TPDS系統(tǒng)如何有效監(jiān)控客車踏面損傷

郭學(xué)庭

【摘 要】 本文通過對TPDS系統(tǒng)的構(gòu)成、在客車踏面損傷檢測中的技術(shù)、踏面損傷的表現(xiàn)形式、引起客車踏面損傷的原因，以及TPDS系統(tǒng)如何有效監(jiān)控客車踏面損傷程度和具體位置等方面進(jìn)行分析研究，統(tǒng)計推斷出引起客車踏面損傷的重要因素，進(jìn)一步提出改進(jìn)TPDS系統(tǒng)設(shè)備的建議。

【關(guān)鍵詞】 TPDS系統(tǒng) ?踏面損傷 監(jiān)控

20世紀(jì)90年代末期，我國鐵路領(lǐng)域開始不斷規(guī)模化提速，不僅有效緩解了鐵路運(yùn)量與運(yùn)能的壓力，同時還給社會帶來了十分顯著的經(jīng)濟(jì)效益。但是，鐵路交通安全卻出現(xiàn)了隱患，空載貨車直線脫軌事故頻繁發(fā)生，如斷軌、輪軌剝離軸承、制動梁端軸等現(xiàn)象時常發(fā)生。輪對是客貨車運(yùn)行的主要部件之一，踏面是輪對與鋼軌的接觸面，踏面損傷產(chǎn)生的巨大沖擊力會破壞軌道結(jié)構(gòu)，造成斷軌等重大事故發(fā)生，而且踏面損傷也是燃軸、切軸事故發(fā)生的最重要原因，因此對踏面損傷的檢測是非常有必要的。2005年全國鐵路6大干線提速安全標(biāo)準(zhǔn)線5T系統(tǒng)建設(shè)全面展開，專家們著手研究權(quán)威的TPDS踏面損傷檢測功能，國內(nèi)外鐵路管理部門及相關(guān)研究院所專家都已經(jīng)投入了大量的人力和物力進(jìn)行相關(guān)設(shè)備的研究[1]。但是對如何有效地監(jiān)控客車踏面損傷還需要更進(jìn)一步深入研究，本文就從TPDS系統(tǒng)如何能更有效的進(jìn)行客車踏面損傷監(jiān)控方面入手進(jìn)行深入的研究。

1 TPDS系統(tǒng)介紹

TPDS（Truck Performance Detecting System）是車輛運(yùn)行品質(zhì)軌邊動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的簡稱，是車輛安全監(jiān)控系統(tǒng)（5T）重要組成部分，是當(dāng)前客車運(yùn)行安全管理的一個重要檢測系統(tǒng)。TPDS系統(tǒng)由測試平臺、傳感器、車號識別裝置（單向）、測試間與監(jiān)控機(jī)柜、信息傳遞通道、信息中心、監(jiān)管部門和監(jiān)控終端組成。TPDS系統(tǒng)通過軌道結(jié)構(gòu)中的測試系統(tǒng)檢測過往車輛運(yùn)行的動力學(xué)參數(shù)，根據(jù)檢測結(jié)果分析判定車輛的運(yùn)行狀態(tài)、超偏載、車輪擦傷和軌道負(fù)荷等。TPDS系統(tǒng)還具有貨車超偏載報警和客貨車踏面損傷報警功能，通過踏面擦傷車輪在軌道上產(chǎn)生的輪軌沖擊載荷來識別車輪踏面擦傷情況，并顯示出沖擊當(dāng)量和客車踏面擦傷報警等級，將數(shù)據(jù)上傳網(wǎng)絡(luò)共享平臺并復(fù)示給相關(guān)檢測單位[2]。

TPDS系統(tǒng)在客車踏面損傷檢測中的技術(shù)創(chuàng)新主要體現(xiàn)在測試平臺和談判模型兩個方面：

（1）國內(nèi)研究的客車踏面損傷檢測系統(tǒng)一般是利用沖擊力、聲音傳感器、加速度來檢測客車踏面損傷情況，之前研究發(fā)現(xiàn)的比較科學(xué)的檢測裝置是力傳感器，因?yàn)榱鞲衅鳈z測量能夠直接反映客車踏面損傷帶來的危害。但是力傳感器檢測客車踏面損傷也存在缺點(diǎn)：一是測試區(qū)間斷，如軌枕附近無法檢測;二是測區(qū)短，對客車踏面損傷檢測率低。目前專家們研究的TPDS系統(tǒng)采用高平順的框架式軌道平臺、高可靠性的二維板式傳感器和移動垂直力測試新方法，連續(xù)測量區(qū)長度4.8m，所以像客車車輪全周長為2.6m左右，TPDS能夠?qū)ζ淙荛L范圍內(nèi)的踏面損傷程度進(jìn)行檢測，進(jìn)而大幅度提高了客車踏面損傷的檢測率。（2）國外的客車踏面損傷采用絕對的評價標(biāo)準(zhǔn)，像北美的檢測設(shè)備兌現(xiàn)率高，而且漏判率比較高。通過TPDS系統(tǒng)創(chuàng)造性地將絕對與相對相結(jié)合的方法融合在一起來對客車踏面損傷進(jìn)行判斷監(jiān)測，建立輪重與輪軌之間的沖擊作用力、加速度等參數(shù)的綜合評價模型，對各種型號的輪對損傷帶來的危害程度都能做出合理的評判，提高了兌現(xiàn)率、降低了漏判率，在國際上達(dá)到領(lǐng)先水平。不管從測試平臺的硬件還是踏面損傷評判的軟件來看，與以往客車踏面損傷檢測系統(tǒng)相比，TPDS都有了質(zhì)的飛躍和量的改變。

