动车组车辆安全检测监控技术的探讨

董 伟 上海铁路局调度所

动车组车辆安全检测监控技术的探讨

董 伟 上海铁路局调度所

动车组在我局大量开行，动车组的安全成为车辆安全中的重中之重。为确保动车组运行安全，在总结既有车辆运行安全保障经验的基础上，利用红外测温、高速摄像、力学检测、声学诊断及计算机联网和信息共享等技术,建设和完善动车组车辆安全检测监控系统，实现对动车组的实时监测，确保动车组的绝对安全。

动车组；安全；检测；监控；探讨

1 现状

随着高速铁路的快速发展，近年我局开行了大量的动车组，动车组行车安全的检测监控需求日渐强烈。但是动车组车载安全防范措施失效和设计制造源头质量缺陷等安全隐患问题时有发生。如时速250 km/h以下客运专线，地面轴温探测与动车组轴报器检测温度误差较大且热轴预报模型不一致；时速300km/h以上高铁线路上没有安装地面轴温探测设备，高铁动车组轴温监测手段单一；动车组轴承早期故障缺少有效的监测手段；动车组车载监控系统故障误报、漏报；动车组在严寒冰雪气候运行时，底部及转向架结冰、积雪状况无法有效监测等。总之，动车组运行安全防范手段有待加强。

2 检测设备简介

2.1 红外线轴温探测设备

车辆轴温智能探测系统（以下简称THDS）利用安装在轨道两侧的红外线轴温探测设备捕捉通过车辆的轴承或轴箱辐射红外能量，通过和车号AEI设备相结合，对车辆轴位准确定位，能够检测到每个最高时速达360 km/h的车辆轴箱的温度，达到较高的测温精度和热轴预报准确率。通过联网应用，可有效预报、防范热切轴故障的发生。

2.2 高速摄像设备

动车组运行故障动态图像检测系统（以下简称TEDS）利用轨边和轨间高速摄像头实时探测通过动车组的侧面和底部图像，监测车钩、基础制动装置等容易发生裂折、损伤的部位，利用图像自动采集、识别技术，对异常情况进行自动报警，有效地缩短了技捡时间，提高了车辆的检修质量，减轻了检修人员的劳动强度，保证了车辆安全运行。

2.3 力学监测设备

车辆运行品质轨边动态监测系统（以下简称TPDS）利用设在轨道上的测试平台，动态检测运行中车辆轮轨间的动力参数，实现对车辆运行状态的识别。通过对运行状态不良车辆的报警、追踪、处理，减少脱轨事故的发生；系统具有车轮踏面损伤监测功能，能对擦伤、剥离、失圆、偏心等各类踏面损伤进行科学评判，根据其严重程度分级报警。通过对车轮踏面损伤报警的处理，大大降低了车轮踏面损伤对车辆关键零部件及轨道结构的伤损。系统与其它安全监控系统共享监测信息，如与红外轴温监控系统综合应用，大大提高报警质量，强化车辆安全保障能力。

2.4 声学诊断设备

车辆滚动轴承故障轨边声学诊断系统（以下简称TADS）是在轨边安装声学传感器阵列对车辆轴承的振动声音信号进行采集，采用现代声学诊断技术，将时域信号进行能量谱、功能谱分析，根据不同的轴承故障信号频率、能量、幅值和相关的车速、载荷的因素，判断出轴承故障类型和故障缺陷程度，从而实现对滚动轴承早期故障的预警、防范。将防范轴承故障关口提前，大大提高保障行车安全的能力。

3 建议

3.1 完善THDS系统探测动车组的预报模型

为解决时速250 km/h以下客运专线THDS地面探测与动车组轴报器检测温度误差大且热轴预报模型不一致的问题，应积极联系生产厂家改进THDS系统探测动车组的预报模型，使之与车载轴报器预报标准相一致。

3.2 在300 km/h以上高铁线路上安装改进的地面THDS设备

现在我局300 km/h以上高铁线路上运行的动车组主要采用车载系统的轴温报警器连续监测轴温。然而在轴报器发生故障的情况下，轴温就失去了监测，无法预判轴承故障，可能导致严重后果。另外动车组制动盘、电机、齿轮箱、车轮等会发生热故障的车底部件，现在的动车组车载设备尚未实现完全监控，难以及时发现这些部件的热故障。高铁动车组THDS系统利用多元光子探头探测多点轴箱温度，能够集中探测车底重要部件的温度变化趋势，对部件的热故障实现及时报警。在300 km/h以上高铁线路上安装改进的地面THDS设备，是对高铁动车组轴温的补充监测，实现了高铁动车组轴温监测的双保险。

3.3 在高铁线路和客运专线上安装针对动车组的TPDS设备、TADS设备

动车组车轮踏面损伤和走行部状态监测是关系动车组运行安全的重要内容。车轮踏面损伤对车辆零部件及轨道结构危害很大，踏面损伤存在各种形式，如擦伤、剥离、失圆、动不平衡等，均可引起轮轨间的冲击作用力，其危害程度与缺陷的形状、位置、速度、轮重相关，采用几何测量、加速度、声学等手段均不足以科学评判动车组踏面损伤的危害程度。动车组既有的入段检测设备只能在低速条件下对踏面损伤进行几何检测，无法检测较高速度下轮对动态损伤。在既有TPDS对货车轮对踏面损伤、运行品质检测的基础上，利用轮轨力连续测量技术，安装针对动车组的车辆运行品质轨边动态检测设备，实时检测通过的动车组，实现对动车组轮对踏面损伤、失圆、运行品质的动态检测。

动车组转向架轴承是承受载荷和传递载荷的主要部件。目前，对动车组滚动轴承的检测主要依靠车载轴温报警装置在线监控，其主要监控的是轴承晚期故障，问题发现不及时。针对动车组的TADS设备运用新型轨边声学判定技术、数据趋势分析技术，能够更加快速准确地对故障轴承进行实时异常分析和分级报警，实现动车组滚动轴承的早期故障检测和诊断。

3.4 完善既有TEDS设备

对于高速运行的动车组，特别是在有砟轨道上运行的动车组，在运行中容易受到异物击打底部部件，从而形成安全隐患。而由于动车组采用高站台停站，两侧裙板完全封闭、底板高度低，在入库前难以实现对底部和侧部部件的检测和检修。TEDS系统利用高速摄像、图像处理、图像智能模式识别等技术，能够采集高速运行中动车组的转向架、底板、车端连接部、裙板等关键部位的图像，实现对动车组转向架、底部、制动、侧部裙板等部件的在线监测。

3.5 建设动车组安全检测综合探测站

高铁线路大部分是高架线路，安装安全检测监控设备的空间很小，设备检修和施工必须在很短的天窗时间内完成，而THDS、TADS、TEDS设备对动车组运行速度等技术条件的要求接近，为实现硬件资源、数据资源及维护能力的共享，减少设备检修、施工时间，应对动车组监测设备（包括THDS、TADS、TEDS）进行综合规划与整合，建设多功能、模块化的动车组安全综合探测站，实现动车组运行状态的多维度监控。

4 结束语

动车组车辆安全检测监控系统将运行中车辆动态信息及早期故障情况及时采集报警，并进行网络跟踪监控，及时消除隐患，确保了行车安全。各子系统采用智能化、网络化、信息化技术，在铁路沿线建设系统探测站，实现地面设备和车载设备对动车组运行安全的动态检测、数据集中、联网运行、远程监控、信息共享，从而显著地提高动车组安全防范能力。

责任编辑：许耀元

来稿日期：2017-02-27