淺談輪對在線檢測系統(tǒng)在城軌的應(yīng)用

徐德健

（大連地鐵運(yùn)營有限公司，遼寧 大連 116000）

1 大連快軌車輛出現(xiàn)車輛輪對偏磨現(xiàn)象

大連快軌車輛出現(xiàn)車輛輪對偏磨現(xiàn)象，據(jù)統(tǒng)計(jì)每萬公里平均磨耗最大值已經(jīng)達(dá)到1.63，是正常值0.25的5倍多，輪緣磨耗的嚴(yán)重情況，而每萬公里平均磨耗值左側(cè)與右側(cè)最大相差也近5倍。

2 現(xiàn)象原因分析

產(chǎn)生該故障的原因是由于列車在正線運(yùn)行，經(jīng)過小曲線半徑區(qū)段時(shí)，軌道與車輪之間的潤滑情況不良而引發(fā)。發(fā)生情況后并沒有及時(shí)檢測輪緣的厚度造成輪緣嚴(yán)重偏磨，故輪緣的時(shí)時(shí)在線檢測非常必要。

3 輪對在線檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其工作原理

3.1 輪對幾何尺寸檢測單元

輪對幾何尺寸檢測單元主要由激光位移傳感器、激光位置傳感器、輪對尺寸在線檢測裝置及數(shù)據(jù)管理計(jì)算機(jī)等部分組成。具備以下功能：

（1）系統(tǒng)具有對檢測出的輪緣厚度、輪緣高度、輪徑、QR值、輪對內(nèi)側(cè)距、不圓度等數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確分析、整理的功能；

（2）能繪制出踏面完整的輪廓曲線，并能與鐵道部標(biāo)準(zhǔn)踏面(標(biāo)準(zhǔn)形、錐形、磨耗形踏面)進(jìn)行比較功能；

（3）具有對同一轉(zhuǎn)向架及同車的輪徑在任選時(shí)間段內(nèi)、任選走行公里數(shù)內(nèi)變化情況分析、比較的功能；

（4）具有對同一轉(zhuǎn)向架及同車的車輪內(nèi)側(cè)距在任選時(shí)間段內(nèi)、任選走行公里數(shù)內(nèi)變化情行進(jìn)行分析、比較的功能；

（5）隨車輛走行公里數(shù)變化的情況(萬公里磨耗)，能對同軸的輪對的上述各項(xiàng)數(shù)據(jù)(輪徑數(shù)據(jù)、車輪內(nèi)側(cè)距、輪緣高度、輪緣寬度、QR值、不圓度等)進(jìn)行分析的功能；

（6）系統(tǒng)對超限檢測數(shù)據(jù)具有聲、光報(bào)警顯示并能根據(jù)超限程度進(jìn)行分級報(bào)警，報(bào)警值可由用戶相關(guān)維修人員根據(jù)相關(guān)的技術(shù)規(guī)定輸入密碼好予以修正；

（7）系統(tǒng)具有對各項(xiàng)檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、統(tǒng)計(jì)、查詢功能，能對上述檢測數(shù)據(jù)、對比分析情況的相關(guān)圖形進(jìn)行屏幕顯示，并可以按照不同的要求能提供檢測數(shù)據(jù)報(bào)表，繪制曲線圖，同時(shí)加以記錄、進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測結(jié)果的顯示、打印、對測量數(shù)據(jù)可有效保留半年并自動備份；

（8）提供數(shù)據(jù)輸入/輸出接口：車輛基本信息輸入接口、走行公里數(shù)輸入接口、人工反饋信息輸入接口、車輛基地網(wǎng)絡(luò)訪問接口等。

3.2 測量原理

3.2.1 速度測量

該系統(tǒng)采用了兩級測速技術(shù)，首先由車輪傳感器W1、W2進(jìn)行一次速度，以確定車輪進(jìn)入及離開探測區(qū)的時(shí)間，車輪通過探測區(qū)的實(shí)時(shí)速度由鋼軌內(nèi)側(cè)激光位移傳感器經(jīng)過邊緣識別計(jì)算而得，誤差小于0.5%。

3.2.2 輪緣高度

傳感器以一定角度和距離布置于軌的兩側(cè)，車輛運(yùn)行通過，激光位移傳感器將對車輪端面掃描，原始波形是與安裝角度有關(guān)，傳感器相對于軌的安裝位置是固定的，而車輛運(yùn)行速度已知，通過幾何運(yùn)算，即可分別計(jì)算輪緣高度和輪緣厚度。

