列車(chē)，對(duì)軌道幾何狀態(tài)、加速度、輪軌力、接觸網(wǎng)幾何參數(shù)、弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)作用、供電參數(shù)、通信、應(yīng)答器、軌道電路等進(jìn)行同步、動(dòng)態(tài)、等速檢測(cè)，通過(guò)綜合數(shù)據(jù)分析，對(duì)高速列車(chē)運(yùn)行狀態(tài)及基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)變化規(guī)律作出評(píng)價(jià)，可為高速鐵路運(yùn)營(yíng)安全評(píng)估和指導(dǎo)養(yǎng)護(hù)維修提供技術(shù)支撐，對(duì)于保障高速鐵路安全高效運(yùn)營(yíng)具有十分重要的作用。

CRH380B-002高速綜合檢測(cè)列車(chē)是我國(guó)“十一五”863計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目“最高試驗(yàn)速度400 km/h高速檢測(cè)列車(chē)關(guān)鍵技術(shù)研究與裝備研制”研究成果，以CRH380B型動(dòng)車(chē)組為技術(shù)平臺(tái)，由唐山軌道客車(chē)股份有限公司研制，檢測(cè)系統(tǒng)由中國(guó)鐵道科學(xué)研究院研制并集成，最高試驗(yàn)速度達(dá)400 km/h。

1 檢測(cè)系統(tǒng)組成及技術(shù)架構(gòu)

整車(chē)檢測(cè)系統(tǒng)主要由軌道、弓網(wǎng)、輪軌動(dòng)力學(xué)、通信、信號(hào)等檢測(cè)系統(tǒng)，同時(shí)，設(shè)置了由空間同步、時(shí)空校準(zhǔn)、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)與集中監(jiān)控、視頻監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)綜合處理等系統(tǒng)組成的綜合系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各檢測(cè)系統(tǒng)同步檢測(cè)、數(shù)據(jù)集成、綜合處理和分級(jí)評(píng)判。

CRH380B-002高速綜合檢測(cè)列車(chē)檢測(cè)系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 檢測(cè)系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

1)軌道檢測(cè)系統(tǒng)采用慣性基準(zhǔn)法和激光攝像等技術(shù)，測(cè)量軌距、軌向、高低、曲率、水平(超高)、長(zhǎng)波高低和長(zhǎng)波軌向等軌道幾何不平順參數(shù)及車(chē)體加速度，以滿(mǎn)足評(píng)價(jià)線路質(zhì)量的需要。

2)輪軌動(dòng)力學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)包括輪軌力和車(chē)輛動(dòng)態(tài)響應(yīng)檢測(cè)系統(tǒng);輪軌檢測(cè)系統(tǒng)采用連續(xù)測(cè)量測(cè)力輪對(duì)，檢測(cè)垂向力、橫向力、縱向力、輪軌接觸點(diǎn)等參數(shù);車(chē)輛動(dòng)態(tài)響應(yīng)檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)量多端面車(chē)體、構(gòu)架、軸箱多維振動(dòng)加速度，以滿(mǎn)足評(píng)價(jià)軌道狀態(tài)的需要。

3)弓網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)采用接觸式和非接觸式兩種方法，測(cè)量弓網(wǎng)接觸壓力、硬點(diǎn)、火花、接觸線高度、拉出值、定位器坡度、接觸網(wǎng)電壓、動(dòng)車(chē)組側(cè)電流以及監(jiān)視弓網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境等功能，為接觸網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

4)通信檢測(cè)系統(tǒng)具備實(shí)時(shí)檢測(cè)GSM-R服務(wù)質(zhì)量、GSM-R場(chǎng)強(qiáng)覆蓋、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、電磁環(huán)境、電路域數(shù)據(jù)通信質(zhì)量等參數(shù)的功能，以滿(mǎn)足高速鐵路通信設(shè)備安全運(yùn)營(yíng)和日常維修的需要。

5)信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)具備軌道電路電氣參數(shù)與傳輸特性、應(yīng)答器上行鏈路信號(hào)特性、應(yīng)答器報(bào)文、有砟與無(wú)砟道床條件下補(bǔ)償電容工作狀態(tài)、牽引回流及諧波檢測(cè)、車(chē)載列控設(shè)備工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)與性能評(píng)估及檢測(cè)數(shù)據(jù)綜合分析等功能，以滿(mǎn)足指導(dǎo)高速鐵路列控系統(tǒng)日常維修和安全運(yùn)營(yíng)的需要及CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范。

