TPDS对客车踏面损伤监测应用分析*

王兴华，曾宇清

（1 中国铁路总公司 运输局，北京100844；2 中国铁道科学研究院 机车车辆研究所，北京100081）

TPDS对客车踏面损伤监测应用分析*

王兴华1，曾宇清2

（1 中国铁路总公司 运输局，北京100844；2 中国铁道科学研究院 机车车辆研究所，北京100081）

结合车辆运行品质轨边动态监测系统（TPDS）在武汉铁路局客车踏面损伤监测方面的应用，分析了TPDS客车运用的可行性，深入探讨了TPDS客车运用存在的问题，并提出了TPDS运用于客车监测，需要对TPDS实现设备及软件升级及监测网络完善等建议。

客车；TPDS；踏面损伤

踏面损伤带来的轮轨间大的冲击力，是轨道车辆结构故障的主要外因，轴承部件伤损、转向架零部件断裂等一般都与踏面损伤密切相关，如轴箱弹簧断裂、轴承保持架裂损、转向架侧梁开裂等。在各类踏面损伤中擦伤、剥离、局部凹入、碾堆等显性损伤可由人工测得，然而失圆、动不平衡等隐性轮对损伤人工测量很困难，并且这类隐性踏面损伤导致的冲击幅值随客车速度增加明显增加，在客车踏面损伤中占有较大比例，所以基于轮轨力测量的踏面损伤监测，对客车而言不仅是传统检查手段的必要补充，而且从故障探测范围、损伤评估方面更为科学，是客车踏面损伤监测的方向。

车辆的动力学性能、踏面状态以及载荷分布对列车运行安全至关重要。在基本建成的5T系统中，车辆运行品质轨边动态监测系统［1］（TPDS）利用设在轨道上的测试平台，对通过车辆的轮轨垂直力、横向力进行连续检测和分析，在实现运行状态不良货车识别，同时具有车轮踏面损伤及超偏载检测功能。TPDS系统在货车踏面损伤功能应用方面取得了显著的成效［2］，货车踏面损伤报警比例持续减低，2013年与2008年相比，货车踏面损伤报警率下降了80%以上，相关大部件裂纹类故障明显减少，如摇枕和侧架裂纹类等典型故障，同期下降90%，有力保障了货车的安全运行。

目前，TPDS在全铁路已安装130套，全铁路联网运用86套，年监测客车量约2 500万辆次，监测覆盖范围较广，进行客车运用的基础较好。由于以前客车没有电子标签，TPDS的监测结果无法自动归类，监测结果无法根据车号与方位准确定位到轮位，因此TPDS踏面损伤功能在客车方面应用一直处于探索阶段。随着客车加装车号工作的推进，该问题将在2014年全面解决。这样，明确运用可行性的关键就是明确现有TPDS对客车监测的能力、效果问题。

1 TPDS在武汉铁路局客车运用的分析

武汉铁路局从2008年起，对TPDS踏面损伤报警功能在客车上的应用做了大量的探索工作，在配属的154辆餐车上加装电子标签，武昌车辆段设专人从原铁道部级TPDS系统下载武汉铁路局客车通过全铁路TPDS探测站的监测结果，人工梳理、汇总踏面损伤报警信息给武昌、汉口、信阳、襄阳、宜昌等5个客车运用所，对报警客车车轮进行复核、追踪、维修，并反馈处理信息。

2012年武汉铁路局全年复核案例4 174例，剔除小于TPDS报警值（冲击当量大于等于19）及未入库复核等情况后，有效样本共3 117例，预报故障与复核故障位数不匹配或复核无踏面损伤故障共计713例均计入未兑现样本，这样，复核有TPDS踏面损伤的轮对2 404例，从踏面损伤定性角度来看，保守估计的兑现率为77.12%（见表1）。检出的踏面损伤故障包括剥离、失圆、擦伤、空洞，从表1可以看到失圆这类不易被人工检出的隐性轮对损伤具有较大比例。

