軌道安全狀態在線監測系統在地鐵中的應用

張明宏

（大連地鐵運營有限公司，遼寧大連 116000）

隨著城市地鐵高速發展，客流量日益加大，地鐵車輛對軌道的破壞作用加大，可以用于養護維修作業的列車間隔時間越來越短。為了保證軌道線路穩定、具有良好的作業狀態，必須加強對軌道的養護、修維，采用現代化軌道檢測系統提供的高精度數據指導維修作業。文章研究穩定性在線監測技術和穩定性檢測設備的開發。

1 檢測系統主要功能

（1）系統可以確保轉向架的運行穩定性，在構架安裝橫向加速度傳感器，實時檢測橫向加速度及其變化頻率和幅度，出現蛇形失穩時及時報警。

（2）車輛動力學方面，在轉向機及車體加裝加速度傳感器，在車體加裝光纖陀螺傳感器，構建懸掛參數在線辨識系統，實時檢測懸掛系統的彈簧、減振器健康狀況，實時監測列車運行姿態，為列車的運營安全和狀態修提供數據支撐。

（3）平穩性和舒適度方面，車體安裝三向加速度傳感器，對列車運行平穩性及舒適度進行評價，間接評價列車動力學性能。

（4）軌道長波及短波不平順時，對軸箱和構架加裝加速度傳感器，監測列車的軌道長波（軌向、高低）和短波（波磨），為軌道維護維修提供依據。

（5）系統具有控制功能，能夠預置或隨時更改檢測線路和起始位置，具有啟動、暫停、運行、復位功能，預留人工干預功能。

（6）系統具有定位功能，采用速度傳感器結合線路數據庫信息進行定位，提供速度及線路特征信息。

（7）系統具有數據回放與分析功能，通過數據回放分析缺陷進行標記，輸出相應報表。

（8）系統采用四相編碼器，可以實時對速度、運行方向進行監控。設備運行狀態由軟件進行監控，電壓相對初始值有較大變化時提示報警。

（9）軌道圖像采用動態圖像采集、狀態監控、里程數據同步、大數據量存儲。

（10）系統支持圖像回放功能，可以滿足人工對圖像的回放功能，通過看圖分析軌枕及道床裂紋等缺陷并進行標記，輸出相應報表。

（11）系統界面采用易操作的Windows風格，設計美觀合理、層次清楚、功能齊全，全中文操作，支持擴展英文界面。

（12）計算機軟件實現標準化，兼容性強，方便用戶操作。

2 檢測裝置工作條件

檢測裝置工作條件[1]如表1所示。

表1 檢測裝置工作條件

設備可以在地下、地面及高架線路上運行。現場使用環境溫度為-25～+40 ℃。停放庫內設有采暖設備。

3 系統組成

穩定性檢測技術主要包括參數在線辨識模型、參數與穩定性的關系模型、穩定性的自動識別模型；穩定性監測設備主要有感知傳感器的配置與安裝、監測設備的硬件系統、監測設備的軟件系統。

在線監測技術及設備開發系統[2]如圖1所示。

圖1 在線監測技術及設備開發系統

4 檢測裝置組成

4.1 硬件部分

軌道幾何在線檢測裝置的硬件由車底和車內兩部分設備組成，車底設備包括鋼軌幾何參數檢測模塊、車體加速檢測模塊、扣件智能識別檢測模塊和里程定位模塊，車內設備包括數據處理模塊、4G網絡數據發送模塊、定位接收模塊及其他模塊等。

檢測系統硬件結構如圖2所示。軌檢梁安裝位置[3]如圖3所示。

圖2 檢測系統硬件結構

圖3 軌檢梁安裝位置

（1）鋼軌幾何參數檢測模塊。

采用2D激光測量技術、國際通用的慣性基準原理等先進技術，對軌道幾何狀態進行檢測，保證測量參數的準確性和精度。

（2）車體加速檢測模塊。

采用進口加速度計，對車體橫向擺動和車體垂向振動進行檢測。

（3）扣件智能識別檢測模塊。

扣件智能識別檢測模塊能夠對軌道扣件部分進行高清成像檢測，記錄沿線所有高清數據，提供后期圖像分析、查看、故障保存及導出功能，通過一定的缺陷自動識別技術，為現場的數據分析提供幫助。

（4）里程定位模塊。

里程定位模塊主要用于檢測數據定位，檢測鋼軌幾何參數超限及扣件缺陷時，精確定位異常點位置。

（5）數據處理模塊。

數據處理模塊用于各模塊數據的采集、處理、存儲、數據融合等操作。

車內設備安裝如圖4所示。

圖4 車內設備安裝

（6）4G網絡數據發送模塊。

車載局域網采用1 000 M網絡交換機進行數據交互，協議采用國際通用的TCP/IP通信協議。使用3G/4G無線網絡將異常信息通過無線傳輸模塊（需配備無線傳輸模塊功能）發送至遠程終端。

無線模塊數據傳輸如圖5所示。

圖5 無線模塊數據傳輸

4.2 軟件系統

軟件系統采用界面簡單、操作方便的Windows風格，界面設計簡單、條理清晰、功能齊全。

（1）計算機系統。系統使用Windows操作系統。

（2）數據在線采集軟件。采用工控機的數據采集系統進行數據采集，顯示并存儲數據樣本原始波形。

（3）數據分析軟件。數據處理軟件主要用于后臺檢測數據分析，能夠實現檢測數據曲線回放、曲線的放大縮小、扣件高清圖像的分析及缺陷圖像的保存，可以生成檢測數據報表、Excel文件等。

（4）軌道幾何參數檢測效果如圖6所示。

圖6 軌道幾何參數檢測效果

5 檢測系統主要檢測參數

系統可以實現對軌距、高低、軌向、鋼軌沖擊、軸箱加速度、車體舒適度以及晃車等參數的動態在線監測。

系統主要參數[4]如表2所示。

表2 系統主要參數

6 結語

列車的狀態監測裝置主要包括走行系統、動力系統、乘載系統的安全監測。走行系統的安全等級最高，主要包括軌道、輪對、構架和懸掛系統，走行系統主要進行運動穩定性監測。運動蛇行失穩可能誘發高速列車脫軌等重大安全事故，實時、準確在線監測走行系統的運動穩定性是確保高速列車安全運行的關鍵技術。列車運行穩定性檢測技術、列車運行姿態、懸掛狀態參數監測技術和懸掛參數與穩定性的力學的有機融合，將新的穩定性監測技術植入監測儀器，形成監測設備，可以準確、可靠地實現列車在不同服役階段懸掛參數退變的走行系統穩定性監測。