輪對狀態動態檢測系統應用發展研究

鄒歡 劉齊

【摘要】列車能否安全運行主要通過車輪檢測等重要手段進行保證。本文介紹了國內外目前在役車輪狀態動態最新檢測系統，闡述了國內目前動態外形尺寸故障檢測系統以及動態踏面缺陷檢測系統的相關原理，具有一定參考借鑒價值。

【關鍵詞】輪對狀態；無損檢測；檢測系統；研究

在近年來列車運行速度不斷得到提升，隨之而來的是列車運輸的風險性增大，尤其在德國發生災難性高速列車事故后，各國開始對檢測車輪問題加以高度重視。鐵路近年來的發展朝向為高速方向以及重載方向，目前，機車車輪輪對于動態負載的承受能力越來越強。但列車的車輪部分仍容易出現各種問題，原因在于集中應力的情況非常容易出現在車輪的輪輞、踏面以及輪輻等部位，一旦發生這種狀況，車輪便會出現疲勞裂紋的現象，情況嚴重可導致車輪受到損壞，造成重大列車災難事故，不但對人員是一種致命的打擊，還可能帶來重大經濟損失。因此想要保證列車能夠安全行駛，首要目的是保障車輪的性能處于良好的狀態。

一、國內外輪對狀態動態檢測系統

（一）國外輪對踏面缺陷動態檢測技術

第一，電磁超聲測量法。在德國，最早由弗朗霍菲發明了電磁超聲測量的方式，該方式的原理主要是將電磁超聲探頭安放在軌道中，在列車經過的過程中，輪對表面會受到探頭超聲的表面波探測，而在對探頭進行激發之后便會對缺陷波信號進行接受，完成分析之后對踏面缺陷情況實施一次性獲取。目前各國利用電磁超聲波技術已經研制開發出具有成熟性和有效性的產品，能夠對輪對表面缺陷進行動態、自動的探傷分析，該系統為AUROPA，相關公司將該系統應用到ARGUS技術中進行集成開發。第二，振動加速度法。軌道上安置加速度傳感器，當列車經過該部分的軌道時會產生一定的沖擊加速度，傳感器對加速度的具體水平實施分析之后，從而對踏面擦傷的狀況進行判斷，如加速度高，則擦傷程度大，反之加速度低，則擦傷小。當前我國已經在部分地方采取此方式開展監測應用。在俄羅斯以及日本兩國采用加速度檢測法較為廣泛，這種方法的原理為振動學，通過輪重以及加速度傳感器對鋼軌受到沖擊時產生的不同振動信息進行識別、分析以及預報以此達到檢測車輪的目的。第三，渦流傳感器陣列。該方法主要在小車上安裝渦流傳感器陣列，列車行駛經過的時候，渦流傳感器對輪對的裂紋以及踏面剝離情況進行分析和檢測。傳感器陣列保持和輪對產生接觸，在小車出現推動過程中傳感器也被帶動前進，傳感器在完成一整個圓周長度的運動之后便復位。這種方法僅僅是國外的相關研究學者所提出的一種輪對檢測構思，尚未實施也尚未研制開發相關檢測原理的產品。

（二）國外輪對外形尺寸動態檢測技術

1.渦流法

此方式是利用渦流檢測變換器來對輪對踏面非接觸磨耗進行監測，最早出現在20世紀80年代的蘇聯。在進行測量時，無需限制行車的速度，具有高可靠性，其優點明顯，同時也存在缺陷，其應用范圍局限，僅適用于踏面磨耗的檢測。

2.超聲遙測法

其應用原理在于遙測傳感器組在車速運行低于5km/h時能夠測出各個特征表面和輪對之間的距離，對距離經過處理分析后便可得到相應的參數，如輪緣厚度、輪對直徑、垂直磨耗以及踏面磨耗等。該方法的缺點在于其檢測精度不高，難以還原輪對外形曲線的完整性。

3.接觸測量法

該方法又被稱為踏板法，主要原理在于采用對輪緣高度直接測量手機高度變化量來獲取輪對外形具有關鍵性的尺寸，國內目前對于該方法進行了大量研究和試驗，但這種方法具有一定的局限性，其只能檢測輪對踏面的磨耗。

（三）國內輪對狀態動態檢測系統

由成都主導科技公司與西南交通大學進行合作，對德國技術加以引進研制并開發出形影的故障動態檢測系統，作為國內現階段對于踏面缺陷所采用的檢測系統。此設備可被放于在機車車輛入庫線路，通過光截圖像測量和EMAT技術進行監測，進而掌握輪對外形、尺寸、輪對踏面等。這種方法普遍應用在各種類型的車輛檢測當中，包含動車、機車、地鐵等。

二、輪對外形尺寸故障檢測系統機理

車輛輪對參數測量方式通常為靜態、動態測量方式，靜態測量是指對靜止狀態時列車測量，例如在車輛檢修狀態。另一種是動態測量法，即鐵路車輛處于運行時，對其進行動態實時的測量。目前，對于車輪的外形輪廓、輪緣高度和厚度以及踏面線輪廓度的測量主要采用光截圖像測量技術，利用該技術達到動態且不具備接觸性的測量性質，該方法的原理在于投射線光源至車輪踏面部位，形成具備車輪踏面的尺寸、形狀等信息的光截曲線。可使用CCD攝像機收集曲線截圖，令光源入射的方向和線光源形成特殊夾角進行拍攝后即可獲取。車輪的實際外形尺寸通過曲線截圖與標準曲線的對比后便可得知。

三、結語

輪對在車輛的安全運行過程當中，是需要高度重視且具有重要作用的部件。優劣水平會對行車安全產生較大的影響，在輪對存在問題的情況下，則無法保證行車安全。當前國內在輪對監測技術的研究方面較為落后，為對這一現象進行彌補，可以將動態檢測輪對狀態裝置系統進行推廣使用，起到科學合理有效的檢測效果，對輪對的狀態進行有效性、動態性的跟蹤，以此控制和保證輪對的質量，有效減少車輛運行事故的發生。

參考文獻

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[2]趙峰，殷鴻鑫.輪對尺寸動態在線檢測系統現場運用與管理建議[J].哈爾濱鐵道科技，2017（04）：11～13，25.

作者簡介：鄒歡（1989—），男，湖北孝感人，大專，研究方向：軌道交通項目工作。