TPDS對客車踏面損傷監(jiān)測應(yīng)用分析*

王興華，曾宇清

（1 中國鐵路總公司 運(yùn)輸局，北京100844；2 中國鐵道科學(xué)研究院 機(jī)車車輛研究所，北京100081）

TPDS對客車踏面損傷監(jiān)測應(yīng)用分析*

王興華1，曾宇清2

（1 中國鐵路總公司 運(yùn)輸局，北京100844；2 中國鐵道科學(xué)研究院 機(jī)車車輛研究所，北京100081）

結(jié)合車輛運(yùn)行品質(zhì)軌邊動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)（TPDS）在武漢鐵路局客車踏面損傷監(jiān)測方面的應(yīng)用，分析了TPDS客車運(yùn)用的可行性，深入探討了TPDS客車運(yùn)用存在的問題，并提出了TPDS運(yùn)用于客車監(jiān)測，需要對TPDS實(shí)現(xiàn)設(shè)備及軟件升級及監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)完善等建議。

客車；TPDS；踏面損傷

踏面損傷帶來的輪軌間大的沖擊力，是軌道車輛結(jié)構(gòu)故障的主要外因，軸承部件傷損、轉(zhuǎn)向架零部件斷裂等一般都與踏面損傷密切相關(guān)，如軸箱彈簧斷裂、軸承保持架裂損、轉(zhuǎn)向架側(cè)梁開裂等。在各類踏面損傷中擦傷、剝離、局部凹入、碾堆等顯性損傷可由人工測得，然而失圓、動不平衡等隱性輪對損傷人工測量很困難，并且這類隱性踏面損傷導(dǎo)致的沖擊幅值隨客車速度增加明顯增加，在客車踏面損傷中占有較大比例，所以基于輪軌力測量的踏面損傷監(jiān)測，對客車而言不僅是傳統(tǒng)檢查手段的必要補(bǔ)充，而且從故障探測范圍、損傷評估方面更為科學(xué)，是客車踏面損傷監(jiān)測的方向。

車輛的動力學(xué)性能、踏面狀態(tài)以及載荷分布對列車運(yùn)行安全至關(guān)重要。在基本建成的5T系統(tǒng)中，車輛運(yùn)行品質(zhì)軌邊動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)［1］（TPDS）利用設(shè)在軌道上的測試平臺，對通過車輛的輪軌垂直力、橫向力進(jìn)行連續(xù)檢測和分析，在實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)不良貨車識別，同時具有車輪踏面損傷及超偏載檢測功能。TPDS系統(tǒng)在貨車踏面損傷功能應(yīng)用方面取得了顯著的成效［2］，貨車踏面損傷報警比例持續(xù)減低，2013年與2008年相比，貨車踏面損傷報警率下降了80%以上，相關(guān)大部件裂紋類故障明顯減少，如搖枕和側(cè)架裂紋類等典型故障，同期下降90%，有力保障了貨車的安全運(yùn)行。

目前，TPDS在全鐵路已安裝130套，全鐵路聯(lián)網(wǎng)運(yùn)用86套，年監(jiān)測客車量約2 500萬輛次，監(jiān)測覆蓋范圍較廣，進(jìn)行客車運(yùn)用的基礎(chǔ)較好。由于以前客車沒有電子標(biāo)簽，TPDS的監(jiān)測結(jié)果無法自動歸類，監(jiān)測結(jié)果無法根據(jù)車號與方位準(zhǔn)確定位到輪位，因此TPDS踏面損傷功能在客車方面應(yīng)用一直處于探索階段。隨著客車加裝車號工作的推進(jìn)，該問題將在2014年全面解決。這樣，明確運(yùn)用可行性的關(guān)鍵就是明確現(xiàn)有TPDS對客車監(jiān)測的能力、效果問題。

