淺談輪對在線檢測系統(tǒng)在城軌的應用

徐德健

（大連地鐵運營有限公司，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)計每萬公里平均磨耗最大值已經達到1.63，是正常值0.25的5倍多，輪緣磨耗的嚴重情況，而每萬公里平均磨耗值左側與右側最大相差也近5倍。

2 現(xiàn)象原因分析

產生該故障的原因是由于列車在正線運行，經過小曲線半徑區(qū)段時，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檢測輪緣的厚度造成輪緣嚴重偏磨，故輪緣的時時在線檢測非常必要。

3 輪對在線檢測系統(tǒng)的結構及其工作原理

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)管理計算機等部分組成。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、輪對內側距、不圓度等數(shù)據(jù)進行準確分析、整理的功能；

（2）能繪制出踏面完整的輪廓曲線，并能與鐵道部標準踏面(標準形、錐形、磨耗形踏面)進行比較功能；

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

（4）具有對同一轉向架及同車的車輪內側距在任選時間段內、任選走行公里數(shù)內變化情行進行分析、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數(shù)據(jù)(輪徑數(shù)據(jù)、車輪內側距、輪緣高度、輪緣寬度、QR值、不圓度等)進行分析的功能；

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

（7）系統(tǒng)具有對各項檢測數(shù)據(jù)進行存儲、統(tǒng)計、查詢功能，能對上述檢測數(shù)據(jù)、對比分析情況的相關圖形進行屏幕顯示，并可以按照不同的要求能提供檢測數(shù)據(jù)報表，繪制曲線圖，同時加以記錄、進行實時檢測結果的顯示、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、車輛基地網絡訪問接口等。

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，首先由車輪傳感器W1、W2進行一次速度，以確定車輪進入及離開探測區(qū)的時間，車輪通過探測區(qū)的實時速度由鋼軌內側激光位移傳感器經過邊緣識別計算而得，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，車輛運行通過，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，傳感器相對于軌的安裝位置是固定的，而車輛運行速度已知，通過幾何運算，即可分別計算輪緣高度和輪緣厚度。

3.2.3 車輪直徑測量

在鋼軌外側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，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，通過幾何運算可得車輪直徑。

3.2.4 車輪內側距的測量

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

3.3 車輪擦傷檢測單元

3.3.1 車輪擦傷檢測單元主要實現(xiàn)以下功能：

（1）輪對擦傷自動檢測；

（2）具有檢測結果存儲、查詢、統(tǒng)計、對比、打印功能，以及數(shù)據(jù)聯(lián)網管理功能。能將每測量點近兩次的數(shù)據(jù)與前10次的數(shù)據(jù)進行比較，及時發(fā)現(xiàn)輪對狀態(tài)的突變；

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

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

（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、車輛基地網絡訪問接口等。

3.3.2 技術原理

（1）利用振動沖擊信號分析技術獲取平輪特征信息；

（2）利用特征自相關分析技術進行故障識別及平輪定位；

（3）運用自適應動態(tài)數(shù)據(jù)修正技術進行數(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，內藏電荷放大器，并且運用了ICP技術，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)指標當中的“不圓度”不是同一個概念，因為：

（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。

3.5 車號識別系統(tǒng)

為了進一步提高列車管理水平，建立適應現(xiàn)代化運營模式的列車管理體系，對列車實行實時的動態(tài)追蹤管理，車號信息是管理系統(tǒng)最基本的信息源。我們所設計的車號識別系統(tǒng)，能在列車實際運行條件下，實時準確地識別出所有地鐵列車標準車號信息及其它輔助信息，有效、準確的對應使用，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)進行跟蹤、統(tǒng)計、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備和地面上安裝的各類設備造成干擾，確保列車的正常運行。

［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,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.