機車車輛車輪監測檢測設備淺析

◇中國鐵路西安局集團有限公司西安機務段 蔣 博

中國鐵道科學研究院有限公司電子計算技術研究所 龔 利

中國鐵路武漢局集團公司武昌南機務段 張衛偉

針對目前存在的鐵路機車車輛車輪監測與檢測設備現狀，從監測檢測設備的原理、構成方面，結合現場運用實際，對各個系統的優缺點進行分析，以此來指導現場實際生產，確保鐵路機車車輛運用可靠，達到節支降耗、提高勞動效率的目的。

隨著科技水平的發展與提高，各種新興的監測檢測手段的應用，讓鐵路機車車輛車輪的運行安全穩定性有了顯著的提高，運維方式逐步的從人防向物防、技防轉變。近年，運用在機車車輛車輪監測檢測上的新興技術設備有：5T系統、LY系統、LU系統、JK430系統等，但是各個系統的監測檢測數據既有關聯性又相互獨立，無法形成共享，造成數據分析效率低下，無法更好的為運輸生產服務。為此，本文將從各個系統的結構組成、探測原理上進行深入的分析，結合現場實際，找到各個系統的關聯性特點。

1 各監測檢測設備的組成

（1）5T探測系統。5T探測系統指的是：TADS、TFDS、THDS、TPDS、TCDS。其中THDS負責對運行中鐵路車輛軸承的溫度變化進行實時監控；TPDS負責對鐵路車輛車輪踏面、運行品質、超偏載等進行預警；TADS負責對鐵路車輛輪對軸承早期故障進行聲學診斷；TFDS負責對運行中的鐵路車輛各個部位進行動態拍攝成像；TWDS負責對鐵路車輛車輪輪緣限度進行預警。

（2）LY系統。LY系統是車輛輪對故障動態檢測系統，是輪對外形幾何尺寸、踏面擦傷及車輪深層次缺陷檢測設備。安裝在機車入庫線上，運用“光截圖像測量技術”、“高精度位移檢測技術”和“超聲波陣列探傷技術”，在線動態檢測車輪外形幾何尺寸、與鋼軌接觸部位踏面擦傷和車輪內部缺陷，由基本檢測單元、現場控制中心、遠程傳輸通道和遠程控制中心四個部分組成，如下圖所示。

（3）LU系統。LU系統是移動式輪輞輪輻探傷系統，安裝在運用維修段檢修車間地溝內，組合利用相控陣超聲探傷技術和常規超聲探傷技術，通過沿地溝導軌移動的檢測小車在線檢測輪對的輪輞輪輻缺陷；由檢測小車、頂轉輪單元、超聲探傷單元、機器人控制單元、耦合水供應單元、地溝拖鏈系統、系統控制及處理單元、數據分析及聯網管理單元和樣板輪對試塊組成，如下圖所示。

（4）JK430系統。JK430系統是機車走行部監測裝置，是專門為保證鐵路機車安全運行而研制的在線車載動態監測預警裝置；由車載監測主機、數據采集復合傳感器、前置通信處理器、傳輸線纜、地面分析系統組成。可以監測機車軸承故障、輪對踏面缺陷、牽引齒輪等。

2 各監測檢測設備的探測原理

（1）5T系統。5T系統在機車檢測方面，主要使用TPDS模塊，對機車踏面損傷問題包括車輪局部損傷（擦傷、剝離、碾堆、局部失圓等）和分布式損傷（車輪多邊形）進行探測，同時也對機車車輪超偏載情況進行監測。該系統采用若干個壓力傳感器作為主要的檢測設備，安裝在軌枕上，組成綜合檢測區；基于連續測量的輪軌垂直力動態檢測機車車輪踏面損傷，以沖擊當量和循環階次作為主要參數，表征車輪踏面損傷類型和損傷程度。

（2）LY系統。①外形尺寸檢測單元：采用“光截圖像測量技術”來實現對踏面磨耗、輪緣厚度、QR值、車輪直徑、輪對內距的非接觸動態檢測。②踏面擦傷檢測單元：采用“接觸測量法”，利用高精度位移傳感技術測量車輪輪緣高度的變化，來定量測量輪軌接觸區域的車輪擦傷和剝離。③車輪在線探傷單元：利用“超聲波陣列探傷技術”，軌道兩側分別布置雙排超聲波探頭陣列，該探頭陣列分別由大角度超聲波探頭和雙晶體直探頭組成，實現輪輞周向和徑向缺陷，輪緣頂點至根部徑向缺陷覆蓋掃查。