表2对比了2010～2012年武汉铁路局与全铁路客车踏面损伤报警情况，由于不同车次运用工况及车辆配置差别较大，对客车踏面损伤分布有明显影响，故此，按直达车、特快车、快车、普通客车等分类进行。

从表2可以看到，直达列车TPDS报警比例总体较低，说明直达列车踏面状况良好，但近年来全路直达列车报警比例有所上升；同期，武汉铁路局直达列车报警比例低于全铁路平均水平、且稳中有降。

特快列车TPDS报警比例高于直达列车，近年全铁路特快列车报警比例稳中有降，2012年按辆统计为1%；同期，武汉铁路局特快列车报警比例低于全铁路平均水平、且稳中有降，2012年按辆统计只有0.31%。

普通快车踏面损伤TPDS报警比例是分类统计中最高的，近年全铁路普通快车报警比例稳中有降，2012年按辆统计为4.42%；同期，武汉铁路局普通快车报警比例由2010年高于全路平均水平（5.87%）的7.36%，降到2012年的2.02%，明显低于全铁路平均水平4.42%。降幅72.55%，效果明显。

普通客车TPDS报警比例在分类统计中仅少于普通快车，近年全铁路普通客车报警比例总体稳中有降，2012年按辆统计为2.8%；同期，武汉铁路局普通客车报警比例在2011年高于全铁路平均水平（2.62%）为3.57%，2012年按辆统计为1.13%，低于2.80%的全铁路平均水平。

综合统计旅客列车踏面损伤TPDS报警比例，2010～2012年全铁路客车报警比例由4.21%降到3.42%，降幅为18.76%；同期，武汉铁路局由4.21%降到1.75%，下降幅度达58.43%，运用效果明显，如图1所示。

综上所述，利用TPDS实现客车状态监测在技术上是可行的。

2 TPDS客车运用存在的问题

以上分析表明，既有TPDS应用于客车监测定性上是可行的，但仍然存在以下问题亟待解决。

2.1 测试平台问题

当前TPDS测试平台由22根混凝土轨枕组成框架式轨道测试平台以降低线路因素引起的轮轨力变动。为有效区分同一转向架的不同车轴，每个测试区长度设定为1.6 m，共为3个测区，有效测试区长度4.8 m，为实现货车蛇行失稳的半波检测，测试区内轨枕间距为760 mm与标准的600 mm轨枕间距不同。

现有TPDS有效测试区长度4.8 m，只能适应货车蛇行失稳半波长检测，由于客车车辆定距和转向架轴距较货车长，蛇行失稳波长较货车长，有效测试区长度须扩展至6 m才能适应客车蛇行失稳的需求；并随着运输密度的增加，正线采用大型养路机械进行作业，由于TPDS测试区内轨枕间距不标准，作业较为困难，存在平台失修的情况，导致设备监测精度下降，亟待解决。综上所述，既有TPDS要在客车上完整应用，需要对既有TPDS的探测平台进行技术升级，主要内容有两点，其一，有效测试区长度须延长至6 m；其二，测试区轨枕间距须从现有的760 mm调整至600 mm。图2为TPDS探测平台升级方案，轨枕间距600 mm，5个测试区总长6 m。

2.2 评判模型问题

既有TPDS踏面损伤模型建立在几亿轮次货车车轮监测数据的基础上，并结合《铁道货车运用维修规程》的相关标准，制定报警标准。既有TPDS货车踏面损伤报警分成三级，一级报警（冲击当量≥23）、二级报警（23＞冲击当量≥21）、三级报警（21＞冲击当量≥19）。

由于客车和货车在轮重、运行速度、车辆结构、维修标准等方面存在显著差异，要想把TPDS更好地运用于客车监测，需要在大量的客车车轮监测数据的基础上，开发客车踏面损伤报警模型，并根据《铁路客车运行维修规程》及客车运用需求，制定相应的报警标准。