6)綜合系統(tǒng)包括空間同步、時(shí)空校準(zhǔn)、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和集中監(jiān)控、視頻采集處理和車(chē)載數(shù)據(jù)綜合處理等系統(tǒng)，具備發(fā)布列車(chē)統(tǒng)一的速度、時(shí)間、里程、視頻等信息，觸發(fā)各檢測(cè)系統(tǒng)上千個(gè)采樣通道的實(shí)時(shí)同步采集，對(duì)整列車(chē)多個(gè)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行在線集成、數(shù)據(jù)處理、超限歷史趨勢(shì)分析和分級(jí)評(píng)判等功能。

2 整車(chē)平面布置

CRH380B-002高速綜合檢測(cè)列車(chē)采用6M2T的8輛編組(3號(hào)、6號(hào)車(chē)為拖車(chē)，其余為動(dòng)車(chē))，其中通信與信號(hào)檢測(cè)車(chē)、接觸網(wǎng)與綜合檢測(cè)車(chē)、軌道與動(dòng)力學(xué)檢測(cè)車(chē)、會(huì)議車(chē)、設(shè)備車(chē)、檢測(cè)生活車(chē)、檢測(cè)宿營(yíng)車(chē)和試驗(yàn)車(chē)各1輛，整車(chē)布置如圖2所示。

圖2 C RH380B-002整車(chē)布置

1號(hào)車(chē)為通信、信號(hào)檢測(cè)車(chē)，如圖3(a)所示。安裝有信號(hào)檢測(cè)、通信檢測(cè)、車(chē)輛動(dòng)態(tài)響應(yīng)檢測(cè)、綜合系統(tǒng)等設(shè)備;設(shè)置信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)和通信檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)操作臺(tái)。

2號(hào)車(chē)為接觸網(wǎng)、綜合檢測(cè)車(chē)，如圖3(b)所示。安裝有接觸網(wǎng)檢測(cè)、綜合系統(tǒng)等設(shè)備;設(shè)置接觸網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)和綜合系統(tǒng)檢測(cè)操作臺(tái)。

3號(hào)車(chē)為軌道、動(dòng)力學(xué)檢測(cè)車(chē)，如圖3(c)所示。安裝有軌道檢測(cè)、輪軌力檢測(cè)、車(chē)輛動(dòng)態(tài)響應(yīng)檢測(cè)、通信檢測(cè)和綜合系統(tǒng)等設(shè)備;設(shè)置軌道檢測(cè)系統(tǒng)、輪軌力檢測(cè)系統(tǒng)、車(chē)輛動(dòng)態(tài)響應(yīng)檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)操作臺(tái)。

4號(hào)車(chē)為會(huì)議車(chē)，安裝有綜合系統(tǒng)的多媒體設(shè)備。會(huì)議室設(shè)專(zhuān)用會(huì)議設(shè)施、多媒體顯示系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)顯示各系統(tǒng)檢測(cè)及綜合數(shù)據(jù)處理結(jié)果。

5號(hào)車(chē)為設(shè)備車(chē)，安裝動(dòng)車(chē)組設(shè)備，無(wú)檢測(cè)設(shè)備。

6號(hào)車(chē)為生活車(chē)，安裝綜合系統(tǒng)設(shè)備，配備餐廳及相關(guān)配套生活設(shè)施。

7號(hào)車(chē)為檢測(cè)宿營(yíng)車(chē)，為檢測(cè)工作人員設(shè)置必要的生活設(shè)施，包括臥鋪間等。

8號(hào)車(chē)為試驗(yàn)車(chē)，如圖3(d)所示。安裝有信號(hào)檢測(cè)、車(chē)輛動(dòng)態(tài)響應(yīng)檢測(cè)、綜合系統(tǒng)等設(shè)備，為后續(xù)相關(guān)檢測(cè)設(shè)備試驗(yàn)預(yù)留操作臺(tái)。

圖3 平面布置

3 檢測(cè)設(shè)備安裝接口設(shè)計(jì)

根據(jù)檢測(cè)設(shè)備安裝區(qū)域的不同，可將檢測(cè)列車(chē)劃分為車(chē)內(nèi)、車(chē)頂、車(chē)下和轉(zhuǎn)向架4個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域的檢測(cè)設(shè)備安裝接口具有共同特性。檢測(cè)列車(chē)除為檢測(cè)設(shè)備提供安裝空間外，還提供檢測(cè)設(shè)備正常工作所需的不間斷電源(UPS)和滿(mǎn)足檢測(cè)人員執(zhí)行檢測(cè)任務(wù)的工作環(huán)境。

