淺析鐵路車輛輪對(duì)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)

王眾 王寶石

摘 要：隨著當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)及科技不斷發(fā)展，鐵路運(yùn)輸也得到越來越快發(fā)展，鐵路車輛作為鐵路運(yùn)輸?shù)闹匾ぞ咴阼F路運(yùn)輸發(fā)展過程中有著十分重要的作用。在鐵路車輛實(shí)際運(yùn)行過程中，車輛輪對(duì)是保證其運(yùn)行安全的重要部件，因而保證車輛輪對(duì)質(zhì)量也就十分必要。為能夠使車輛輪對(duì)質(zhì)量得到較好保證，應(yīng)當(dāng)選擇通過有效技術(shù)策略對(duì)車輛輪對(duì)進(jìn)行科學(xué)檢驗(yàn)，從而避免車輛輪對(duì)有故障出現(xiàn)，保證其正常使用。本文就鐵路車輛輪對(duì)檢測(cè)技術(shù)集中進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：鐵路；車輛輪對(duì)；自動(dòng)檢測(cè)

引言

車輛輪對(duì)是現(xiàn)代鐵路車輛中的重要部件，并且使保證鐵路車輛能夠正常運(yùn)行的關(guān)鍵，因而防止車輛輪對(duì)出現(xiàn)故障也就十分必要，而當(dāng)前車輛輪對(duì)檢測(cè)技術(shù)對(duì)保證車輛輪對(duì)的一種有效途徑。因此，在車輛輪對(duì)實(shí)際應(yīng)用過程中，應(yīng)當(dāng)熟練掌握車輛輪對(duì)檢測(cè)技術(shù)，并且能夠?qū)υ摷夹g(shù)進(jìn)行科學(xué)合理應(yīng)用，降低車輛輪對(duì)故障發(fā)生率，保證其運(yùn)行質(zhì)量及安全。

一、輪對(duì)故障易發(fā)生部位以及檢測(cè)方法

為了有針對(duì)性的進(jìn)行輪對(duì)的檢查和維護(hù)工作，減少在時(shí)間和金錢方面不必要的損耗同時(shí)也能夠降低安全事故的發(fā)生頻率，提高安全系數(shù)，就應(yīng)該及時(shí)對(duì)輪對(duì)容易發(fā)生故障的部位進(jìn)行研究和總結(jié)，這樣才能夠盡早發(fā)現(xiàn)問題并使問題及時(shí)得到解決，以免釀成大禍。

為了對(duì)輪對(duì)故障進(jìn)行有效的控制，以便能夠有效提高列車的運(yùn)行質(zhì)量，必須對(duì)列車車輪故障檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行總結(jié)。車輛輪對(duì)參數(shù)的測(cè)量方法主要包括兩大類，即靜態(tài)檢測(cè)法和動(dòng)態(tài)檢測(cè)法。靜態(tài)檢測(cè)法主要是針對(duì)車輛在檢修過程中進(jìn)行的測(cè)量工作。而動(dòng)態(tài)檢測(cè)法主要針對(duì)車輛在運(yùn)行過程時(shí)進(jìn)行的測(cè)量工作，通常也可以成為車輛輪對(duì)的在線測(cè)量工作。靜態(tài)檢測(cè)和動(dòng)態(tài)檢測(cè)技術(shù)主要包括以下幾個(gè)重要方面：1）便攜式測(cè)量方式。這種測(cè)量方式主要對(duì)輪對(duì)的幾個(gè)或者單一的幾何尺寸展開測(cè)量工作，主要工具為各種傳感器。此類測(cè)量方法優(yōu)勢(shì)明顯出，不但操作簡單而且方便使用，但是同時(shí)缺點(diǎn)也很突出，主要存在測(cè)量參數(shù)不夠全面和測(cè)量自動(dòng)化的程度較低等各種問題，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)該結(jié)合具體情況進(jìn)行綜合性的考慮，及時(shí)地規(guī)避缺點(diǎn)，將該測(cè)量技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)發(fā)揚(yáng)光大；2）接觸式自動(dòng)測(cè)量方式。這一測(cè)量方式能夠支起輪對(duì)并且推動(dòng)其旋轉(zhuǎn)，對(duì)幾何尺寸的測(cè)量工作主要可以采用多種接觸式傳感器。此類測(cè)量方法存在著進(jìn)行接觸式的測(cè)量容易引發(fā)接觸式傳感器的毀壞；3）非接觸測(cè)量方式。這類測(cè)量方式主要采用CCD技術(shù)和激光傳感技術(shù)，不斷能夠?qū)崿F(xiàn)車輛輪對(duì)的在線測(cè)量工作，同時(shí)還具備非接觸和檢測(cè)速度快的優(yōu)點(diǎn)，因而可以被實(shí)際運(yùn)用到各種車輛輪對(duì)的檢測(cè)工作中去。

