一種接觸網作業車制動閘瓦溫度監測與報警系統

王文斌,馮 莉

(太原中車時代軌道工程機械有限公司，山西 太原 030027)

0 引言

近年來，我國鐵路建設得到了蓬勃發展，營運里程不斷增加，鐵路檢修工作日益繁重。接觸網作業車作為鐵路供電系統施工、維修的主要行車設備，為了保證其使用安全，鐵路部門采取了各種強化措施。車輛在長大坡道行車時，制動可靠性一直是困擾乘務員的一個問題，制動閘瓦作為制動系統的重要組成部分，其溫度狀態直接影響車輛的制動性能，從而影響行車安全。通過在車下輪對附近增加監測裝置，實現閘瓦及輪對區域的溫度監控，可以提醒司機在長大坡道帶閘操作或長時間制動時，避免出現車輪及閘瓦過熱，提高了行車及制動的安全性。

1 接觸網作業車制動閘瓦溫度監測與報警系統的組成及工作原理

接觸網作業車制動閘瓦溫度監測與報警系統主要由紅外測溫儀、信號采集模塊、顯示屏和電纜組成，如圖1所示。紅外測溫儀安裝在轉向架上，每個轉向架上配置4路測溫儀，整車共8路。Ⅰ端和Ⅱ端司機操作臺內各配置一套4路溫度采集模塊，可直接采集紅外測溫儀輸出的電流模擬信號，并通過通信網絡將溫度信號傳輸給顯示屏實時顯示。顯示屏通過安裝座固定于司機臺臺上，顯示集中直觀，便于司機觀察。

圖1 制動閘瓦溫度監測及報警系統組成

該溫度監測及報警系統的工作原理是：利用安裝在轉向架輪對制動閘瓦附近的紅外測溫儀實時監測制動閘瓦與車輪摩擦面側縫附近的溫度(間接反饋閘瓦溫度)；安裝在駕駛室內的溫度采集模塊采集測溫儀測量的溫度信號并實時顯示；當閘瓦實際溫度達到預設的過溫報警值時，該裝置輸出報警信號，顯示模塊提示相關報警信息。

2 制動閘瓦溫度監測及報警系統組成部件設計選型

2.1 測溫儀

接觸網作業車閘瓦標準報警溫度為300 ℃，溫度測量點為閘瓦與輪轂的結合面側縫。采用西安固泰測溫儀有限公司生產的C-350-0-B型紅外測溫儀，其外形及尺寸如圖2所示，基本參數如表1所示，電氣參數如表2所示，測量參數如表3所示。

圖2 C-350-0-B型紅外測溫儀

表1 C-350-0-B型紅外測溫儀基本參數

表2 C-350-0-B型紅外測溫儀電氣參數

表3 C-350-0-B型紅外測溫儀測量參數

紅外測溫儀是一種光電子測溫儀，它可以不接觸目標而通過測量目標發射的紅外輻射強度計算出物體的表面溫度。非接觸測溫是紅外測溫儀最大的優點，用戶可以方便地測量難以接近或移動目標的溫度。紅外測溫儀一般使用波長為0.8 μm～18 μm范圍內的紅外輻射能量。

圖3為C-350-0-B型紅外測溫儀的測量光路，可以看出，被測目標的尺寸和紅外測溫儀的光學特性決定了被測目標和測量頭之間的最大距離。為了避免測量誤差，被測目標應盡量充滿探測頭的視場。因此，應保持被測點始終小于被測物體或至少與被測目標相同尺寸。

圖3 C-350-0-B型紅外測溫儀的測量光路

另外，根據閘瓦的磨損情況，應當定期調整校準測溫儀的測溫點，使測量區域的圓心保持在閘瓦與車輪踏面的摩擦結合面側縫上。

車輪閘瓦附近的被測點為制動閘瓦和輪轂結合面的側部，不考慮磨損時，輪轂側面的最大寬度約為48.5 mm；考慮最大磨損量(27 mm)時，輪轂側面的最大寬度約為21.5 mm。根據最大磨損的情況進行估算，被測點到測溫儀安裝點的距離不宜超過300 mm。

2.2 溫度采集模塊及顯示屏

溫度采集模塊可直接采集紅外溫度探頭的電流模擬信號，每個溫度采集模塊有4路模擬信號輸入的數據采集接口，同時具有DC24 V電源輸出接口,為測溫儀提供DC24 V電源，并具有網絡通信功能。

顯示屏選用7英寸觸摸式液晶顯示屏，具有較強的抗電磁干擾能力，可實現溫度信號的實時顯示和超溫報警功能，同時還具有溫度記錄及報警記錄存儲功能。

兩套溫度采集模塊和顯示屏可聯機工作，Ⅰ端和Ⅱ端顯示屏均顯示8個采集點的溫度。顯示屏主界面如圖4所示。

圖4 顯示屏主界面

3 測溫儀的安裝

紅外測溫儀的安裝應盡量考慮測量點的可調整能力，便于在產品調試過程中根據實際情況來調整溫度測量點的最佳位置和角度。本測溫儀的安裝位置為車底接近制動閘瓦的轉向架側壁上，如圖5所示。紅外測溫儀安裝時主要由兩個M18×1的螺母夾固在安裝支架的安裝孔上。安裝與調整被測目標與測量頭時，必須確保光路無遮擋。

圖5 紅外測溫儀安裝位置

在安裝紅外測溫儀時，為了保證輔助安裝人員將測量頭對準測量部位，因此需要安裝校準器，校準器及校準方法如圖6所示。校準器的圓環表面自帶兩個紅點發射源，其中心位置即測溫儀測量區域中心。使用時，將校準器套裝在測溫儀探頭前端部位，校準器上自帶開關與電池盒，安裝時需要調整測溫儀位置，保證檢測區域應在校準器發出的兩個紅外紅色圓點中間。

圖6 校準器和校準方法示意圖

4 安裝注意事項

(1) 測溫儀安裝在車下，每日行車前應檢查測溫儀狀態，儀器的鏡頭必須保持清潔，避免因粘有灰塵、煙塵等污染物而導致測量誤差甚至損壞鏡頭，若鏡頭粘有灰塵，可用擦鏡紙/棉簽蘸無水酒精擦拭。

(2) 為了防止電磁方面的干擾，在安裝時應盡量使紅外測溫儀遠離電磁場源(比如電動機、馬達、大功率電纜等)，如有必要可加金屬套管。

(3) 閘瓦溫度監測裝置只是作為一種輔助設備，制動及行車應按相關規范執行。

(4) 安裝時，應充分考慮采用如雙螺母、螺紋膠等防脫防松措施。

5 結語

接觸網作業車制動閘瓦溫度監測與報警系統的應用，能夠使得乘務人員實時掌握車輪踏面溫度，通過閘瓦溫度及時調整操作，控制車輛運行，提高行車及制動的安全性。