机车车轮踏面动态监测系统的探索与应用.docx

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机车车轮踏面动态监测系统的探索与应用

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在铁路机务系统中，机车轮对既是机车自身重力荷载的承受设备，也是列车前进动力和制动效能所需轮轨摩擦力的承受设备。同时轮对也承受着巨大的组装过程中材料应力、制动过程中闸瓦与轮对摩擦造成的热应力以及通过曲线线路时的因离心运动造成的导向力、运行过程中轮对旋转造成的自身离心力等。

随着列车运行图的加密、运行速度的提升和牵引定数的增加，机车走行部尤其是轮对故障也在逐步增多，快速便捷地针对车轮踏面缺陷进行检测对铁路运输安全以及铁路牵引定数持续增长、列车运行速度逐步提高的实现具有尤为重要的意义。

一、技术及设备现状

截止目前，国内的车轮检测手段主要有静态检测和低速运行下的动态检测，而且动态检测技术已经在英国、德国、荷兰、中国等国家得到了广泛应用。

1、稳（静）态检测技术

稳（静）态检测技术从人工量具测量发端，早期发展为以红外测距为基础的电子检测，后期逐步发展为基于图形自动识别的检测手段。发展初期对轮径、轮缘、踏面的检测主要以轮径尺、轮缘尺等量具进行人工测量，耗时长、人工成本高且数据准确性因人而异。不过，其也具有量具携带方便、设备采购费用低廉等优势，在铁路机车轮对的检测修理中仍大量开展。

2、动态自动检测技术主要有：

（1）接触测量法

该方法除了仅能适应车速较低外，其测量方法决定其不足之处在于预先设定机车车轮的轮缘是正常状态的，会出现机车车轮轮缘有油污或磨损时，系统对踏面擦伤及不圆度的检测有较大的误差。

（2）电信号检测法

当机车轮对在快速旋转的情况下，轮对踏面如果有擦、咯等几何尺寸的缺陷，会造成轮对踏面同钢轨出现短时脱离的危害，车轮腾空-回落的迅速与否，与轮对踏面变形的程度直接相关。通过电流等电学信号的采集来计算车辆轮对与钢轨踏面的脱离时长，通过自由落体加速度的简算大致归算处轮对踏面擦、咋伤痕的严重程度。

（3)声音检测法

列车在运行时，铁轨间会出现有规则、均匀的声响;当轮对踏面出现擦、咯伤等几何尺寸缺陷时，会造成两个不规则接触面的声学信号异常。可根据声学信号的分析来推断轮对几何尺寸缺陷的产生部位和面积、深度。列车经过时，对上述两个声学信号进行比对分析，可从声音波形图中识别出不同波长反映出的轮对状况

（4）加速度检测法

加速度检测技术是依据振动学基本原理，利用轮重传感器以及加速度传感器等检测车轮踏面与钢轨面产生的不规则振动，并对震动信息进行解析，使其反馈出轮轨踏面关系，对于出现的限界值数据进行预警。

（5）影像检测法

近几年，影像检测技术发展迅猛，被广泛运用。于钢轨两侧安装高速影像记录设备来采集机车运行状态下的轮对踏面影像资料，后经由服务器对影响资料进行锐化、曝光调整等还原，再与标准轮缘的影像自动测量与比对，该检测法系统设备的构成有影像记录装置、闪光灯、机械装置、服务器等，可以实现对获取影像的分析并及时对超限损伤提供预警。

影像检测法的优点为数据采集精准，踏面缺陷反映直观。

3、动态检测技术及设备状况小结

测量方式

接触测量法

加速度检测法

光学测量法

图像检测法

检测范围

滚动圆区域

滚动圆区域

滚动圆区域

全踏面

检测结果

擦伤长度或深度

擦伤长度或深度

擦伤长度或深度

踏面缺陷面积

测量精确度

低速准确

较准确

准确

准确

适用车速

低速

高低速均可

中高速均可

中低速

技术难度

较高

高

较高

较高

造价

较低

较高

较高

较低

安装难易度

简单

较难

较简单

简单

环境因素影响

小

大

小

较大

踏面擦伤

定量检测

定性检测

非深度定量检测

定量检测

缺陷复核

波形+现场人工

波形+现场人工

波形+现场人工

图像复核

对比当前国内外各类擦伤检测技术，只有图像检测方式能够直观实现非滚动圆缺陷的检测。

二、车轮动态图像监测系统结构及组成

为满足在生产中对数据检测要求的提高，经前期对设备状态进行调研后，在原有设备条件下进行系统升级，机车车轮踏面缺陷动态图像监测系统由三部分组成，包括：现场控制中心、现场基本检测单元、远程主机和数据中心。

1、系统硬件结构图

现场检测单元主要包括是现场数据采集单元、触发单元、现场控制箱等，分别包括16个面阵相机、16个补光灯、16个车轮传感器及1台现场控制箱构成。

现场控制中心主要功能是现场设备控制（系统上电，开关罩之类），图像采集储存，数据共享，由系统控制箱、踏面检测主机等构成。

2、系统软件结构及布置

系统软件包含踏面缺陷检测软件、现场控制程序、数据报表程序、相机及网口驱动等。

3、轨边设备单元

线路轨旁设置有16个影像摄录综合模块实现对车轮接触面进行连续影像摄录，4张图片即可覆盖一个轮对的360°全部踏面。16个采集单元分成4组。当一个车轮经过检测区时，系统共采