浅谈神朔线机车轮对动态监测系统应用

浅谈神朔线机车轮对动态监测系统应用

黄宝亮

中国神华神朔铁路分公司机务段陕西神木719316

摘要：轮对作为机车走行部的关键部件，不仅承受着机车重量的垂向力，而且承受着机车输出牵引与制动的纵向力，对铁路安全运输和牵引动力方面起着至关重要的作用[1]。车轮磨耗超限、踏面擦伤剥离等故障直接影响着运行安全。轮对动态监测系统实现了对机车轮对动态检测。本文就目前神朔线机车轮对动态监测系统的组成、功用、原理进行阐述，并结合目前使用中存在的问题提出解决方案。

关键词：轮对；故障；动态监测系统

Abstract：thewheelasthelocomotiveofkeycomponents，featuresofverticalforcenotonlybearstheweightoflocomotive，andoutputunderthelocomotivetractionandbrakingforceofthelongitudinal，forrailwaytransportationsafetyandtractionplaysanimportantrolein.Thefailureofwheelabrasionlimitandtreadabrasioncandirectlyaffecttheoperationsafety.Thedynamicmonitoringsystemisrealizedbythedynamicmonitoringsystem.Thispaperexpoundsthecomposition，functionandprincipleofthedynamicmonitoringsystemofthelocomotivewheelofthegodsholine，andproposesthesolutionbasedontheexistingproblemsinthecurrentuse.

Keywords：wheelpair；Fault；Dynamicmonitoringsystem

1引言

随着神朔线年运量的不断提升，在重载、高密度条件下运行的机车轮对承受越来越大的动态负载，由于材料、工艺及疲劳应力等原因，在车轮踏面、轮辋、轮辐等区域容易产生疲劳裂损等故障，严重危害行车安全。因此，时常对机车轮对各项重要参数进行监测显得尤为必要。

利用机车检修修程定期检测是最常规的车轮检测方法，这种基于手工作业的探伤方式，作业效率低、探伤周期长、劳动强度大，易发生漏检，已经不能满足目前的生产需求。神朔线机车轮对动态监测系统能实现机车车轮外形尺寸自动检测、自动探伤功能，重点检测踏面以下轮辋部位的周向轮辋裂纹和径向裂纹，综合评价车轮健康状况，不仅为经济检修提供依据，更是为行车安全提供了重要保障。

2系统组成、功能及原理

机车轮对动态监测系统安装在机务段入库线检测棚线路上，由车轮外形尺寸检测和车轮探伤两个检测单元以及现场设备间和调度室（值班室）内的监测设备等组成。

机车经过检测棚时，安装在检测线路上的接近开关检测到机车进入检测区，接近开关触发车号识别系统工作，机车进线检测前读出机车的车型车号，根据车号建立对应数据库。同时，车轮外形尺寸检测单元防护罩自动打开，机车经过时利用光截图像测量技术进行各项外形尺寸测量。之后进入车轮探伤检测单元，当机车接近在特定的钢轨上安置探头阵列单元，传感器识别机车通过，经过传感器测定后耦合剂自动进行喷洒耦合，机车通过装置车轮压上探头阵列单元，探头工作并发射超声波进入数据采集，机车探伤装置自动开始探伤作业[2]。各检测单元数据预处理后传送至“设备间”，设备间数据库系统将各检测参数集中显示在软件终端上。

机车轮对动态监测系统可实现的功能有：

（1）轮对外形几何尺寸检测；（2）车轮轮箍径向缺陷检测；（3）轮辋周向和径向缺陷检测；（4）车号和端位自动识别；（5）单轮对检测（样板轮效验）；（6）通过速度检测、机车进线和离线判别；（7）检测结果分级显示和超限报警显示；（8）检测结果存储、数据备份、查询、下载、打印以及数据联网管理。

2.1车轮外形尺寸检测单元

1、车轮外形尺寸检测

车轮外形尺寸检测采用光截图像测量技术，装置主要由光学箱、车轮位置传感器、自动控制电气柜等组成。可实现车轮直径、轮缘高度和厚度、轮缘综合值（qR）、轮辋厚度、踏面磨耗和轮对内侧距的非接触动态检测。

工作原理：线光源沿轮心方向投射到车轮踏面部分，形成从轮缘到踏面的光截曲线，该光截曲线包括踏面外形尺寸信息，用与光入射方向成一定角度的CCD摄像机拍摄车轮外形光截曲线图像。经过图像实时采集、处理获得处理外形曲线，将检测的外形曲线和标准曲线比较后得到实际的车轮外形尺寸。

在实际测量中，车轮外形尺寸检测单元由相机对高精度激光轮廓多幅成像，再通过FPGA硬件对图像进行压缩处理，可实现多幅激光图像对比计算，精度更高、动态误差更小。

2、车轮外形尺寸指标

（1）踏面磨耗：±0.3mm；（2）轮缘厚度：±0.3mm；（3）轮缘垂直磨耗：±0.4mm；（4）车轮直径：±0.6mm；（5）轮对内距：±0.6mm。

2.2车轮探伤检测单元

1、车轮探伤检测

车轮探伤检测采用压电超声技术，可实现车轮内部径向和周向裂纹及缺陷检测，包括踏面剥离及剥离前期检测和踏面表面及近表面裂纹检测。通过精确车轮位置判断控制技术和高速信号采集技术及数字信号处理技术准确快速的采集超声数据，并传输至计算机直观显示。