1)檢測(cè)設(shè)備機(jī)械安裝接口

車(chē)內(nèi)檢測(cè)設(shè)備。安裝于車(chē)內(nèi)的檢測(cè)設(shè)備除滿(mǎn)足運(yùn)用要求外，還需通過(guò)工業(yè)設(shè)計(jì)滿(mǎn)足美觀性和人體工程學(xué)要求。如車(chē)內(nèi)的機(jī)柜、操作臺(tái)、顯示器的選型和布置，應(yīng)與車(chē)內(nèi)裝飾協(xié)調(diào)，達(dá)到總體美觀。

車(chē)頂檢測(cè)設(shè)備。安裝于車(chē)頂?shù)臋z測(cè)設(shè)備應(yīng)考慮兩方面因素：一是由于風(fēng)力和車(chē)輛振動(dòng)引起的強(qiáng)度問(wèn)題，列車(chē)高速運(yùn)行時(shí)車(chē)頂突出車(chē)體表面的設(shè)備會(huì)產(chǎn)生風(fēng)阻力，要通過(guò)合理的外形設(shè)計(jì)減小這種阻力;二是在接觸網(wǎng)發(fā)生意外時(shí)檢測(cè)設(shè)備的接地需求，車(chē)頂設(shè)備外殼需要可靠接地，通過(guò)安裝面或接地線與車(chē)體結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)可靠接地。

車(chē)下檢測(cè)設(shè)備。安裝于車(chē)下的體積較小的檢測(cè)設(shè)備可只考慮安裝強(qiáng)度，體積較大的設(shè)備還需要設(shè)置安全措施，即在安裝聯(lián)接件失效的情況下保證設(shè)備不脫落。

轉(zhuǎn)向架檢測(cè)設(shè)備。轉(zhuǎn)向架上安裝的檢測(cè)設(shè)備應(yīng)具備可靠的強(qiáng)度和良好的振動(dòng)性能，滿(mǎn)足轉(zhuǎn)向架的運(yùn)用環(huán)境要求;同時(shí)，還應(yīng)對(duì)安裝檢測(cè)設(shè)備后轉(zhuǎn)向架的整體性能進(jìn)行校驗(yàn)。另外，因動(dòng)車(chē)組的轉(zhuǎn)向架與車(chē)體絕緣，而檢測(cè)設(shè)備需要電纜將傳感器信號(hào)連接至車(chē)內(nèi)機(jī)柜，為避免檢測(cè)設(shè)備線纜成為轉(zhuǎn)向架與車(chē)體間的導(dǎo)體，轉(zhuǎn)向架上安裝的檢測(cè)設(shè)備應(yīng)與轉(zhuǎn)向架絕緣。

2)車(chē)內(nèi)檢測(cè)操作接口

檢測(cè)列車(chē)為檢測(cè)工作提供操作空間，以滿(mǎn)足檢測(cè)人員執(zhí)行檢測(cè)工作的要求。根據(jù)各專(zhuān)業(yè)檢測(cè)工作的需求進(jìn)行工作、生活空間的設(shè)計(jì)，車(chē)內(nèi)主要設(shè)備及工作臺(tái)位設(shè)置如表1所示。

表1 檢測(cè)車(chē)內(nèi)主要設(shè)備分布

3)檢測(cè)設(shè)備供電

檢測(cè)設(shè)備電源由動(dòng)車(chē)組輔助供電系統(tǒng)提供，因動(dòng)車(chē)組過(guò)分相時(shí)，動(dòng)車(chē)組自身的應(yīng)急供電系統(tǒng)不能給檢測(cè)設(shè)備供電，同時(shí)，檢測(cè)設(shè)備基本都采用高新技術(shù)的傳感器和儀器，對(duì)電源的品質(zhì)要求較高，所以在列車(chē)上需要配置不間斷電源(UPS)。

4)檢測(cè)工作環(huán)境

工作環(huán)境主要包括照明、空調(diào)，照明的設(shè)計(jì)根據(jù)車(chē)內(nèi)布局符合列車(chē)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，空調(diào)的設(shè)計(jì)需要考慮車(chē)內(nèi)設(shè)備的散熱情況。

4 檢測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口設(shè)計(jì)

檢測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口主要包括距離脈沖接口、時(shí)間校準(zhǔn)接口、里程校準(zhǔn)接口、視頻信息接口、數(shù)據(jù)綜合處理系統(tǒng)與車(chē)地?zé)o線傳輸系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口、數(shù)據(jù)綜合處理系統(tǒng)與各檢測(cè)系統(tǒng)接口等，整車(chē)系統(tǒng)間邏輯接口如圖4所示。

圖4 整車(chē)系統(tǒng)間邏輯接口

1)距離脈沖接口

距離脈沖接口為各檢測(cè)系統(tǒng)獲取全車(chē)統(tǒng)一的速度編碼器信號(hào)的接口。各檢測(cè)系統(tǒng)用此信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣觸發(fā)。距離脈沖接口僅存在硬件接口，接口方式采用6芯航插。

