鐵路貨車運行狀態地面安全監測系統原理與應用

任剛華

摘 要:本文主要論述了貨車運行狀態地面安全監測系統的組成,工作原理及我局應用情況。

關鍵詞:TPDS偏載運行狀態踏面損傷

中圖分類號:U44 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)05(c)-0000-00

1 系統基本組成

1.1 探測站

探測站主要由測試平臺、傳感器、車號識別裝置、信號調理單元、數據采集儀、測試工控機、測點服務器、UPS、雨量計、防雷組件。完成數據采集、處理、分析,管理設備運行狀況,實時向基層節點服務器傳送監測數據;

1.2 列檢復示站

實時顯示探測站監測信息,自動報警故障車輛;錄入和上報故障車輛的現場檢查處理情況;提供數據查詢、分析功能,自動生成各種統計分析報表。

1.3 基層網絡匯節點服務器

自動接收、轉發、存儲管內探測站監測信息,故障車輛的現場檢查處理情況。

1.4 鐵路局監控中心

實時顯示管內探測站監測信息、故障車輛報警信息及系統故障信息,自動接收、轉發、存儲管內探測站的監測數據、現場報警反饋信息。

1.5 鐵道部查詢中心

自動接收、轉發鐵路局間探測站監測數據,自動進行報警車輛全路聯網跟蹤,進行多點綜合評判,提供分類查詢、報警車輛查詢和統計分析功能;

2 系統主要功能

2.1 功能流程

當列車通過由22根軌枕(間距760mm)、8對剪力傳感器,12只壓力傳感器組成的軌道測試平臺時,測試平臺上安裝的傳感器,將所需的參數采集出來,經過接線箱與接線盒、信號電纜把數據傳給信號調理單元,信號調理單元一方面對傳感器供電,另一方面將傳感器輸出的微小信號放大、濾波,并將放大模擬信號轉換成數字信號傳至數據采集儀。數據采集儀是由測試工控機控制,完成傳感器信號的采集、合成處理,并完成與測試工控機間數據通信。測試工控機完成與數據采集儀通訊、實時判軸測速計輛、車輛動力學指標計算、超偏載計算、車輪踏面擦傷識別及讀取車號、UPS信息,測試結果以文件形式通過網絡傳遞給測點服務器。測點服務器實時接收測試工控機監測結果文件、結果文件入庫、車輛運行狀態綜合評判、車輛裝載超偏載評判、采集雨量計信息、通過局域網將數據和報警信息上傳至節點服務器。

2.2 識別運行狀態不良的車輛

系統能自動實現對運行狀態不良的車輛的報警,值班員根據報警級別的不同,采取相應的措施從而減少直線脫軌的可能性、車輛零部件的磨耗、對軌道結構的磨損。

2.3 識別車輪踏面損傷

當車輪有踏面損傷,在通過軌道測試平臺時,其作用在傳感器上的力是不均的,根據作用力的變化曲線,判別車輪踏面損傷的程度。

2.4 測量車輛裝載的超偏載狀態

當車輛裝載的貨物出現超偏載時,其不同位置的輪作用在傳感器上的力是不同的,當同一輛車的不同輪承載的重量差達到報警的標準,系統將按照預報標準報出車輛的超偏載狀態。

3 系統對力的檢測原理

3.1 系統垂直力測試原理

系統對垂直力的測試主要考慮到提高線路技術狀態、采用新的移動垂直力綜合檢測方法兩個方面。用整體性和抗軌道扭曲能力更強、平順性和穩定性更好的特殊框架式軌道結構取代測試區的普通軌道結構,大幅降低“附加動荷載”誤差的影響,從而大大提高檢測精度。新移動垂直力測試方法:在不增大軌枕間距、不惡化軌道平順的條件下即可大幅度增加有效檢測區長度。基本原理是在兩剪力傳感器之間設置若干個軌下垂直力傳感器,組成一個綜合測試區,兩種傳感器采集的數據通過計算機合成處理,從而得到測試區內的垂直力之和。由于較長的連續測試區,便能測得一段較長時間內車輪垂直力增減變化過程數據的平均值,而不是波動過程的某個瞬時值,這不僅提高了檢測精度,還大大提高了裝置適應速度范圍。

3.2 系統橫向力測試原理

將鋼軌視為傳遞輪軌橫向荷載的載體,而在鋼軌的支承點上測量鋼軌受車輛作用施加在框架結構中軌枕上的作用力大小。根據輪軌作用橫向荷載在鋼軌上的受力影響線,通過標定獲得鋼軌支承點處實際承受橫向荷載的比例,再依據車輪在測試區的位置,由鋼軌支承點處承受橫向荷載的組合而得到車輪在整個測試區連續橫向荷載及變化情況。

4 我局TPDS應用情況。

目前我局在黃蘆崗的TPDS,運行穩定,設備故障率低。以下是2012年1、2、3三個月監測貨車踏面損傷、超載情況（如表1，2）:

從目前運用的情況來看TPDS的兌現率距其設計兌現率還有一定的差距,要真正意義上實現貨車運行狀態地面安全監測還有部分地方需要完善。

5 TPDS聯網評判

TPDS已實現探測站級的貨車運行狀態分級評判,評判結果已匯集到鐵道部的查詢中心數據庫,TPDS對路網中運行車輛的檢測頻次、監測力度將大大加強。在探測站級的貨車運行狀態分級評判的基礎上,可開展多探測站的網絡評判,更準確的把握車輛的運行狀態,從而形成全路運行狀態不良車輛的的跟蹤、預警系統。對于多個探測站預警的運行狀態嚴重不良車輛及時扣車,進行處理,這樣將提高運行貨車的技術狀態水平,為鐵道運輸提供更可靠的安全保障。

參考文獻

[1] 劉瑞揚，王毓民.北京:鐵路貨車運行狀態地面安全監測系統(TPDS)原理及應用.中國鐵道出版社,2005.