2 客車踏面損傷的表現(xiàn)形式有哪些

客車車輪結(jié)構(gòu)的基本為組合式結(jié)構(gòu)，由輪心和輪箍組成。輪箍與鋼軌頂面的接觸部分為踏面。目前客車踏面主要有兩種：錐形踏面和磨耗型踏面?？蛙囂っ鎿p傷是由于客車在制動過程中，制動力較大引起閘瓦對踏面產(chǎn)生較大的壓力，形成抱閘現(xiàn)象，而客車運(yùn)行過程中會產(chǎn)生慣性，制動開始后，抱閘車輪就會在鋼軌上快速滑行，踏面表面與鋼軌接觸的部分隨即產(chǎn)生大量熱能，會對踏面材料產(chǎn)生不可逆的熱損傷。具體表現(xiàn)出以下幾種形式：（1）滾動軸承出現(xiàn)故障。（2）制動梁端軸發(fā)生裂紋、折斷故障。（3）客車踏面剝離、脫落后會形成局部凹下，使運(yùn)行過程中產(chǎn)生附加沖擊力。（4）客車踏面存在局部碾寬、凹陷、磨耗。

3 引起客車踏面損傷的原因分析

引起客車踏面損傷的原因主要有兩個方面，一是車輛自身因素，如軸重、速度、制動力等導(dǎo)致的踏面損傷;二是外部環(huán)境因素，如軌面的干濕狀況使車輛在行駛過程中引起踏面損傷。

3.1 車輛自身因素引起的踏面損傷

（1）機(jī)車制動機(jī)陳舊，給氣閥作用力不強(qiáng)，導(dǎo)致制動管壓力過高，對客車踏面引起損壞;（2）客車制動機(jī)有故障、有些配件老化，如果三通閥出現(xiàn)故障，高速減壓閥和安全閥不靈活的話。遇上氣溫較低的冬季，會造成三通閥滑動部分因摩擦阻力增大，在列車緊急制動時作用緩慢或不起作用，而引起客車運(yùn)行時損傷踏面;（3）制動缸活塞行程調(diào)整不及時，造成制動力強(qiáng)弱不一致;（4）不同車型的車輛客車裝有不同型號的三通閥，緊急制動時制動率不同，制動率太高的，在運(yùn)行中容易擦傷踏面。

3.2 外部環(huán)境因素引起的踏面損傷

（1）嚴(yán)寒季節(jié)軌道上存在積雪、霜凍、油污，降低了輪對和鋼軌之間的粘著系數(shù)，致使制動力大于粘著力，容易引起車輪擦傷;（2）調(diào)車作業(yè)時，突開折角塞門，在運(yùn)行過程中軟管爆破等意外情況，如果采取緊急制動措施，閘瓦將會抱死車輪而損傷踏面;（3）鐵路線路養(yǎng)護(hù)條件太差;（5）輪軌外形與材質(zhì)匹配上存在不合理情況;（6）轉(zhuǎn)向架技術(shù)狀態(tài)不好;（7）牽引裝載定數(shù)太大;（8）車輪長期在軌道上滾動。

4 如何利用TPDS系統(tǒng)有效監(jiān)控客車踏面損傷

鐵路部門根據(jù)已有的TPDS 貨車踏面損傷監(jiān)測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，并結(jié)合《鐵道貨車運(yùn)用維修規(guī)程》，制定了客車踏面損傷報警標(biāo)準(zhǔn)。但是客車的輪重、速度、結(jié)構(gòu)與貨車存在顯著的差異，因此采用TPDS系統(tǒng)對客車踏面損傷進(jìn)行監(jiān)測時，需要重新開發(fā)客車的踏面損傷報警模型，并根據(jù)《鐵路客車運(yùn)行維修規(guī)程》制定相應(yīng)的報警標(biāo)準(zhǔn)。本文的TPDS對客車踏面損傷監(jiān)測效仿TPDS系統(tǒng)監(jiān)測貨車踏面損傷模型及標(biāo)準(zhǔn)。將TPDS檢測系統(tǒng)設(shè)在鐵路正線上的輪軌力檢測平臺上，采用動態(tài)監(jiān)測法監(jiān)測通過客車的橫向、垂向輪軌沖擊力，及時預(yù)報剝離、擦傷、碾堆、多邊形輪對、局部凹陷、動不平衡等不同類型的客車踏面損傷、蛇行失穩(wěn)和客車超偏載情況。踏面損傷的危害程度大小與踏面位置、形態(tài)、類型息息相關(guān)，無法用單一幾何量來判別。TPDS系統(tǒng)通過監(jiān)測輪軌沖擊力，綜合評估輪重和運(yùn)行加速度等因素，獲得沖擊當(dāng)量數(shù)據(jù)，進(jìn)而對各種形式的踏面損傷做出準(zhǔn)確、合理的判斷，對評判踏面損傷的危害程度具有科學(xué)依據(jù)。