二、輪對(duì)故障的靜態(tài)檢測(cè)技術(shù)

我們已經(jīng)分析和總結(jié)了常見車輪輪對(duì)故障的發(fā)生位置和表現(xiàn)形式，針對(duì)不同故障的發(fā)生位置和表現(xiàn)形式需要有不同的處理方法，相關(guān)方面的檢查和維護(hù)人員應(yīng)該采取不同的檢測(cè)技術(shù)。車輛輪對(duì)靜態(tài)檢測(cè)技術(shù)能夠使鐵路車輛輪對(duì)被置于檢測(cè)檢修的過程中，使輪對(duì)脫離機(jī)車，并用相應(yīng)的檢測(cè)儀器或者裝置對(duì)其進(jìn)行測(cè)量工作。具體的靜態(tài)檢測(cè)技術(shù)主要包括以下幾個(gè)方面。

2.1專用卡尺法

目前國際上的卡尺法多采用LLJ-4型號(hào)的鐵路車輛車輪第四種檢查儀，這種檢查儀器在操作方面具有簡單方便的優(yōu)點(diǎn)，但是在另一方面也存在著很大的缺點(diǎn)，即其游標(biāo)讀數(shù)很容易受到測(cè)量者人為因素的影響，使其精確性受到干擾。

2.2基于平行四邊形機(jī)構(gòu)的輪對(duì)自動(dòng)測(cè)量裝置

該輪對(duì)自動(dòng)測(cè)量裝置主要以平行四邊形機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)，能夠?qū)囕喬っ娴闹睆?、擦傷以及磨耗等各種參數(shù)同時(shí)進(jìn)行測(cè)量。在較為理想的情況下，對(duì)系統(tǒng)中的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行測(cè)量，并將平行四邊形機(jī)構(gòu)中測(cè)量尺的邊緣部分置于踏面滾動(dòng)圓上，此時(shí)，踏面滾動(dòng)圓與內(nèi)側(cè)面的距離保持為70毫米，踏面直徑即為測(cè)量尺與鋼軌之間的距離。使用測(cè)量機(jī)構(gòu)對(duì)車輪進(jìn)行測(cè)量，將理論波形通過激光位移傳感器記錄下來，能夠發(fā)現(xiàn)此理論波形呈現(xiàn)形式為梯形，之后便可進(jìn)行比較測(cè)量工作，可得出彈面任意點(diǎn)的直徑應(yīng)為：D被測(cè)j=D被測(cè)j+Δj。在此式子中，D被測(cè)j代表被測(cè)車輪踏面任意一點(diǎn)的直徑，D被測(cè)j代表標(biāo)準(zhǔn)車輪對(duì)應(yīng)點(diǎn)的直徑，Δj則代表被測(cè)車輪與對(duì)應(yīng)點(diǎn)直徑的差額。平行四邊形測(cè)量機(jī)構(gòu)上測(cè)量尺的平動(dòng)主要由三個(gè)參數(shù)的差值所引起，這一差值能夠直接通過激光位移傳感器測(cè)量得出。一旦檢測(cè)到踏面發(fā)生擦傷或者剝離的情況，那么測(cè)量尺便會(huì)發(fā)生相應(yīng)的移動(dòng)，且其移動(dòng)方式主要為局部移動(dòng)。經(jīng)過相關(guān)專業(yè)人員的進(jìn)一步分析，便可以獲取輪對(duì)踏面的擦傷深度、擦傷長度以及剝離長度等幾何尺寸。

三、車輛輪對(duì)動(dòng)態(tài)檢測(cè)技術(shù)