工作原理：当车轮通过探头时，探头在车轮的踏面表面上激发出相向传播的两束超声表面波。车轮表面没有缺陷时，激发的表面声波束将沿着车轮表面及近表面内周向自行传播，从而形成对轮对表面及近表面的全覆盖检测；当车轮表面有缺陷时，在缺陷处，超声表面波的一部分将被放射，沿原路返回，被探头接收，形成缺陷波，另一部分超声表面波将透过缺陷沿车轮表面周向继续传播，绕行一周后回到探头，形成一次回波。通过分析始发波和一次回波之间的缺陷波信息，就能探测出车轮表面、近表面缺陷。

2、车轮探伤指标

（1）探伤范围

①轮辋部位径向裂纹；②距轮辋内侧面60mm至100mm区域内轮辋周向裂纹；③轮缘顶部至根部径向裂纹。

（2）探伤灵敏度

轮辋部位裂纹探伤灵敏度：①径向裂纹灵敏度为踏面下30mm处Φ3×100横孔；②周向裂纹灵敏度为滚动圆处踏面下20mm处，长轴40mm、短轴30mm的平底椭圆缺陷。

轮缘部位探伤灵敏度：轮缘顶部径向5mm深刻槽。

3存在问题及解决方案

通过轮对动态监测系统的运用效果来看，监测装置对机车轮对检修发挥着积极作用，提高了检修效率，通过车轮探伤数据的综合分析，可以提前做好镟轮、换轮计划，给检修管理也带来方便。然而，在系统的运用过程中也难免会遇到一些问题，主要表现在系统受被检测机车通过速度的影响较大、有时出现误报警情况、冬季耦合剂的使用等问题。

1受车速影响较大

系统对被检测机车通过速度有严格要求，经过检测区间的被检测机车

要求在3～8km/h之间的某一速度（最佳检测速度5km/h）匀速通过。为了保证系统的正常检测，不允许在检测区内大幅度调速或停车，更不允许撒沙。

由于检测棚后装置着洗车棚，机车乘务员需要在洗车棚前停车要道，因此常常会造成被检测机车在检测线上停车或速度大幅度变化，使得检测效果不佳，甚至有误报警现象。车速的控制由人为因素决定，因此将检测棚和洗车棚开放信号设置在检车棚进线传感器外方，避免检测过程中二次停车进行确认信号，并且要求机车乘务员操纵机车通过检测区时尽量保持匀速通过。实际证明，该应对措施有效的提高了检测准确率。

2单轮对检测（样板轮校验）

经过一段时间的使用后，数据报告会出现误报警承上升趋势，对此需要根据数据分析采用定期样板轮效验，从而确保系统检测的准确性。

使用上轮器将预先设有人工缺陷特制样板轮对（单轮对）搬运到检测轨道上，并使其按照检测方向通过检测线，以完成对系统的自检。

3冬季耦合剂的使用

耦合剂是用于排除探头与被检测物体之间的空气间隙[3]，以实现声能的传递。通常使用最经济实用的水作为耦合剂，但在位于陕北高原的神朔线，冬季极端低温可达-20℃。因此，冬季时耦合剂改为防冻耦合液，在环境温度为2℃以下时开始添加，防止耦合剂结冰失去耦合作用。

冬季应加强设备巡检，注意保持设备清洁，及时扫雪除冰，特别是轨边传感器（超声波探头）上的积雪和冰块。

4维护保养

1、日常保养

（1）设备使用者每日需按机车轮对动态检测系统检修维护标准进行设备检查，保证设备现场及传感器、设备外壳和设备间机柜的整洁。（2）设备管理者每半月需按机车轮对动态检测系统检修维护标准进行设备巡检，检查日检记录表。

2、定期检修

（1）样板轮校验周期：1个月。天窗点：8小时；（2）标定及小修周期：6个月。天窗点：16小时；（3）中修周期：3年。4个工作日；（4）大修周期；6年。7个工作日。

4、结语

随着现代科技的高速发展，应用在铁路上的“新技术、新设备”也层出不穷。在神朔线“一体两翼”的战略布局下，建设绿色、法治、高效、智慧化、可持续的物流大通道，始终坚持科技引领、创新驱动，推进构建智慧机务是大数据体系极其关建的部分。机车轮对动态监测系统的智能感应和数据分析，实现了机务段运输生产过程中的信息化和智能化，建立了有助于决策的综合数据支持，提高了安全运输生产的可控性。

参考文献：

[1]张博南.铁道机车车辆车轮在线超声波自动检测系统的研究[J].北京交通大学硕士论文，2013.

[2]李波.轮对状态动态检测装置在机务检测中的应用[J].装备制造技术，2013.

[3]董国强.轮对故障动态检测系统的使用与完善探讨[J].上海铁道科技，2011.