重載鐵路綜合檢測(cè)列車和數(shù)據(jù)綜合分析系統(tǒng)研究

王貴鑫

(國能朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司檢測(cè)救援分公司，河北 肅寧 062350)

0 引言

社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)的更新升級(jí)為重載鐵路綜合檢測(cè)列車的創(chuàng)新發(fā)展提供了充足的動(dòng)力，但從目前的實(shí)際情況來看，其在綜合檢測(cè)分析的過程中依然面臨著一定的不利因素，在極大程度上影響了后續(xù)各項(xiàng)檢測(cè)維修工作的高質(zhì)量開展，基于此，有必要對(duì)其展開更為深入的探究。

1 研究背景

對(duì)于重載鐵路來說，有著列車密度大以及荷載大等特點(diǎn)，這便在一定程度上提高了其線路維護(hù)檢測(cè)的要求，這不僅在原有的基礎(chǔ)上增加了維護(hù)檢測(cè)方面的工作量，還面臨著不斷提升的技術(shù)要求。以往所使用的線路維護(hù)檢測(cè)技術(shù)和手段無法與當(dāng)前鐵路高速發(fā)展相適應(yīng)，有必要對(duì)其采取相應(yīng)的調(diào)整。從目前的情況來看，西方發(fā)達(dá)國家在重載鐵路檢修方面更加注重預(yù)防性保養(yǎng)工作，例如美國和加拿大等國家往往會(huì)通過鋼軌探傷車以及軌道檢查車的應(yīng)用檢查鋼軌的傷損、磨耗以及軌道幾何形態(tài)等情況，利用車載新型探地雷裝置對(duì)路基病害實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。從養(yǎng)護(hù)維修的角度來看，西方發(fā)達(dá)國家更加側(cè)重于使用大型養(yǎng)路機(jī)械展開綜合維修工作，同時(shí)采取涂油等措施避免輪軌過度磨耗，為線路質(zhì)量提供充分的保障[1]。

2 重載鐵路綜合檢測(cè)列車組成和關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 車體

2.1.1 轉(zhuǎn)向架

本文所述重載鐵路綜合檢測(cè)列車的轉(zhuǎn)向架采用了兩種類型，其中1 號(hào)車轉(zhuǎn)向架為超聲波鋼軌探傷車所設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向架。這一轉(zhuǎn)向架的最大運(yùn)行速度是120km/h，主要包括構(gòu)架、牽引裝置、軸箱以及輪對(duì)等部件，其結(jié)構(gòu)所使用的固定軸距以及軸盤制動(dòng)單元有著相對(duì)較大的尺寸，此舉能夠?qū)奢S的空間進(jìn)行增加，以更好地同檢測(cè)小車安裝的需求相適應(yīng)。而2、3號(hào)車的轉(zhuǎn)向架則是基于SW220K 轉(zhuǎn)向架，設(shè)計(jì)人員在保障基礎(chǔ)安全性要求的同時(shí)優(yōu)化開展了相應(yīng)的設(shè)計(jì)工作，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為無旁承、無搖動(dòng)臺(tái)以及無搖枕。

2.1.2 制動(dòng)系統(tǒng)

在該重載鐵路綜合檢測(cè)列車的制動(dòng)系統(tǒng)方面，其所選用雙管供風(fēng)的形式，主要包括電子防滑、104 型電空制動(dòng)裝置、盤形制動(dòng)以及緩解顯示裝置等。在制動(dòng)管路方面使用整體管排的吊裝形式。在每一節(jié)車中都對(duì)彈簧停車裝置以及彈簧停車控制單元進(jìn)行設(shè)置，在電控控制盒上對(duì)相應(yīng)的狀態(tài)顯示和操作開關(guān)進(jìn)行設(shè)置，每一個(gè)車都采用單獨(dú)的方式進(jìn)行操作，并且能夠?qū)ζ渌囕v彈簧停車裝置當(dāng)前所處狀態(tài)進(jìn)行顯示。