1 TPDS在武漢鐵路局客車運(yùn)用的分析

武漢鐵路局從2008年起，對TPDS踏面損傷報警功能在客車上的應(yīng)用做了大量的探索工作，在配屬的154輛餐車上加裝電子標(biāo)簽，武昌車輛段設(shè)專人從原鐵道部級TPDS系統(tǒng)下載武漢鐵路局客車通過全鐵路TPDS探測站的監(jiān)測結(jié)果，人工梳理、匯總踏面損傷報警信息給武昌、漢口、信陽、襄陽、宜昌等5個客車運(yùn)用所，對報警客車車輪進(jìn)行復(fù)核、追蹤、維修，并反饋處理信息。

2012年武漢鐵路局全年復(fù)核案例4 174例，剔除小于TPDS報警值（沖擊當(dāng)量大于等于19）及未入庫復(fù)核等情況后，有效樣本共3 117例，預(yù)報故障與復(fù)核故障位數(shù)不匹配或復(fù)核無踏面損傷故障共計713例均計入未兌現(xiàn)樣本，這樣，復(fù)核有TPDS踏面損傷的輪對2 404例，從踏面損傷定性角度來看，保守估計的兌現(xiàn)率為77.12%（見表1）。檢出的踏面損傷故障包括剝離、失圓、擦傷、空洞，從表1可以看到失圓這類不易被人工檢出的隱性輪對損傷具有較大比例。

表2對比了2010～2012年武漢鐵路局與全鐵路客車踏面損傷報警情況，由于不同車次運(yùn)用工況及車輛配置差別較大，對客車踏面損傷分布有明顯影響，故此，按直達(dá)車、特快車、快車、普通客車等分類進(jìn)行。

從表2可以看到，直達(dá)列車TPDS報警比例總體較低，說明直達(dá)列車踏面狀況良好，但近年來全路直達(dá)列車報警比例有所上升；同期，武漢鐵路局直達(dá)列車報警比例低于全鐵路平均水平、且穩(wěn)中有降。

特快列車TPDS報警比例高于直達(dá)列車，近年全鐵路特快列車報警比例穩(wěn)中有降，2012年按輛統(tǒng)計為1%；同期，武漢鐵路局特快列車報警比例低于全鐵路平均水平、且穩(wěn)中有降，2012年按輛統(tǒng)計只有0.31%。

普通快車踏面損傷TPDS報警比例是分類統(tǒng)計中最高的，近年全鐵路普通快車報警比例穩(wěn)中有降，2012年按輛統(tǒng)計為4.42%；同期，武漢鐵路局普通快車報警比例由2010年高于全路平均水平（5.87%）的7.36%，降到2012年的2.02%，明顯低于全鐵路平均水平4.42%。降幅72.55%，效果明顯。

普通客車TPDS報警比例在分類統(tǒng)計中僅少于普通快車，近年全鐵路普通客車報警比例總體穩(wěn)中有降，2012年按輛統(tǒng)計為2.8%；同期，武漢鐵路局普通客車報警比例在2011年高于全鐵路平均水平（2.62%）為3.57%，2012年按輛統(tǒng)計為1.13%，低于2.80%的全鐵路平均水平。

綜合統(tǒng)計旅客列車踏面損傷TPDS報警比例，2010～2012年全鐵路客車報警比例由4.21%降到3.42%，降幅為18.76%；同期，武漢鐵路局由4.21%降到1.75%，下降幅度達(dá)58.43%，運(yùn)用效果明顯，如圖1所示。

綜上所述，利用TPDS實(shí)現(xiàn)客車狀態(tài)監(jiān)測在技術(shù)上是可行的。

2 TPDS客車運(yùn)用存在的問題

以上分析表明，既有TPDS應(yīng)用于客車監(jiān)測定性上是可行的，但仍然存在以下問題亟待解決。

2.1 測試平臺問題

當(dāng)前TPDS測試平臺由22根混凝土軌枕組成框架式軌道測試平臺以降低線路因素引起的輪軌力變動。為有效區(qū)分同一轉(zhuǎn)向架的不同車軸，每個測試區(qū)長度設(shè)定為1.6 m，共為3個測區(qū)，有效測試區(qū)長度4.8 m，為實(shí)現(xiàn)貨車蛇行失穩(wěn)的半波檢測，測試區(qū)內(nèi)軌枕間距為760 mm與標(biāo)準(zhǔn)的600 mm軌枕間距不同。

