機(jī)車車輛車輪監(jiān)測檢測設(shè)備淺析

◇中國鐵路西安局集團(tuán)有限公司西安機(jī)務(wù)段 蔣 博

中國鐵道科學(xué)研究院有限公司電子計(jì)算技術(shù)研究所 龔 利

中國鐵路武漢局集團(tuán)公司武昌南機(jī)務(wù)段 張衛(wèi)偉

針對目前存在的鐵路機(jī)車車輛車輪監(jiān)測與檢測設(shè)備現(xiàn)狀，從監(jiān)測檢測設(shè)備的原理、構(gòu)成方面，結(jié)合現(xiàn)場運(yùn)用實(shí)際，對各個系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析，以此來指導(dǎo)現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)，確保鐵路機(jī)車車輛運(yùn)用可靠，達(dá)到節(jié)支降耗、提高勞動效率的目的。

隨著科技水平的發(fā)展與提高，各種新興的監(jiān)測檢測手段的應(yīng)用，讓鐵路機(jī)車車輛車輪的運(yùn)行安全穩(wěn)定性有了顯著的提高，運(yùn)維方式逐步的從人防向物防、技防轉(zhuǎn)變。近年，運(yùn)用在機(jī)車車輛車輪監(jiān)測檢測上的新興技術(shù)設(shè)備有：5T系統(tǒng)、LY系統(tǒng)、LU系統(tǒng)、JK430系統(tǒng)等，但是各個系統(tǒng)的監(jiān)測檢測數(shù)據(jù)既有關(guān)聯(lián)性又相互獨(dú)立，無法形成共享，造成數(shù)據(jù)分析效率低下，無法更好的為運(yùn)輸生產(chǎn)服務(wù)。為此，本文將從各個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、探測原理上進(jìn)行深入的分析，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，找到各個系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)性特點(diǎn)。

1 各監(jiān)測檢測設(shè)備的組成

（1）5T探測系統(tǒng)。5T探測系統(tǒng)指的是：TADS、TFDS、THDS、TPDS、TCDS。其中THDS負(fù)責(zé)對運(yùn)行中鐵路車輛軸承的溫度變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；TPDS負(fù)責(zé)對鐵路車輛車輪踏面、運(yùn)行品質(zhì)、超偏載等進(jìn)行預(yù)警；TADS負(fù)責(zé)對鐵路車輛輪對軸承早期故障進(jìn)行聲學(xué)診斷；TFDS負(fù)責(zé)對運(yùn)行中的鐵路車輛各個部位進(jìn)行動態(tài)拍攝成像；TWDS負(fù)責(zé)對鐵路車輛車輪輪緣限度進(jìn)行預(yù)警。

（2）LY系統(tǒng)。LY系統(tǒng)是車輛輪對故障動態(tài)檢測系統(tǒng)，是輪對外形幾何尺寸、踏面擦傷及車輪深層次缺陷檢測設(shè)備。安裝在機(jī)車入庫線上，運(yùn)用“光截圖像測量技術(shù)”、“高精度位移檢測技術(shù)”和“超聲波陣列探傷技術(shù)”，在線動態(tài)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(nèi)部缺陷，由基本檢測單元、現(xiàn)場控制中心、遠(yuǎn)程傳輸通道和遠(yuǎn)程控制中心四個部分組成，如下圖所示。

（3）LU系統(tǒng)。LU系統(tǒng)是移動式輪輞輪輻探傷系統(tǒng)，安裝在運(yùn)用維修段檢修車間地溝內(nèi)，組合利用相控陣超聲探傷技術(shù)和常規(guī)超聲探傷技術(shù)，通過沿地溝導(dǎo)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(zhuǎn)輪單元、超聲探傷單元、機(jī)器人控制單元、耦合水供應(yīng)單元、地溝拖鏈系統(tǒng)、系統(tǒng)控制及處理單元、數(shù)據(jù)分析及聯(lián)網(wǎng)管理單元和樣板輪對試塊組成，如下圖所示。

（4）JK430系統(tǒng)。JK430系統(tǒng)是機(jī)車走行部監(jiān)測裝置，是專門為保證鐵路機(jī)車安全運(yùn)行而研制的在線車載動態(tài)監(jiān)測預(yù)警裝置；由車載監(jiān)測主機(jī)、數(shù)據(jù)采集復(fù)合傳感器、前置通信處理器、傳輸線纜、地面分析系統(tǒng)組成。可以監(jiān)測機(jī)車軸承故障、輪對踏面缺陷、牽引齒輪等。

2 各監(jiān)測檢測設(shè)備的探測原理

（1）5T系統(tǒng)。5T系統(tǒng)在機(jī)車檢測方面，主要使用TPDS模塊，對機(jī)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(jìn)行探測，同時(shí)也對機(jī)車車輪超偏載情況進(jìn)行監(jiān)測。該系統(tǒng)采用若干個壓力傳感器作為主要的檢測設(shè)備，安裝在軌枕上，組成綜合檢測區(qū)；基于連續(xù)測量的輪軌垂直力動態(tài)檢測機(jī)車車輪踏面損傷，以沖擊當(dāng)量和循環(huán)階次作為主要參數(shù)，表征車輪踏面損傷類型和損傷程度。