2)時(shí)間校準(zhǔn)接口

時(shí)間校準(zhǔn)接口為全車(chē)時(shí)間同步的接口。全車(chē)各檢測(cè)系統(tǒng)時(shí)間同步采用通用時(shí)間協(xié)議NTP及PTP技術(shù)在局域網(wǎng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)。硬件接口采用通用RJ-45網(wǎng)口，軟件接口為統(tǒng)一的時(shí)間校準(zhǔn)軟件。

3)里程校準(zhǔn)接口

里程校準(zhǔn)接口為全車(chē)?yán)锍掏降慕涌凇?/p>

硬件接口：各檢測(cè)系統(tǒng)安裝反射式內(nèi)存卡，通過(guò)反射式內(nèi)存卡上的光纖接口接入反射式內(nèi)存網(wǎng)。

軟件接口：為使里程定位校準(zhǔn)服務(wù)器與各個(gè)客戶(hù)端之間進(jìn)行通信，需要各個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)相關(guān)軟件實(shí)現(xiàn)里程校準(zhǔn)協(xié)議;里程校準(zhǔn)數(shù)據(jù)通過(guò)底層反射內(nèi)存網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到接入網(wǎng)內(nèi)的各客戶(hù)端計(jì)算機(jī)，客戶(hù)端計(jì)算機(jī)通過(guò)時(shí)空校準(zhǔn)協(xié)議，接收校準(zhǔn)信息數(shù)據(jù)包，完成各系統(tǒng)里程的校準(zhǔn)。

4)視頻信息接口

視頻信息接口為實(shí)時(shí)視頻顯示的接口。視頻信息傳輸采用以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn);硬件接口采用通用RJ-45網(wǎng)口，軟件接口為統(tǒng)一的視頻瀏覽軟件。

5)數(shù)據(jù)綜合處理系統(tǒng)與各檢測(cè)系統(tǒng)接口

該接口實(shí)現(xiàn)對(duì)各檢測(cè)系統(tǒng)大值報(bào)警數(shù)據(jù)、大值點(diǎn)截圖(JPG格式)和說(shuō)明信息的獲取。硬件接口采用通用RJ-45網(wǎng)口，軟件接口為B/S操作界面。

6)數(shù)據(jù)綜合處理系統(tǒng)與車(chē)地?zé)o線傳輸系統(tǒng)接口

該接口實(shí)現(xiàn)車(chē)載檢測(cè)數(shù)據(jù)與地面數(shù)據(jù)分析處理中心的交互。硬件接口采用通用RJ-45網(wǎng)口，軟件接口采用數(shù)據(jù)庫(kù)表。

5 結(jié)語(yǔ)

CRH380B-002高速綜合檢測(cè)列車(chē)于2011年4月5日出廠，在鐵科院國(guó)家鐵道試驗(yàn)中心、京滬高鐵進(jìn)行了動(dòng)態(tài)調(diào)試和試驗(yàn)驗(yàn)證。CRH380B-002高速綜合檢測(cè)列車(chē)參加了京滬、廣深港、哈大、津秦等高速鐵路的聯(lián)調(diào)聯(lián)試，累計(jì)檢測(cè)運(yùn)行已超過(guò)30萬(wàn)km，為保障高速鐵路的安全運(yùn)行發(fā)揮了重要作用。

［1］侯衛(wèi)星，劉剛，康雄．0號(hào)高速綜合檢測(cè)列車(chē)［M］．北京：中國(guó)鐵道出版社，2010．

［2］王衛(wèi)東，顧世平，楊超，等．高速綜合檢測(cè)列車(chē)［J］．鐵路技術(shù)創(chuàng)新，2012(1)：12-15．

［3］中國(guó)鐵道科學(xué)研究院．高速檢測(cè)列車(chē)關(guān)鍵檢測(cè)技術(shù)研究報(bào)告［R］．北京：中國(guó)鐵道科學(xué)研究院，2012．

［4］許貴陽(yáng)．客運(yùn)專(zhuān)線綜合檢測(cè)列車(chē)技術(shù)方案的研究和應(yīng)用［J］．鐵道建筑，2008(2)：95-98．

［5］魏世斌，劉伶萍，趙延峰，等．GJ-6型軌道檢測(cè)系統(tǒng)［J］．鐵道建筑，2011(11)：98-101．

U238

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2014．02．35

1003-1995(2014)02-0109-04

2013-09-28;

2013-10-30

國(guó)家“863”計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(2009AA110301)

李海浪(1981— )，男，四川廣安人，助理研究員，碩士。

(責(zé)任審編 李付軍)