現(xiàn)有TPDS有效測試區(qū)長度4.8 m，只能適應(yīng)貨車蛇行失穩(wěn)半波長檢測，由于客車車輛定距和轉(zhuǎn)向架軸距較貨車長，蛇行失穩(wěn)波長較貨車長，有效測試區(qū)長度須擴(kuò)展至6 m才能適應(yīng)客車蛇行失穩(wěn)的需求；并隨著運(yùn)輸密度的增加，正線采用大型養(yǎng)路機(jī)械進(jìn)行作業(yè)，由于TPDS測試區(qū)內(nèi)軌枕間距不標(biāo)準(zhǔn)，作業(yè)較為困難，存在平臺失修的情況，導(dǎo)致設(shè)備監(jiān)測精度下降，亟待解決。綜上所述，既有TPDS要在客車上完整應(yīng)用，需要對既有TPDS的探測平臺進(jìn)行技術(shù)升級，主要內(nèi)容有兩點(diǎn)，其一，有效測試區(qū)長度須延長至6 m；其二，測試區(qū)軌枕間距須從現(xiàn)有的760 mm調(diào)整至600 mm。圖2為TPDS探測平臺升級方案，軌枕間距600 mm，5個測試區(qū)總長6 m。

2.2 評判模型問題

既有TPDS踏面損傷模型建立在幾億輪次貨車車輪監(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》的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，制定報警標(biāo)準(zhǔn)。既有TPDS貨車踏面損傷報警分成三級，一級報警（沖擊當(dāng)量≥23）、二級報警（23＞沖擊當(dāng)量≥21）、三級報警（21＞沖擊當(dāng)量≥19）。

由于客車和貨車在輪重、運(yùn)行速度、車輛結(jié)構(gòu)、維修標(biāo)準(zhǔn)等方面存在顯著差異，要想把TPDS更好地運(yùn)用于客車監(jiān)測，需要在大量的客車車輪監(jiān)測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)客車踏面損傷報警模型，并根據(jù)《鐵路客車運(yùn)行維修規(guī)程》及客車運(yùn)用需求，制定相應(yīng)的報警標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 電磁兼容性能

既有TPDS是針對貨車運(yùn)用開發(fā)的，其電磁兼容性能還不能完全適應(yīng)客車的需求。如表1所示，既有TPDS在武漢鐵路局的應(yīng)用也存在一定的誤報，以下對武漢鐵路局客車TPDS踏面損傷誤報樣本進(jìn)行了統(tǒng)計。

表3是能匹配車次的誤報樣本按供電方式不同的統(tǒng)計結(jié)果，表4是武漢鐵路局客車供電方式比例，可以看出，當(dāng)前貨車TPDS用于客車踏面損傷誤報與車輛的供電方式密切相關(guān)，約占總輛數(shù)41%的裝用DC 600 V客車導(dǎo)致了80%左右的TPDS踏面損傷誤報，其原因是既有TPDS監(jiān)測設(shè)備針對貨車研發(fā)，其電磁兼容性不足，對客車踏面損傷的監(jiān)測會受到客車車載設(shè)備電磁干擾，DC 600 V由于有逆變器等因素，對地面監(jiān)測設(shè)備的電磁干擾明顯比AC 380 V嚴(yán)重。

另外北京鐵路局廊坊TPDS探測站監(jiān)測客車分軸錯誤也可以說明同樣問題。表5是廊坊TPDS探測站，由于電磁干擾導(dǎo)致客車計軸錯誤，進(jìn)而導(dǎo)致全列監(jiān)測信息錯誤并廢棄的情況統(tǒng)計，可以看到當(dāng)前客車監(jiān)測丟失率約為6%～8%。可見要想把TPDS更好地運(yùn)用于客車監(jiān)測，需要有效增強(qiáng)現(xiàn)有設(shè)備的抗電磁干擾能力。