2.1.3 發(fā)電機(jī)組

在該列車上采用了兩臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組，其中主發(fā)電機(jī)組采用的是P220HE2 型，其在應(yīng)用的過程中能夠充分同列車整體的供電需求相符合。一旦主發(fā)電機(jī)組運(yùn)行故障，或者是不再需要各種高負(fù)載設(shè)備，便可以采用P88-1 型的輔助發(fā)電機(jī)組進(jìn)行供電。

2.1.4 檢測(cè)系統(tǒng)

鋼軌探傷系統(tǒng)是重載鐵路綜合檢測(cè)列車檢測(cè)系統(tǒng)中至關(guān)重要的組成部分，其由信號(hào)處理系統(tǒng)和輪式探傷設(shè)備所構(gòu)成，其通過耦合水的應(yīng)用在超聲波探輪和鋼軌之間進(jìn)行超聲波傳遞，車上計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在獲取鋼軌探測(cè)信號(hào)之后會(huì)對(duì)信號(hào)展開自動(dòng)化處理工作，并根據(jù)相關(guān)信息數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行傷損判別，明確傷損位置、類型、程度等實(shí)際情況，并將其同原有記錄進(jìn)行對(duì)照分析[2]。

在無線場(chǎng)強(qiáng)檢測(cè)系統(tǒng)方面，其在實(shí)際應(yīng)用的過程中涉及測(cè)試控制主機(jī)、場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試信號(hào)處理分配器等設(shè)備，在1 號(hào)車上進(jìn)行安裝?？梢詫?shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地開展對(duì)于鐵路沿線通信設(shè)備場(chǎng)強(qiáng)的具體分布情況測(cè)試、處理以及記錄工作，同時(shí)還能夠依照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)形成文件和報(bào)表。路基道床檢測(cè)系統(tǒng)中包含著多個(gè)設(shè)備，例如數(shù)據(jù)采集處理單元、雷達(dá)主機(jī)、探地雷達(dá)天線等。該檢測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用能夠采用非侵入式檢測(cè)的形式檢測(cè)路基層、道床層等內(nèi)部結(jié)構(gòu)和質(zhì)量等，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)指標(biāo)的科學(xué)評(píng)估，進(jìn)而精準(zhǔn)定位道床和路基所存在的缺陷。綜合檢測(cè)系統(tǒng)中包括定位同步系統(tǒng)、列車數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和環(huán)境監(jiān)視系統(tǒng)幾部分，在2 號(hào)車上對(duì)檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行安裝，以更加精確地進(jìn)行檢測(cè)車定位，對(duì)列車的里程信息、時(shí)鐘以及速度等進(jìn)行發(fā)布，實(shí)時(shí)開展對(duì)于對(duì)列車運(yùn)行環(huán)境的監(jiān)測(cè)工作。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

重載鐵路綜合檢測(cè)列車有著多重?cái)?shù)據(jù)處理功能，具體包括數(shù)據(jù)綜合存儲(chǔ)、分析和顯示等，可以更好地與當(dāng)前重載鐵路運(yùn)用要求相適應(yīng)，所以研究人員需要針對(duì)數(shù)據(jù)處理這一關(guān)鍵技術(shù)展開更為深層次的探究，真正明確基礎(chǔ)設(shè)施及其損傷成因和變化規(guī)律，并探究其在列車運(yùn)行方面的影響，而動(dòng)力學(xué)仿真技術(shù)則是其中至關(guān)重要的組成部分。工作人員需要使用相關(guān)動(dòng)力學(xué)仿真軟件對(duì)高速列車模型進(jìn)行構(gòu)建，同時(shí)還要與有關(guān)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相結(jié)合，對(duì)軌道不平順與車輛橫向加速度超限之間所存在的關(guān)系產(chǎn)生明確了解。除此以外，工作人員還需要應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)達(dá)到輪軌力預(yù)測(cè)的效果，基于BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)輪軌力與軸向加速度之間的關(guān)聯(lián)模型進(jìn)行建立。多層感知層BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包含輸入層、隱層以及輸出層，其中輸入層主要是負(fù)責(zé)向隱層傳遞輸入信號(hào)，而隱層則需要利用輸入層對(duì)信號(hào)進(jìn)行接收，在完成數(shù)學(xué)處理之后便向輸出層進(jìn)行傳輸，通過對(duì)輸出信號(hào)的加權(quán)聚合使其轉(zhuǎn)化成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出信號(hào)。