2.3 电磁兼容性能

既有TPDS是针对货车运用开发的，其电磁兼容性能还不能完全适应客车的需求。如表1所示，既有TPDS在武汉铁路局的应用也存在一定的误报，以下对武汉铁路局客车TPDS踏面损伤误报样本进行了统计。

表3是能匹配车次的误报样本按供电方式不同的统计结果，表4是武汉铁路局客车供电方式比例，可以看出，当前货车TPDS用于客车踏面损伤误报与车辆的供电方式密切相关，约占总辆数41%的装用DC 600 V客车导致了80%左右的TPDS踏面损伤误报，其原因是既有TPDS监测设备针对货车研发，其电磁兼容性不足，对客车踏面损伤的监测会受到客车车载设备电磁干扰，DC 600 V由于有逆变器等因素，对地面监测设备的电磁干扰明显比AC 380 V严重。

另外北京铁路局廊坊TPDS探测站监测客车分轴错误也可以说明同样问题。表5是廊坊TPDS探测站，由于电磁干扰导致客车计轴错误，进而导致全列监测信息错误并废弃的情况统计，可以看到当前客车监测丢失率约为6%～8%。可见要想把TPDS更好地运用于客车监测，需要有效增强现有设备的抗电磁干扰能力。

2.4 运用软件问题

目前，我国铁路货车和客车的运用管理机制不同。货车是无配属的，货车日常运用中存在的问题归发生地所在铁路局运用车间负责；而客车实行的是配属管理，客车日常检修运用归配属铁路局车辆段的运用车间负责。因此，TPDS系统在客车、货车运用管理中存在用户群不同、管辖范围不同等情况，需要根据客车运用管理的要求，研发针对TPDS客车运用管理的应用软件，并包含配属车辆实时监控、配属列车监测信息查询、车辆报警汇总、报警车辆反馈、配属车辆运行追踪等功能，构成过程闭环管理。

2.5 覆盖范围问题

既有TPDS监测设备是为货车研发的，其设置原则是同方向间隔400～500 km，目前规划建设的TPDS尚存在较大的缺口，对于客车踏面损伤监测还存在空白，既有TPDS监测网络大概覆盖了70%的客车交路，要全面应用，TPDS监测网络亟待补强。

3 结论及建议

在既有货车运行状态地面安全监测系统的基础上，经济、有效地实现对客车的监测是完全可行的，考虑到轮轨作用监测方式的特点以及当前轮对踏面损伤的实际情况，采用TPDS对客车进行监测为改善客车运行安全性非常重要。

要更有效地将TPDS运用于客车监测，需要对TPDS实现设备及软件升级，包括调整平台结构，使之适合大型养路机械作业，并覆盖客车蛇行半波；应用客车踏面损伤评判模型，从而实现TPDS对客货车应用兼容；提升探测站设备电磁兼容能力；完善TPDS客车运用软件。在此基础上进行TPDS监测网络补强，完成对客车监测的全覆盖。

［1］ 冯毅杰，张格明.车辆运行状态地面安全监测系统研究的新进展［J］.中国铁道科学.2002，33（03）：138-142.

［2］ 赵长波，扈海军，曾宇清，于卫东.基于TPDS的货物列车踏面损伤分析与控制［J］.中国铁路.2011，（11）：52-56.

Passenger Train Tread Inspect Using TPDS

WANG Xinghua1，ZENG Yuqing2
（1 Transportation Bureau of China Railway，Beijing 100844，China；2 Locomotive＆Reseach Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China）

Basing on the application of truck performance detection system（TPDS）in Wuhan railway bureau，the practicability of using TPDS inspect passenger car tread was confirmed.According to the current problems，suggestions include the TPDS equipment＆software updating and monitoring network improvement were proposed.

passenger train；TPDS；tread damage

U279.2

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.05.22

1008－7842（2014）05－0083－04

*中国铁路总公司科技研究开发项目（Z2013－J002）

2—）男，高级工程师（

2014－06－13）