地鐵高效綜合檢測車方案設計

時洪光，趙俊杰，段 曉，劉 華，于 飛

（中車山東機車車輛有限公司 機電裝備研究所，1 高級工程師，2、5 工程師3、4 正高級工程師 山東 濟南 250000 ）

0 引言

近年我國軌道交通產業迅猛發展，隨著地鐵軌道交通運營速度提高、建設里程增加,線路日趨繁忙，線路檢修壓力也日益增大。傳統人工作業已無法滿足實際工作需要，軌道在動力作用下產生各種軌道不平順和表面磨耗及缺陷。此問題向上引起軌道車輛平穩性和舒適度的變化，甚至造成脫軌、傾覆等惡性事件；向下引發軌道扣件松動、軌下基礎設施破壞等結果［1］；同時車輛的振動、建筑固件的松動、熱脹冷縮都會導致建筑物變形，設備限界必須進行經常性測試，以便發現安全隱患，及時整修。因此，軌道檢測系統及限界檢測系統是各種軌道交通系統所必需的設備。綜合檢測車是軌道檢測及限界檢測設備的主要載體，它是檢查軌道及限界病害，指導維護保障行車安全的大型動態監測設備，也是實現軌道科學管理的重要手段。

1 整車特點

本文介紹的綜合檢測車是中車山東機車車輛有限公司根據佛山地鐵二號線線路及氣候特點研制的，主要由車體、車鉤/緩沖系統、走行系統、制動系統、空調系統、電氣及控制系統（輔助電源、照明）、司機室、軌道檢測及限界檢測系統等部分組成。該檢測車無牽引動力，作業時可與蓄電池牽引機車重聯編組。主副司機室、會議室、檢測工作間均配有空調和獨立的操作控制盒，能分別控制通風、制冷或供熱，節能環保。整車采用840 mm 整體碾鋼輪對，磨耗型踏面。車輛構造速度120 km/h，車輛在5 km/h～80 km/h范圍之間運行時相關檢測設備可正常使用。曲線外軌最大超高120 mm 時能安全運行。符合GB146.1-83標準軌距鐵路機車車輛限界和《地鐵設計規范》GB50157-2013 附錄C 中B2 型車限界要求。具有空氣制動和停放制動功能。

2 車體

地鐵高效綜合檢測車車體鋼結構采用整體承載式結構，具有足夠的強度和剛度［2］。運用模塊化設計方法將車體分為主司機室、檢測室、會議室、動力間、副司機室五部分。車體蒙皮采用兩次張拉成型工藝保證平面度。

2.1 司機室檢測車車輛設置主副司機室,主司機室內設置一個主司機操作臺,用于實現牽引動力機車后向運行、制動等控制。操縱臺布置包括牽引車狀態顯示屏、方向/速度控制手柄、制動閥、緊急制動按鈕、制動及緩解按鈕以及保證牽引車正常運行的各種監視儀表、指示燈、報警顯示裝置和開關按鈕等。副司機室內設有副司機室操作臺,主要用于作業時瞭望及存放工具。車輛司機室與牽引機車的通話通過連接線實現有線通話；司機室前擋風玻璃窗安裝噴水式雙速電動刮雨器，司機室內布置滿足GB/T 6769-2016 機車司機室布置規則和GB6770-2000機車司機室特殊安全規則要求。

2.2 檢測室及會議室檢測室作為綜合檢測車的大腦負責分析處理數據，以設備空間最小化為布置原則充分保證人員的的活動空間，內部安裝有限界檢測機柜、軌道檢測機柜、工作臺、顯示器及工作椅，限界檢測系統及軌道檢測系統裝置分別安裝在兩個機柜內，機柜靠近主司機室隔墻設有檢修門方便維護。會議室內設有液晶電視、會議桌、工作座椅，可滿足8 人會議需求。液晶電視與檢測系統相連，可實時顯示檢測數據。會議室頂棚設有活動天窗及折疊爬梯，可方便登頂檢修。

2.3 動力間檢測車配置進口柴油發電機組為車輛軌檢系統、限界檢測、空調系統、照明及其它用電設備提供AC380 V/AC220 V、50 Hz 交流工作電源，考慮到整車運行安全及發電機組對檢測系統精度的影響，將發電機組內置。動力間兩側設有可拆卸百葉窗保證機組散熱，為降低噪音及振動發電機組安裝座設有減震橡膠墊，動力間內部墻壁填充吸音海綿，動力間與會議室和副司機室之間設有雙層真空玻璃的密封門。

3 轉向架

該轉向架已成熟運用到深圳地鐵和重慶地鐵等地鐵公司，采用整體焊接結構H 形構架,設計壽命30年。采用二系懸掛系統保證車輛運行的平穩性及舒適性，一系懸掛系統采用錐形橡膠彈簧，提供一系縱向和橫向定位剛度，二系懸掛系統主要由二系橡膠堆、橫向油壓減振器、橫向彈性止擋、二系垂向止擋、防脫索組成等組成，保證車輛直線運行和曲線通過性能要求。