3 重載鐵路綜合檢測(cè)列車數(shù)據(jù)綜合分析系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 管理模式

該數(shù)據(jù)綜合分析系統(tǒng)主要是綜合考慮各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)際特點(diǎn)，并充分與日常監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)管理的相關(guān)規(guī)定結(jié)合，針對(duì)整合存儲(chǔ)管理機(jī)制以及多專業(yè)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一接口進(jìn)行深入研究，以更好地與多樣化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析的實(shí)際需求相適應(yīng)，通過數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)的應(yīng)用搭建起相應(yīng)的檢測(cè)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，并確保其具有高效性和穩(wěn)定性，為其更好地應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

3.2 綜合分析技術(shù)

3.2.1 鋼軌傷損分析

疲勞應(yīng)力是鋼軌傷損的主要原因，其會(huì)造成一定的內(nèi)部核傷，而在接觸應(yīng)力的作用下，鋼軌表面也會(huì)產(chǎn)生裂紋，進(jìn)而造成軌面?zhèn)麚p。當(dāng)其遭到銹蝕時(shí)，則有可能會(huì)發(fā)展成重傷，對(duì)行車的安全性和穩(wěn)定性有著不利影響。工作人員需要全面分析鋼軌表面的各種傷損數(shù)據(jù)，并充分與人工觀測(cè)數(shù)據(jù)、探傷儀檢測(cè)數(shù)據(jù)等結(jié)合，進(jìn)而對(duì)鋼軌內(nèi)部、表面?zhèn)麚p以及磨耗情況進(jìn)行針對(duì)性的探究，明確其產(chǎn)生及其變化規(guī)律，形成數(shù)據(jù)為后續(xù)相關(guān)工作人員對(duì)其進(jìn)行更換、修理等操作提供參考。

在鋼軌損傷方面主要是采用超聲波探測(cè)的方式，分別配備4 個(gè)A 型和2 個(gè)B 型探輪，以便針對(duì)鋼軌各個(gè)位置和取向的傷損展開科學(xué)檢測(cè)工作。壓電晶體在經(jīng)過高電壓脈沖激勵(lì)之后，將基于特定的頻率震動(dòng)，若是將這一震動(dòng)引入鋼軌內(nèi)部便會(huì)使其在鋼軌中進(jìn)行傳播，若鋼軌本身面臨著一定的空洞和缺陷，便會(huì)反射部分超聲波，當(dāng)晶片接收到超聲波能量后便是回波。超聲晶片在收到回波之后會(huì)利用超聲換能器促使其向電信號(hào)轉(zhuǎn)化，并通過模擬處理、數(shù)字處理等一系列措施，在完成傷損識(shí)別之后，將其展現(xiàn)在控制計(jì)算機(jī)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種形態(tài)、各個(gè)部位鋼軌傷損的有效檢測(cè)[3]。