（3）LU系統。LU系統利用相控陣超聲探傷技術和常規超聲探傷技術，在輪對的踏面組合布局多個超聲直探頭、斜探頭和“V”型路徑相控陣探頭，通過配置探頭的數量、類型、角度參數，機車LU系統能夠檢測各型機車帶箍輪輪輞及整體輪輪輞輪輻各類型缺陷。

（4）JK430系統。JK430系統是基于共振解調技術的機械故障診斷，由傳感器采樣被測設備的故障沖擊信號，通過共振解調技術提取機械故障特征頻譜，與預置的故障頻譜進行比對，進而判定機械故障類型。JK430系統主要診斷各周歷經性故障和方位固定性故障。

3 各監測檢測設備的探測優缺點分析

（1）5T探測系統（TPDS模塊）：由于采用壓力傳感器，在實際使用過程中發現，5T探測系統的TPDS模塊能夠準確的檢測出車輪的不圓度問題、以及車輪的缺陷問題；其次，該系統還能夠準確探測出車輪超偏載情況，間接反映機車同軸車輪輪徑差過大問題。

（2）LY系統。①外形尺寸檢測單元：對機車車輛車輪的各基礎尺寸能夠進行準確的探測，從實際使用情況來看，探測誤差不大于0.5mm，對機車車輛的日常運用具有極大的指導意見，做到了機車車輛車輪定量檢測與分析。②踏面擦傷檢測單元：對機車車輛車輪的擦傷情況進行準確的探測，能夠準確測量輪對的擦傷深度和長度。③車輪在線探傷單元：對機車車輛車輪的內部深層次缺陷情況進行探索，提早發現故障隱患，采取措施，確保運行安全；終結了原來的定期人工車輪超聲探傷，每次入庫整備均進行探傷檢查，確保走行部運行安全。但是探傷的精度比LU探傷低。

（3）LU系統。主要用于定期的機車車輛車輪深層次缺陷探查，同時也用于LY系統的車輪在線探傷單元車輪探傷報警情況的進一步復核。該系統的探傷全程采用機械化的自動探傷，探傷的精度與準確性高于LY系統的在線探傷單元，同時將原來人工車輪動輪超聲探傷進行替代，探傷的準確性與完整性完全優于人工探傷，節省了人工引車作業、人工多次探傷等作業環節。

（4）JK430系統。JK430系統按照傳感器的安裝位置情況，能夠監測機車軸箱軸承故障、牽引齒輪故障、輪對踏面故障、牽引電機軸承故障、驅動軸承故障。其中各軸承故障為直接監測，牽引齒輪故障和輪對踏面故障為間接測量。由于各部故障的特性情況（各周歷經性故障和方位固定性故障），JK430系統能夠準確的監測出軸承外環故障、軸承內環故障、軸承滾子故障，但是對軸承保持架故障診斷由于故障特征頻譜不明顯，無法做到準確的監測，基本上靠作業者的業務水平及經驗進行判斷；同時，JK430系統對于輪對踏面的故障診斷，能夠準確做到定性判斷，可以監測出輪對踏面存在缺陷，但是無法判別是何種缺陷（比如：剝離、裂紋、擦傷、不圓等），要準確的判斷是何種缺陷，完全依靠作業者的業務水平及經驗；另外，JK430系統對于牽引齒輪的故障診斷，因傳動方式的不同受輪對踏面的故障信息干擾比較嚴重。

4 結語

本文對目前使用的機車車輛車輪監測檢測系統，結合現場實際，進行了簡要的比對分析，得要如下結論。

（1）JK430系統的監測功能最為全面，也最為準確，但是對于數據結果的分析，對數據分析人員的業務能力要求較高，否則會造成無法準確判斷故障原因及處所的情況。同時該設備目前僅在機車上裝用。

（2）5T系統TPDS模塊、LY系統的車輪在線探傷單元、JK430系統三者的探測的數據，可以相互作為補充，對于同時存在的報警，認真對待，深入分析數據，查明報警原因，及時采取處理措施，防止故障擴大化。

（3）LY系統的車輪在線探傷單元和LU系統，作為輪對深層次缺陷檢測裝置，可以使機車輪對的監測做到趟趟監測，擯棄原來的人工定期超聲掃查，可靠性更高。對于深層次缺陷報警的機車，須及時查明原因，采取必要的措施，防止故障發生。

（4）LY系統的外形尺寸檢測單元，使機車車輛的運用更可靠，監測更準確。

（5）LY系統的踏面擦傷檢測單元，可以作為JK430裝置的補充，對于同時存在的報警，及時安排鏇修輪對，防止故障擴大化。但是，對于擦傷的深度和長度目前還沒有明確的限度數據進行指導現場生產，需要大家在實踐中積極摸索，制定切實合理的限度數據，以此來指導生產。