轮对状态动态检测系统应用发展研究

邹欢 刘齐

【摘要】列车能否安全运行主要通过车轮检测等重要手段进行保证。本文介绍了国内外目前在役车轮状态动态最新检测系统，阐述了国内目前动态外形尺寸故障检测系统以及动态踏面缺陷检测系统的相关原理，具有一定参考借鉴价值。

【关键词】轮对状态；无损检测；检测系统；研究

在近年来列车运行速度不断得到提升，随之而来的是列车运输的风险性增大，尤其在德国发生灾难性高速列车事故后，各国开始对检测车轮问题加以高度重视。铁路近年来的发展朝向为高速方向以及重载方向，目前，机车车轮轮对于动态负载的承受能力越来越强。但列车的车轮部分仍容易出现各种问题，原因在于集中应力的情况非常容易出现在车轮的轮辋、踏面以及輪辐等部位，一旦发生这种状况，车轮便会出现疲劳裂纹的现象，情况严重可导致车轮受到损坏，造成重大列车灾难事故，不但对人员是一种致命的打击，还可能带来重大经济损失。因此想要保证列车能够安全行驶，首要目的是保障车轮的性能处于良好的状态。

一、国内外轮对状态动态检测系统

（一）国外轮对踏面缺陷动态检测技术

第一，电磁超声测量法。在德国，最早由弗朗霍菲发明了电磁超声测量的方式，该方式的原理主要是将电磁超声探头安放在轨道中，在列车经过的过程中，轮对表面会受到探头超声的表面波探测，而在对探头进行激发之后便会对缺陷波信号进行接受，完成分析之后对踏面缺陷情况实施一次性获取。目前各国利用电磁超声波技术已经研制开发出具有成熟性和有效性的产品，能够对轮对表面缺陷进行动态、自动的探伤分析，该系统为AUROPA，相关公司将该系统应用到ARGUS技术中进行集成开发。第二，振动加速度法。轨道上安置加速度传感器，当列车经过该部分的轨道时会产生一定的冲击加速度，传感器对加速度的具体水平实施分析之后，从而对踏面擦伤的状况进行判断，如加速度高，则擦伤程度大，反之加速度低，则擦伤小。当前我国已经在部分地方采取此方式开展监测应用。在俄罗斯以及日本两国采用加速度检测法较为广泛，这种方法的原理为振动学，通过轮重以及加速度传感器对钢轨受到冲击时产生的不同振动信息进行识别、分析以及预报以此达到检测车轮的目的。第三，涡流传感器阵列。该方法主要在小车上安装涡流传感器阵列，列车行驶经过的时候，涡流传感器对轮对的裂纹以及踏面剥离情况进行分析和检测。传感器阵列保持和轮对产生接触，在小车出现推动过程中传感器也被带动前进，传感器在完成一整个圆周长度的运动之后便复位。这种方法仅仅是国外的相关研究学者所提出的一种轮对检测构思，尚未实施也尚未研制开发相关检测原理的产品。

（二）国外轮对外形尺寸动态检测技术

1.涡流法

此方式是利用涡流检测变换器来对轮对踏面非接触磨耗进行监测，最早出现在20世纪80年代的苏联。在进行测量时，无需限制行车的速度，具有高可靠性，其优点明显，同时也存在缺陷，其应用范围局限，仅适用于踏面磨耗的检测。

2.超声遥测法

其应用原理在于遥测传感器组在车速运行低于5km/h时能够测出各个特征表面和轮对之间的距离，对距离经过处理分析后便可得到相应的参数，如轮缘厚度、轮对直径、垂直磨耗以及踏面磨耗等。该方法的缺点在于其检测精度不高，难以还原轮对外形曲线的完整性。

3.接触测量法

该方法又被称为踏板法，主要原理在于采用对轮缘高度直接测量手机高度变化量来获取轮对外形具有关键性的尺寸，国内目前对于该方法进行了大量研究和试验，但这种方法具有一定的局限性，其只能检测轮对踏面的磨耗。

（三）国内轮对状态动态检测系统

由成都主导科技公司与西南交通大学进行合作，对德国技术加以引进研制并开发出形影的故障动态检测系统，作为国内现阶段对于踏面缺陷所采用的检测系统。此设备可被放于在机车车辆入库线路，通过光截图像测量和EMAT技术进行监测，进而掌握轮对外形、尺寸、轮对踏面等。这种方法普遍应用在各种类型的车辆检测当中，包含动车、机车、地铁等。

二、轮对外形尺寸故障检测系统机理

车辆轮对参数测量方式通常为静态、动态测量方式，静态测量是指对静止状态时列车测量，例如在车辆检修状态。另一种是动态测量法，即铁路车辆处于运行时，对其进行动态实时的测量。目前，对于车轮的外形轮廓、轮缘高度和厚度以及踏面线轮廓度的测量主要采用光截图像测量技术，利用该技术达到动态且不具备接触性的测量性质，该方法的原理在于投射线光源至车轮踏面部位，形成具备车轮踏面的尺寸、形状等信息的光截曲线。可使用CCD摄像机收集曲线截图，令光源入射的方向和线光源形成特殊夹角进行拍摄后即可获取。车轮的实际外形尺寸通过曲线截图与标准曲线的对比后便可得知。

三、结语

轮对在车辆的安全运行过程当中，是需要高度重视且具有重要作用的部件。优劣水平会对行车安全产生较大的影响，在轮对存在问题的情况下，则无法保证行车安全。当前国内在轮对监测技术的研究方面较为落后，为对这一现象进行弥补，可以将动态检测轮对状态装置系统进行推广使用，起到科学合理有效的检测效果，对轮对的状态进行有效性、动态性的跟踪，以此控制和保证轮对的质量，有效减少车辆运行事故的发生。

参考文献

[1]秦菊.车载TPDS动态检测系统应用分析[J].铁道建筑，2017，57（10）：116～119.

[2]赵峰，殷鸿鑫.轮对尺寸动态在线检测系统现场运用与管理建议[J].哈尔滨铁道科技，2017（04）：11～13，25.

作者简介：邹欢（1989—），男，湖北孝感人，大专，研究方向：轨道交通项目工作。