3.2.2 軌道大值病害分析

軌道大值病害主要指的是設(shè)備的各種不良狀態(tài)，其會(huì)對(duì)運(yùn)營的穩(wěn)定性和安全性產(chǎn)生嚴(yán)重的負(fù)面影響，其中比較典型的便是大幅值的鋼軌內(nèi)部傷損以及軌道不平順等問題，若是未能第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)并采取妥善的處理措施，便會(huì)為其正常運(yùn)行埋下嚴(yán)重的安全隱患。為了充分保障運(yùn)營效果，相關(guān)工作人員在檢測(cè)環(huán)節(jié)需要加大力度精準(zhǔn)識(shí)別各種大值病害，同時(shí)還要對(duì)其實(shí)施相應(yīng)的作業(yè)管理。與此同時(shí)還要充分與各種歷史檢測(cè)數(shù)據(jù)相結(jié)合，針對(duì)項(xiàng)目的各種靜態(tài)檢查數(shù)據(jù)展開綜合分析工作，對(duì)大值病害產(chǎn)生成因進(jìn)行確定，以便提出科學(xué)可行的整治意見，為現(xiàn)場(chǎng)維修工作的高質(zhì)量開展提供指引，以免大值病害反復(fù)出現(xiàn)影響重載鐵路持續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行。

3.2.3 接觸網(wǎng)與軌道檢測(cè)數(shù)據(jù)

若是存在軌道幾何不平順的問題，便有可能對(duì)弓網(wǎng)間的動(dòng)態(tài)作用以及受流性能造成影響，在面對(duì)特殊線路條件下，若軌道幾何不平順有著較大的幅值還會(huì)加劇受電系統(tǒng)的故障。在綜合檢測(cè)列車中，軌道幾何本身所具有的變化情況會(huì)在極大程度上對(duì)接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)測(cè)試結(jié)果造成影響?；诖?，工作人員在質(zhì)量評(píng)價(jià)以及維修方案制定的過程中，不僅要綜合考慮歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，還應(yīng)當(dāng)全方位分析軌道幾何不平順狀態(tài)的實(shí)際情況，并分析其與接觸網(wǎng)狀態(tài)之間的關(guān)系。

對(duì)接觸網(wǎng)檢測(cè)來說，其主要是針對(duì)弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)作用參數(shù)展開檢測(cè)工作，具體包括對(duì)于接觸導(dǎo)線同受電工硬點(diǎn)、拉出值、垂直接觸力等的測(cè)量，同時(shí)還會(huì)全面監(jiān)測(cè)并采集受電弓運(yùn)行環(huán)境的實(shí)際情況和相關(guān)數(shù)據(jù)。接觸式檢測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用需要在原有的基礎(chǔ)上改造受電弓，將四個(gè)應(yīng)變式壓力傳感器分別設(shè)置在滑板底部以及支持機(jī)構(gòu)間，針對(duì)弓網(wǎng)接觸壓力展開測(cè)量工作。當(dāng)處在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，其具體指的是接觸線同滑板之間所具有的接觸壓力，而在動(dòng)態(tài)情況下，工作人員還應(yīng)對(duì)慣性力和空氣動(dòng)力實(shí)施修整，以有效促進(jìn)接觸壓力測(cè)量精度的進(jìn)一步提升。非接觸式檢測(cè)需要工作人員在任意車輛的抗扭曲光學(xué)軌道上對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行安裝固定，結(jié)合實(shí)際情況對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行調(diào)整，確保其視野能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)接觸網(wǎng)所在平面的全方位覆蓋，并保障其角度的合理性。工作人員可以對(duì)圖像信號(hào)進(jìn)行科學(xué)計(jì)算，在此基礎(chǔ)上明確攝像機(jī)位置同接觸線之間的角度，同時(shí)還要通過三角關(guān)系實(shí)現(xiàn)對(duì)接觸線位置的科學(xué)計(jì)算。工作人員在正式開展綜合分析工作之前應(yīng)當(dāng)對(duì)維修作業(yè)數(shù)據(jù)、現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核數(shù)據(jù)以及各種檢測(cè)數(shù)據(jù)展開全方位的搜集工作，進(jìn)而在此基礎(chǔ)上搭建起關(guān)聯(lián)分析模型，針對(duì)接觸網(wǎng)幾何、軌道幾何狀態(tài)以及受流性能等之間的相關(guān)性進(jìn)行深入分析，基于此得出相應(yīng)的相關(guān)指標(biāo)與綜合分析方法，進(jìn)而通過開展專項(xiàng)試驗(yàn)和實(shí)測(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)其的科學(xué)驗(yàn)證[4]。