5 TPDS系統(tǒng)軟件的改進(jìn)

現(xiàn)在的TPDS系統(tǒng)是按探測點(diǎn)分的鐵路局，并沒有用車次分開鐵路局，我們現(xiàn)在每個鐵路局相當(dāng)于一個獨(dú)立的單位。需要將TPDS系統(tǒng)運(yùn)用到各個鐵路局車輛段，如果人為的檢測不同鐵路局報警信息，這樣將大大增加了勞動力，而且也容易出現(xiàn)漏報、錯報報警信息等情況，所以將TPDS系統(tǒng)通過車次按不同鐵路局分開是很有必要的，然后通過全國聯(lián)網(wǎng)，將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)按不同鐵路局篩選出來及時準(zhǔn)確地傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)，并且通過TPDS系統(tǒng)軟件自動彈出報警信息。這將彌補(bǔ)TPDS系統(tǒng)軟件的不足。我們要從系統(tǒng)的編程方面入手進(jìn)行改善，TPDS系統(tǒng)有本鐵路局的報警信息后，能自動發(fā)生報警，提醒工作人員，有本局報警車次，這樣就方便了工作人員及時準(zhǔn)確的診斷客車踏面損傷程度并準(zhǔn)確定位。從車輛運(yùn)行狀態(tài)判定故障發(fā)生的精確性，針對踏面損傷方面的問題提高TPDS 系統(tǒng)的綜合應(yīng)用效果，而且還大大減少了勞動力。最后，TPDS系統(tǒng)顯示的車次不全，車號不全，報警信息滯后，這些都大大影響了生產(chǎn)。TPDS系統(tǒng)軟件在這些方面都需要改進(jìn)。

6 建議

TPDS系統(tǒng)實(shí)行全國聯(lián)網(wǎng)，通過將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)及時準(zhǔn)確地傳輸網(wǎng)絡(luò)，并且傳送探測站TPDS系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)自檢信息，使全國鐵路部門的管理維護(hù)人員隨時掌握客車踏面運(yùn)行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)踏面損傷程度和具體位置，進(jìn)而提高設(shè)備維修的及時度和準(zhǔn)確性，強(qiáng)化設(shè)備運(yùn)用管理，減少踏面損傷帶來的不必要的危害。在保證數(shù)據(jù)監(jiān)測和定位的同時，定時檢查TPDS系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，并維修客車踏面和客車制動機(jī)、輪對等機(jī)械故障，更好地發(fā)揮安全監(jiān)測設(shè)備的功效。將TPDS系統(tǒng)軟件從新編程完善，使工作人員能精準(zhǔn)的判別本鐵路局的報警信息，將大大提高工作效率。

7 結(jié)語

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，全國鐵路運(yùn)營客車存在大量的踏面損傷輪對，比例約為4.6%，這些踏面損傷輪對會嚴(yán)重危害客車結(jié)構(gòu)及軌道結(jié)構(gòu)。為了使客車運(yùn)行品質(zhì)優(yōu)良且安全，需要采取TPDS系統(tǒng)實(shí)時檢查客車踏面損傷的程度。

（1）數(shù)據(jù)調(diào)查統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，目前鐵路客車踏面損傷形成的主要原因是編組作業(yè)，只有將編組站作業(yè)條件進(jìn)行合理改善，才能最大程度的減少客車踏面損傷的發(fā)生。（2）提高輪對質(zhì)量，緩解機(jī)動制動，培訓(xùn)客車操作人員對車輛制動機(jī)的操控，分析確定輪對制造踏面損傷的原因，組織專家研究解決輪對制造工藝水平，及時維修車輛制動機(jī)故障，進(jìn)而有效減少輪對踏面損傷。（3）保障客車整個運(yùn)輸過程的安全，采取TPDS系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)測輪對踏面損傷程度，及時報警分析故障，維修人員及時做好維修。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋金瑛.TPDS、TADS監(jiān)控結(jié)果與車輛運(yùn)行故障關(guān)聯(lián)性分析[J].鐵道機(jī)車車輛，2007，27（2）：58-62.

[2]柴雪松，朱興紅.車輛運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)（TPDS）在軌道負(fù)荷監(jiān)測中的應(yīng)用[J].鐵道建筑，2008，11：93-95.

[3]曹松，馬千里，蔣薈，劉春煌.超偏載集中監(jiān)控系統(tǒng)的研究[J].鐵道學(xué)報，2010，32（3）：136-141.