4 制動系統

地鐵高效綜合檢測車制動系統由120 型空氣制動機,IPR-6型停放制動控制單元組成。車輛的空氣制動考慮與牽引動力車及其它工程機車的重聯功能，滿足與動力機車聯掛后在車輛駕駛室的操作中實施對動力機車的減壓制動、自動制動、緊急制動等功能。平直道上，速度80 km/h 進行緊急制動時，緊急制動減速度不小于1.0 m/s2,每個車輪均設有獨立作用式單元制動器（帶閘瓦間隙自動調節器）。車輛具有停車制動功能，保證車輛停在40‰坡道上而不下滑。

5 電器及控制系統

地鐵高效綜合檢測車采用與佛山地鐵二號線蓄電池牽引車一致的操作控制臺及微機控制系統，通過該微機控制系統應能對與之編組的蓄電池牽引車進行操作。微機控制系統控制蓄電池牽引動力機車的通電、斷電；機車、車輛的前進、后退；機車加載、減載等，以及實現對牽引車運行狀態的監視、警告、卸載、停機的分級保護等功能。充分考慮牽引動力車和該車輛的重聯功能，包括空氣制動、停放制動等功能均能夠與蓄電池牽引車實現連接控制。

車內電氣系統分為直流及交流兩部分，直流系統由蓄電池（含車上充電裝置）、控制及儀表、保護、照明等組成。直流電源為24 V，可通過本車所配置的蓄電池組提供，供檢測車上前后標志燈、雨刮器、前照燈、電風扇、頂棚燈、直流控制系統等使用。在車下設蓄電池組充電插座，以通過外電源對蓄電池充電。蓄電池箱懸掛于車下，與車架采用螺栓連接。蓄電池箱外設有二次防護裝置，防止蓄電池箱意外開啟對線路設備造成損壞。

交流系統由空調、交流用電設備（含檢測裝置）及UPS電源等組成，由柴油發電機組供給主電源，也可通過車輛交流輸入插座為檢測車用電設備提供電源。主電源線路、照明線路、控制線路等按功能分別排布，方便維修。軌道檢測系統的電線路預留30%的冗余，便于功能擴充時增設線路。

6 軌道檢測系統

地鐵高效綜合檢測車的軌道檢測系統包括軌道幾何檢測系統、全斷面鋼軌輪廓檢測系統、定位系統等。其硬件設備主要由車內設備及車底設備組成。其結構如圖1所示：

圖1 檢測系統硬件結構圖

軌道幾何檢測系統依靠2D激光傳感器、加速度傳感器、傾角儀、陀螺儀等各類進口傳感器，除完成軌距、軌道水平、軌向等軌道不平順的檢測外，還負責建立軌道檢測慣性基準，用于軌道幾何參數修正。隨后通過數據采集軟件、數據處理軟件以及報表分析軟件對采集的數據進行實時分析處理。

全斷面鋼軌輪廓檢測系統采用線結構光視覺技術進行鋼軌廓形全斷面動態測量，裝置組成如系統結構拓撲圖（圖2）所示［3］。

圖2 系統結構拓撲圖

全斷面鋼軌輪廓檢測系統能實現軌廓全斷面、磨耗高精度實時動態檢測。在分析軟件中，可自動建立標準鋼軌輪廓，同時將每個采集的輪廓與標準輪廓進行重疊對比分析，并輸出垂向和水平磨耗結果。車上監視系統能取得以下信息：實際檢測采集的鋼軌輪廓與參考輪廓對比；對鋼軌垂磨和側磨分別進行分析；全部檢測結果能進行數據回放，但數據不能更改；全斷面測量時可同時顯示軌底坡。可完成各項參數實時檢測處理，方便用戶設定檢測起始點。采用四相編碼器，可實時對速度，運行方向進行監控。

7 限界檢測系統

限界檢測系統主要分為三大部分：限界檢測采集設備、振動偏移補償系統和數據融合處理系統，系統拓撲圖見圖3。多組面陣相機組成限界采集設備，利用工業以太網，將圖像信號從車底傳輸到車內的處理主機，基于圖像濾波、去噪及特征提取算法，測量拍攝線路上物體距離相機的水平距離和垂直距離；振動偏移補償系統用于測量車體相對于軌平面的傾角和左右偏移距離，通過現場總線將所測傾角及偏移值傳送到處理主機；融合處理系統接收限界檢測采集設備、偏移補償系統所測量的數據，進行數據處理分析，實現實時在線檢測功能，并最終進行顯示、存儲以及打印報表等功能。

圖3 系統拓撲圖

8 總結

隨著我國軌道交通產業的發展對實時、高效、高精度作業的需求也日趨增大。綜合檢測車是順應時代發展的產品，該型綜合檢測車融合了客車車體加工技術，運用模塊化設計理念，為用戶提供多種檢測功能模塊。根據用戶需求整車按功能布局，實現了軌道檢測和限界檢測功能。