2.4 運(yùn)用軟件問題

目前，我國鐵路貨車和客車的運(yùn)用管理機(jī)制不同。貨車是無配屬的，貨車日常運(yùn)用中存在的問題歸發(fā)生地所在鐵路局運(yùn)用車間負(fù)責(zé)；而客車實(shí)行的是配屬管理，客車日常檢修運(yùn)用歸配屬鐵路局車輛段的運(yùn)用車間負(fù)責(zé)。因此，TPDS系統(tǒng)在客車、貨車運(yùn)用管理中存在用戶群不同、管轄范圍不同等情況，需要根據(jù)客車運(yùn)用管理的要求，研發(fā)針對TPDS客車運(yùn)用管理的應(yīng)用軟件，并包含配屬車輛實(shí)時監(jiān)控、配屬列車監(jiān)測信息查詢、車輛報警匯總、報警車輛反饋、配屬車輛運(yùn)行追蹤等功能，構(gòu)成過程閉環(huán)管理。

2.5 覆蓋范圍問題

既有TPDS監(jiān)測設(shè)備是為貨車研發(fā)的，其設(shè)置原則是同方向間隔400～500 km，目前規(guī)劃建設(shè)的TPDS尚存在較大的缺口，對于客車踏面損傷監(jiān)測還存在空白，既有TPDS監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)大概覆蓋了70%的客車交路，要全面應(yīng)用，TPDS監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)亟待補(bǔ)強(qiáng)。

3 結(jié)論及建議

在既有貨車運(yùn)行狀態(tài)地面安全監(jiān)測系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，經(jīng)濟(jì)、有效地實(shí)現(xiàn)對客車的監(jiān)測是完全可行的，考慮到輪軌作用監(jiān)測方式的特點(diǎn)以及當(dāng)前輪對踏面損傷的實(shí)際情況，采用TPDS對客車進(jìn)行監(jiān)測為改善客車運(yùn)行安全性非常重要。

要更有效地將TPDS運(yùn)用于客車監(jiān)測，需要對TPDS實(shí)現(xiàn)設(shè)備及軟件升級，包括調(diào)整平臺結(jié)構(gòu)，使之適合大型養(yǎng)路機(jī)械作業(yè)，并覆蓋客車蛇行半波；應(yīng)用客車踏面損傷評判模型，從而實(shí)現(xiàn)TPDS對客貨車應(yīng)用兼容；提升探測站設(shè)備電磁兼容能力；完善TPDS客車運(yùn)用軟件。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行TPDS監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)強(qiáng)，完成對客車監(jiān)測的全覆蓋。

［1］ 馮毅杰，張格明.車輛運(yùn)行狀態(tài)地面安全監(jiān)測系統(tǒng)研究的新進(jìn)展［J］.中國鐵道科學(xué).2002，33（03）：138-142.

［2］ 趙長波，扈海軍，曾宇清，于衛(wèi)東.基于TPDS的貨物列車踏面損傷分析與控制［J］.中國鐵路.2011，（11）：52-56.

Passenger Train Tread Inspect Using TPDS

WANG Xinghua1，ZENG Yuqing2
（1 Transportation Bureau of China Railway，Beijing 100844，China；2 Locomotive＆Reseach Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China）

Basing on the application of truck performance detection system（TPDS）in Wuhan railway bureau，the practicability of using TPDS inspect passenger car tread was confirmed.According to the current problems，suggestions include the TPDS equipment＆software updating and monitoring network improvement were proposed.

passenger train；TPDS；tread damage

U279.2

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.05.22

1008－7842（2014）05－0083－04

*中國鐵路總公司科技研究開發(fā)項(xiàng)目（Z2013－J002）

2—）男，高級工程師（

2014－06－13）