3.2.4 軌道幾何、路基道床檢測(cè)數(shù)據(jù)分析

在軌道幾何檢測(cè)系統(tǒng)中，工作人員大多會(huì)采用非接觸測(cè)量方法和慣性測(cè)量原理等，使用計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字濾波、陀螺平臺(tái)以及圖像處理技術(shù)等對(duì)軌道幾何不平順參數(shù)展開全面測(cè)量工作，以檢測(cè)量為準(zhǔn)利用激光攝像系統(tǒng)對(duì)其橫向與縱向?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)，并采用多樣化的傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)車體以及檢測(cè)梁姿態(tài)變化狀況的檢測(cè)。促使加速度、速度以及位移等物理量不斷向電模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，經(jīng)由信號(hào)轉(zhuǎn)接和監(jiān)視單元向信號(hào)處理單元輸入，而其則會(huì)對(duì)信號(hào)進(jìn)行模擬濾波處理，然后輸入計(jì)算機(jī)中，對(duì)模擬信號(hào)展開A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換，同時(shí)還要經(jīng)歷存儲(chǔ)、修正等一系列步驟，進(jìn)而通過對(duì)其的綜合運(yùn)算最終獲取相應(yīng)的軌道幾何參數(shù)，并利用顯示器完整地顯示出軌道幾何波形圖。

在道床路基檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用方面，為了切實(shí)保障探地雷達(dá)所獲取數(shù)據(jù)的質(zhì)量，則勢(shì)必要采取相應(yīng)的措施針對(duì)性地應(yīng)對(duì)來自混凝土軌枕所帶來的干擾?；诖?，應(yīng)強(qiáng)化對(duì)多通道高速掃描探地雷達(dá)系統(tǒng)的應(yīng)用，通過延遲發(fā)射時(shí)間起到消除干擾的作用，這一過程主要是使用控制單元進(jìn)行。雷達(dá)系統(tǒng)的構(gòu)成包括控制單元接收天線、發(fā)射天線以及工控?cái)?shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)，配套軟件的靈活應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的有效采集、顯示以及存儲(chǔ)[5]。

當(dāng)獲取一定時(shí)期范圍內(nèi)的檢測(cè)數(shù)據(jù)之后，相關(guān)工作人員需要綜合考慮氣候、運(yùn)量等因素對(duì)路基沉降以及道床狀態(tài)變化的規(guī)律和特點(diǎn)展開重點(diǎn)探究，并分析在道床狀態(tài)、路基沉降以及軌道幾何等方面所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，明確了解鋼軌傷損檢測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)際情況，結(jié)合現(xiàn)有條件構(gòu)建關(guān)聯(lián)分析模型，對(duì)綜合評(píng)價(jià)方法和指標(biāo)進(jìn)行確定，通過關(guān)聯(lián)分析模型的應(yīng)用展開方針計(jì)算工作，并實(shí)現(xiàn)對(duì)其的科學(xué)驗(yàn)證，綜合各方面因素得出整體的評(píng)價(jià)管理建議。

4 結(jié)語

綜上所述，重載鐵路綜合檢測(cè)列車的開發(fā)能夠通過技術(shù)平臺(tái)的應(yīng)用，使用接觸網(wǎng)、信號(hào)和通信等各種測(cè)試手段，基于仿真技術(shù)以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等開展對(duì)數(shù)據(jù)的綜合分析以及處理工作，這對(duì)提升鐵路的安全性和運(yùn)營的高效性有著重要意義。基于此，相關(guān)研究人員應(yīng)在實(shí)踐中不斷總結(jié)規(guī)律和經(jīng)驗(yàn)，從數(shù)據(jù)綜合分析系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)著手進(jìn)行科學(xué)合理的掌控，進(jìn)一步展現(xiàn)出重載鐵路綜合檢測(cè)列車的實(shí)際應(yīng)用效果，為鐵路運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性的提升提供充分的技術(shù)支持。