（2）LY系統(tǒng)。①外形尺寸檢測單元：采用“光截圖像測量技術(shù)”來實(shí)現(xiàn)對踏面磨耗、輪緣厚度、QR值、車輪直徑、輪對內(nèi)距的非接觸動態(tài)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(shù)測量車輪輪緣高度的變化，來定量測量輪軌接觸區(qū)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(shù)”，軌道兩側(cè)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(shí)現(xiàn)輪輞周向和徑向缺陷，輪緣頂點(diǎn)至根部徑向缺陷覆蓋掃查。

（3）LU系統(tǒng)。LU系統(tǒng)利用相控陣超聲探傷技術(shù)和常規(guī)超聲探傷技術(shù)，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(shù)量、類型、角度參數(shù)，機(jī)車LU系統(tǒng)能夠檢測各型機(jī)車帶箍輪輪輞及整體輪輪輞輪輻各類型缺陷。

（4）JK430系統(tǒng)。JK430系統(tǒng)是基于共振解調(diào)技術(shù)的機(jī)械故障診斷，由傳感器采樣被測設(shè)備的故障沖擊信號，通過共振解調(diào)技術(shù)提取機(jī)械故障特征頻譜，與預(yù)置的故障頻譜進(jìn)行比對，進(jìn)而判定機(jī)械故障類型。JK430系統(tǒng)主要診斷各周歷經(jīng)性故障和方位固定性故障。

3 各監(jiān)測檢測設(shè)備的探測優(yōu)缺點(diǎn)分析

（1）5T探測系統(tǒng)（TPDS模塊）：由于采用壓力傳感器，在實(shí)際使用過程中發(fā)現(xiàn)，5T探測系統(tǒng)的TPDS模塊能夠準(zhǔn)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(tǒng)還能夠準(zhǔn)確探測出車輪超偏載情況，間接反映機(jī)車同軸車輪輪徑差過大問題。

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

（3）LU系統(tǒng)。主要用于定期的機(jī)車車輛車輪深層次缺陷探查，同時(shí)也用于LY系統(tǒng)的車輪在線探傷單元車輪探傷報(bào)警情況的進(jìn)一步復(fù)核。該系統(tǒng)的探傷全程采用機(jī)械化的自動探傷，探傷的精度與準(zhǔn)確性高于LY系統(tǒng)的在線探傷單元，同時(shí)將原來人工車輪動輪超聲探傷進(jìn)行替代，探傷的準(zhǔn)確性與完整性完全優(yōu)于人工探傷，節(jié)省了人工引車作業(yè)、人工多次探傷等作業(yè)環(huán)節(jié)。

（4）JK430系統(tǒng)。JK430系統(tǒng)按照傳感器的安裝位置情況，能夠監(jiān)測機(jī)車軸箱軸承故障、牽引齒輪故障、輪對踏面故障、牽引電機(jī)軸承故障、驅(qū)動軸承故障。其中各軸承故障為直接監(jiān)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(jīng)性故障和方位固定性故障），JK430系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確的監(jiān)測出軸承外環(huán)故障、軸承內(nèi)環(huán)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(zhǔn)確的監(jiān)測，基本上靠作業(yè)者的業(yè)務(wù)水平及經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷；同時(shí)，JK430系統(tǒng)對于輪對踏面的故障診斷，能夠準(zhǔn)確做到定性判斷，可以監(jiān)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(zhǔn)確的判斷是何種缺陷，完全依靠作業(yè)者的業(yè)務(wù)水平及經(jīng)驗(yàn)；另外，JK430系統(tǒng)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(yán)重。

4 結(jié)語

本文對目前使用的機(jī)車車輛車輪監(jiān)測檢測系統(tǒng)，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，進(jìn)行了簡要的比對分析，得要如下結(jié)論。

（1）JK430系統(tǒng)的監(jiān)測功能最為全面，也最為準(zhǔn)確，但是對于數(shù)據(jù)結(jié)果的分析，對數(shù)據(jù)分析人員的業(yè)務(wù)能力要求較高，否則會造成無法準(zhǔn)確判斷故障原因及處所的情況。同時(shí)該設(shè)備目前僅在機(jī)車上裝用。

（2）5T系統(tǒng)TPDS模塊、LY系統(tǒng)的車輪在線探傷單元、JK430系統(tǒng)三者的探測的數(shù)據(jù)，可以相互作為補(bǔ)充，對于同時(shí)存在的報(bào)警，認(rèn)真對待，深入分析數(shù)據(jù)，查明報(bào)警原因，及時(shí)采取處理措施，防止故障擴(kuò)大化。

（3）LY系統(tǒng)的車輪在線探傷單元和LU系統(tǒng)，作為輪對深層次缺陷檢測裝置，可以使機(jī)車輪對的監(jiān)測做到趟趟監(jiān)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(bào)警的機(jī)車，須及時(shí)查明原因，采取必要的措施，防止故障發(fā)生。

（4）LY系統(tǒng)的外形尺寸檢測單元，使機(jī)車車輛的運(yùn)用更可靠，監(jiān)測更準(zhǔn)確。

（5）LY系統(tǒng)的踏面擦傷檢測單元，可以作為JK430裝置的補(bǔ)充，對于同時(shí)存在的報(bào)警，及時(shí)安排鏇修輪對，防止故障擴(kuò)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(shù)據(jù)進(jìn)行指導(dǎo)現(xiàn)場生產(chǎn)，需要大家在實(shí)踐中積極摸索，制定切實(shí)合理的限度數(shù)據(jù)，以此來指導(dǎo)生產(chǎn)。