3.2.3 車輪直徑測量

在鋼軌外側(cè)安裝了兩只激光位移傳感器，其安裝角度為36度，分別掃描出輪緣及踏面的端面后，以厚度測量為基礎(chǔ)，確定滾動圓，在速度已知的條件下，可得到弦長，而兩激光束相對于軌面高度是確定的，通過幾何運(yùn)算可得車輪直徑。

3.2.4 車輪內(nèi)側(cè)距的測量

在傳感器幾何位置固定及軌距確定的條件下，測量到左右車輪內(nèi)側(cè)端面到傳感器的距離，就可以計(jì)算輪對內(nèi)側(cè)距，在該系統(tǒng)中通過兩次測量還可以測得180度方向的輪對內(nèi)側(cè)距差。

3.3 車輪擦傷檢測單元

3.3.1 車輪擦傷檢測單元主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）輪對擦傷自動檢測；

（2）具有檢測結(jié)果存儲、查詢、統(tǒng)計(jì)、對比、打印功能，以及數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)管理功能。能將每測量點(diǎn)近兩次的數(shù)據(jù)與前10次的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，及時(shí)發(fā)現(xiàn)輪對狀態(tài)的突變；

（3）提供輪對的檢測結(jié)果報(bào)表，包括數(shù)據(jù)報(bào)表、擦傷分級報(bào)表等，報(bào)告擦傷輪對的順位信息；

（4）輪對報(bào)警界面能自動彈出，不同報(bào)警級采用不同顏色顯示，同時(shí)輔助有聲音提醒；

（5）提供數(shù)據(jù)輸入/輸出接口：車輛基本信息輸入接口、走行公里數(shù)輸入接口、車輛基地網(wǎng)絡(luò)訪問接口等。

3.3.2 技術(shù)原理

（1）利用振動沖擊信號分析技術(shù)獲取平輪特征信息；

（2）利用特征自相關(guān)分析技術(shù)進(jìn)行故障識別及平輪定位；

（3）運(yùn)用自適應(yīng)動態(tài)數(shù)據(jù)修正技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

系統(tǒng)采用的振動傳感器為壓電式加速度傳感器，內(nèi)藏電荷放大器，并且運(yùn)用了ICP技術(shù)，最小測量平輪深度0.2mm。

3.4 車輪不圓度的檢測

擦傷可以引起車輪不圓，但是擦傷引起的不圓跟輪對檢測參數(shù)指標(biāo)當(dāng)中的“不圓度”不是同一個(gè)概念，因?yàn)椋?/p>

（1）擦傷是局部的，不圓度是指輪子整體；

（2）擦傷是能看見的，不圓度是不可見的。

由于輪對外形幾何尺寸檢測系統(tǒng)測量的是車輪整體尺寸，得到最全面的車輪尺寸參數(shù)，所以利用輪對外形幾何尺寸檢測系統(tǒng)來作為車輪不圓度定量檢測的基礎(chǔ)。

3.5 車號識別系統(tǒng)

為了進(jìn)一步提高列車管理水平，建立適應(yīng)現(xiàn)代化運(yùn)營模式的列車管理體系，對列車實(shí)行實(shí)時(shí)的動態(tài)追蹤管理，車號信息是管理系統(tǒng)最基本的信息源。我們所設(shè)計(jì)的車號識別系統(tǒng)，能在列車實(shí)際運(yùn)行條件下，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地識別出所有地鐵列車標(biāo)準(zhǔn)車號信息及其它輔助信息，有效、準(zhǔn)確的對應(yīng)使用，為車輛管理信息系統(tǒng)提供跟蹤信息，滿足列車在線安全監(jiān)測系統(tǒng)中的其他子系統(tǒng)對車號進(jìn)行識別的要求，使各子系統(tǒng)能夠按照車號信息對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤、統(tǒng)計(jì)、分析。而且在系統(tǒng)工作過程中，不會對地鐵列車上安裝的各類設(shè)備和地面上安裝的各類設(shè)備造成干擾，確保列車的正常運(yùn)行。

［1］朱躍.城軌車輛輪對踏面故障在線檢測系統(tǒng)研究[D].南京理工大學(xué),2012-12-1.

［2］王麗艷.地鐵車輛輪對尺寸在線檢測系統(tǒng)[J].現(xiàn)代城市軌道交通,2009-4-10.