轮对在线检测装置在地铁车辆段中的应用

轮对在线检测装置在地铁车辆段中的应用

黄建

黄建

成都地铁运营有限公司四川成都610000

摘要：轮对在线检测装置越来越多的作为重要的工艺检修设备应用于地铁车辆段中，列车不停车就可实现轮对尺寸动态检测、车轮踏面缺陷动态检测、车号识别和车辆温度检测等功能，更好的保证列车运行安全和运行质量。

关键词：轮对；在线检测；地铁；车辆段；应用

轮对是地铁车辆的重要部件，其状态直接影响地铁运营安全，需要经常测量用来确定镟修作业。轮对在线检测系统主要通过轮对外形尺寸检测、车轮擦伤检测、视频图像擦伤检测，实现在线检测不同踏面形状车轮各相关部位的尺寸和踏面缺陷。

1系统组成及功能

轮对在线检测系统由基本检测单元、现场控制中心、远程传输通道和远程控制中心4个部分组成。

1.1基本检测单元

基本检测单元用来实现系统的检测功能。基本检测单元由车轮外形尺寸检测子系统、踏面擦伤检测子系统、踏面图像监视系统，以及辅助系统实现检测功能的车号识别系统、安防系统等其他单元。

外形尺寸检测子系统由LD线光源、CCD图像传感器、图像采集触发单元及车辆计数单元等组成，实现采集车轮外形尺寸的原始信息功能；擦伤检测子系统由平动机构、列车接近检测传感器、车体辨向计数传感器、信号调理箱及擦伤电气箱组成，用接触式检测方法，定量检测轮对滚动圆的不圆度和车轮圆周的擦伤缺陷；踏面图像监视系统由图像采集单元、触发单元、补光单元及配套电气主控箱、配电箱、工控机组成，实现对车轮踏面擦伤情况的检测。

1.2现场控制中心

现场控制中心一般位于基本检测单元旁边或者相邻轨道旁的设备间，实现基本检测单元的供电、控制、数据和图像采集、分析处理与存储，同时与远程控制中心进行通信。现场控制中心由配电箱、控制箱、通信箱、工控机和UPS等组成。

1.3远程传输通道

远程传输通道实现连接现场控制中心和远程控制中心，实现控制信号和检测数据的可靠传输。通道由数据线、视频线、控制线、电源线等组成。

1.4远程控制中心

远程控制中心是系统的控制中心、数据管理中心和监控中心。远程控制中心由控制台、控制机及其附属设备构成，一般位于DCC，在远程控制中心，可以设置系统参数，监控设备的运行情况和检测过程，查看、统计、分析、打印系统检测数据。

车轮踏面缺陷检测：当列车以5～70km/h速度运行通过时能准确的对整个车轮的踏面缺陷（剥离、擦伤）进行检测并对平轮故障进行报警。车号识别功能：能准确识别列车车号，满足轮对尺寸检测子系统、车轮踏面缺陷检测子系统、车辆轴温检测子系统对列车车号的信息需求，并对检测数据进行跟踪、统计、分析。车辆温度检测：能准确检测出列车车下的环境温度、电气箱温度、空压机（活塞式）温度、轴箱温度、齿轮箱温度、联轴节温度、牵引电机温度、车辆轴承温度，并对检测数据进行分析、整理、记录、显示、打印，在检测数据超限时进行声、光报警。受电弓在线检测：实现电弓关键特性参数的动态自动检测和车顶异物及关键部件状态的可视化观测。

2检测原理

2.1尺寸检测

利用“光截图像测量技术”，激光线源沿设定角度投射到车轮踏面，形成包含车轮外形尺寸信息的光截曲线，该光截曲线由高分辨率面阵CCD摄像机进行图像采集，为了确保尺寸检测的精度，设计了多个测点，采用同步拍摄多幅图片方式获得轮周多个点位的外形光截曲线图像。综合所有测点的数据进行数据处理，优选处理数据，对获取数据进行综合系统分析从而计算得到最准确的车轮外形尺寸参数。采用这种“多光束光截法”使尺寸检测系统具备检测精度高和数据重复性高的特性。