3.1超聲遙測(cè)檢測(cè)裝置

超聲遙測(cè)檢測(cè)裝置屬于輪對(duì)參數(shù)自動(dòng)化檢測(cè)裝置，由俄羅斯聯(lián)邦鐵路于上個(gè)世紀(jì)九十年代研制成功，這一裝置采用超聲檢測(cè)能夠在非接觸狀態(tài)下進(jìn)行車輛輪對(duì)的檢測(cè)工作。當(dāng)鐵路車輛的運(yùn)行速度低于每小時(shí)5km時(shí)，距離車輪各個(gè)表面的距離能夠由超聲遙測(cè)傳感器測(cè)量獲得，對(duì)這一數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理后，便能夠獲得關(guān)于鐵路車輛的車輪直徑、輪緣厚度、踏面磨耗和垂直磨耗等各種參數(shù)。采用超聲遙測(cè)檢測(cè)裝置進(jìn)行測(cè)量獲取的各部分測(cè)量數(shù)據(jù)誤差也比較小，輪徑誤差保持在1mm以下，輪緣厚度誤差保持在0.5mm以下，踏面磨耗的誤差保持在0.3mm以下。這一檢測(cè)裝置具有所獲取的檢測(cè)值相對(duì)精準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)，但是，除此之外，還存在著檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜和安裝調(diào)試難度較大的缺點(diǎn)。

3.2加速度峰值評(píng)法

車輪踏面損傷檢測(cè)裝置由日本于上個(gè)世紀(jì)90年代研制成功，在鋼軌座處安裝兩個(gè)相同的加速度傳感器，使這兩個(gè)加速度傳感器的半輪周長為S的1/2，并對(duì)其前后1/4周長的振動(dòng)進(jìn)行測(cè)量。車輪踏面損傷檢測(cè)裝置不斷能夠檢測(cè)踏面損傷，還能夠?qū)囕v通過測(cè)點(diǎn)的速度進(jìn)行測(cè)量。但是由于該測(cè)量系統(tǒng)存在因?yàn)檐囕喬っ鎿p傷而引起沖擊波形和鋼軌的共振波形發(fā)生重疊的現(xiàn)象，也就使得加速度峰值很難對(duì)車輪踏面損傷程度作出全面的反映。

3.3基于圖像的自動(dòng)檢測(cè)方法

為了提高車輛運(yùn)行的安全系數(shù)，降低交通事故的發(fā)生頻率，保證人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全和國家的經(jīng)濟(jì)社會(huì)利益免受威脅和損害，國外的許多國家在基于圖像處理方法的自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備方面都已經(jīng)取得了很大的成功。近年來，我國也不斷加強(qiáng)在這一方面的投資力度和研究力度并取得了一定的成果。高速列車輪對(duì)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的原理及實(shí)施方案以及基于圖像的輪對(duì)在線動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)應(yīng)用研究是我國在基于圖像處理方法方面的具有代表性的例子。國際上基于圖像檢測(cè)方法的方法和裝置主要包括以下幾個(gè)方面：1）車輪踏面形狀自動(dòng)測(cè)定裝置。這一裝置由日本于上個(gè)世紀(jì)90年代研制成功。測(cè)量裝置主要包括激光束、CCD、車輪檢測(cè)器、同步檢測(cè)傳感器和遮光板等部分。在車輪通過時(shí)進(jìn)行激光照射，通過使用光電傳感器對(duì)車輪的輪緣進(jìn)行捕捉，并且采用高速隨機(jī)光柵進(jìn)行攝影使畫面能夠清晰地記錄下來；2）德國于上個(gè)世紀(jì)80年代研制成功的輪對(duì)自動(dòng)診斷裝置。這一裝置能夠?qū)⒖p隙光光帶投射到車輪上形成可供簡單辨認(rèn)的輪廓，同時(shí)使用攝像機(jī)捕捉光束，以便得出輪緣厚度和踏面磨損等參數(shù)。除此之外，還有其他國家的研究成果，這里就不再論述。

四、結(jié)束語

在現(xiàn)代鐵路運(yùn)輸發(fā)展過程中，為能夠使運(yùn)輸效率及安全性得到提高，保證鐵路車輛運(yùn)行安全屬于十分重要的一項(xiàng)內(nèi)容，而保證車輛輪對(duì)質(zhì)量是保證鐵路車輛運(yùn)行質(zhì)量的關(guān)鍵及基礎(chǔ)，因此相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)利用科學(xué)技術(shù)對(duì)車輛輪對(duì)加強(qiáng)檢測(cè)，從而避免出現(xiàn)故障而影響鐵路車輛正常運(yùn)行，從而使鐵路運(yùn)輸?shù)玫礁冒l(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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