内距检测通过光截法的测量原理，利用布置在轨道两边的内侧CCD摄像机拍摄的光截曲线图像，找出两个车轮轮辋内侧基线，从而计算出轮对内距。

2.2擦伤检测

擦伤检测属于接触式测量，采用“高精度位移传感器技术”测量车轮轮缘高度的变化，采用自动校正算法、大数据综合分析、自动升降保护设计等关键技术，间接定量测量轮轨接触区域的车轮擦伤和剥离。

由于擦伤处圆周半径将变小，这就使得在车轮运行过程中，擦伤处的轮缘顶点位置相参照轨面低于正常的轮缘顶点位置。因此轮缘顶点的位置变化包含了车轮踏面的擦伤信息。圆度偏差（即不圆度）即为擦伤处轮缘顶点的相对位移h在整个圆周上的最大偏差。所以通过测得h沿圆周的分布情况，即可获取当前车轮的踏面擦伤值，

2.3踏面图像监视

当一个车轮经过检测区时，布置在轨边的16个采集单元连续采集轮对踏面图片，覆盖一个整圆周踏面。再根据闸瓦分布在转向架的位置，筛选踏面无遮挡的图片。在获取车轮踏面的实时图像后，系统对采集的图像数据进行预处理。为了实现数据的自动读取，利用相关算法对采集模块获取的图像进行智能识别。调取不合格图像判断算法模块，排除掉不符合本系统检测的图像。机器视觉系统进行智能识别，判断是否存在缺陷。对存在缺陷的轮对图像进行后处理，得到精确的缺陷信息。

3应用实例

3.1某轻轨线胡家园车辆段

某轻轨线车辆段于2003年在国内首次引进了多功能车轮轮缘踏面自动化动态检测和加工成套设备。该套设备作为不落轮镟床的前置工序，将中央计算机站、车轮数据库、自动化检测系统和不落轮镟床组成一个车轮检修系统，实现全程自动动态检测轮缘踏面几何形状和踏面缺损状态，使得检测一列4辆编组列车（32个车轮）的轮缘踏面技术状态仅需几分钟时间，检测精度由工程测量的0.5mm控制到0.2mm范围内。

3.2某地铁车辆段

此段地铁2000年开始车辆在线检测系统的研究，在2005年开发出“地铁1号线车辆在线安全检测系统”。该系统在10～80km/h的行驶速度中，能自动判别列车运行方向、识别列车车号、测速和计辆计轴，系统利用现有地铁内部电话线路和网络线路，最大限度地实现数据资源共享，公司内部授权用户能方便地浏览和下载系统数据。

4轮对在线检测装置工艺设计

轮对在线检测装置的工艺设计应注意以下几点：轮对在线检测棚宜设在车辆段入段咽喉区的直线段处主要由检测棚和现场设备间组成。检测设备布置在检测棚内，线路平直，无轨道接头，并采用整体道床，长度满足设备安装要求；检测棚需考虑避雷及接地。现场设备间设在基本检测单元旁，由空压机间和设备间组成，设备间内布置现场控制系统、数据采集处理系统，需安装活动防静电地板，并考虑机械通风；现场设备间到设备远程控制室预埋6芯单模光缆，控制室设在DCC（车辆段控制中心）内，包括操作控制台、数据库、数据综合分析及管理软件、数据及信号传输系统等。

5系统与其他专业接口

①为了充分发挥系统的在线检测功能应在车辆段出入段咽喉区的直线段处设置基本检测单元。

②检测单元区域要求20m整体道床，两端均设10m整体碎石道床过渡段，线路要求平直，整体轨道无接头。

③现场控制中心宜设置在基本检测单元旁，如受到现场土建条件制约，应提前考虑过轨线缆预埋。现场控制中心需要铺设防静电地板，并考虑安装通风装置。

④远程传输通道光缆应随通信施工作业，提前做好预埋。

6结语

轮对在线检测装置建成应用的尚属少数，因其检测精度高、数据分析准确、维修方便，提高了列车运用检修效率，更好的保证列车运行质量和安全性，已成为车辆段车辆检修中的重要工艺设备，今后会越来越多的应用于车辆轮对检修中。

参考文献

[1]劳建江.广州地铁1号线车辆在线安全检测系统[J].都市快轨交通，2008，21（04）：71-73.