高速动车组运行状态地面监测系统的研制及应用分析_李旭伟

文章编号：１００８－７８４２（２０１６）０６－００２５－０４

高速动车组运行状态地面监测系统的研制及应用分析

李旭伟

（中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京１０００８１

）摘　要　动车组运行状态地面监测系统主要用于识别车轮踏面损伤以及运行状态不良的车辆，并兼有车辆偏载监测功能，

是确保动车组运行安全的重要技术装备，对预防行车事故、减少车辆及轨道部件伤损具有重要作用。文章介绍了系统测试原理及测区布置方案、系统功能及构成，以及系统在兰新第二双线、大西客专试验中的应用，并利用测试数据分别对踏面损伤识别、

系统垂直力测试精度进行了分析。关键词　动车组；运行状态不良；踏面损伤；垂直力；全连续

中图分类号：Ｕ２６０．１１＋

１ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ

．ｉｓｓｎ．１００８－７８４２．２０１６．０６．０７ 随着四纵四横高速铁路骨干网的基本建成，

我国高速铁路发展已经由大规模建造步入长期安全运营管理与维护阶段。其中，轮轨状态的控制是车辆安全性和舒适度维护的关键，目前采用定期修来实现，成本较高。若能准确识别车轮踏面损伤（车轮磨耗、车轮剥离、多边形车轮等），实现动车组轮对的状态修，将有效提高动车组维修的经济性。

中国铁道科学研究院（简称：铁科院）在既有有砟轨道客货通用车辆运行品质轨边动态监测系统（ＴＰＤＳ）的基础上，攻克了无砟轨道二维传感器技术、全连续测区测力技术、电磁兼容技术、动车组踏面损伤识别技术、动车组运行状态识别技术，研制了动车组运行状态地面监测系统（ＤＴＰＤＳ），该系统是国内首创的基于无砟轨道的高速轮轨力动态监测系统，能在较高行车速度条件下自动识别动车组运行状态、车轮踏面损伤。１　监测系统的测试原理及测区布置方案１．１　测试原理

车辆运行品质轨边动态监测系统（ＴＰＤＳ

）基于自主知识产权的“

移动垂直力综合检测方法”［１－

４］，单元测区有效长度达到了米级，如图１所示；为实现踏面的全轮周覆盖以及车辆蛇行失稳波长的识别，ＴＰＤＳ通常采用多个单元测区连续设置、相邻单元测区共用端部剪力传感器的模式，如货车ＴＰＤＳ采用加大轨枕间距（７６０

ｍｍ）的３个单元测区连续布置，每个单元测区长度１．６ｍ，如图２所示。客货通用ＴＰＤＳ采用标准轨枕间距（６００ｍｍ）的５个单元测区连续布置，每个单元测区长度１．２ｍ，

如图３所示

。图１　

轮轨垂直力测试原理图

图２　货车ＴＰＤＳ　

３单元测区连续布置图 由于剪力传感器存在测量过渡区，

使得相邻单元测区间有一中断区（如图２、图３红圈部分），中断区长度约为一个轨高，中断区个数随单元测区的数量增加而增加。５单元测区连续布置的测量时序图如图４所示，从图中看到因剪力过渡区的影响，相邻单元测区间存在不连续现象，从而对多边形轮对边数的确定、运行状态不

李旭伟（１９７５—）男，副研究员（修回日期：２０１６－０８－０１

）第３６卷第６期２０１６年１２月 铁道机车车辆ＲＡＩＬＷＡＹ　ＬＯＣＯＭＯＴＩＶＥ　＆ＣＡＲ

Ｖｏｌ．３６　Ｎｏ．６

Ｄｅｃ． ２

０１６

图３　客货通用ＴＰＤＳ　

５

单元测区连续布置图图４　５

单元测区连续布置测量时序图

图５　标准枕距５单元测区ＴＰＤＳ对五

边形８４０轮对的实测时序图

良车辆的识别产生了一定影响。针对该问题，ＴＰＤＳ项目组在“

移动垂直力综合检测方法”的基础上，创造性地提出了一种长距离全连续轮轨垂直力测试方法，该方法在标准轨枕间距、不增加硬件的情况下通过构造非传统＇复合测区＇

来实现轮轨垂直力的全连续测量（实测时序如图５），为轮轨力监测类设备的深入运用及轮轨作用的研究创造了条件。１．２　测区布置方案

动车组运行状态地面监测系统为高速轮轨力测试设备，综合考虑动车组车轮直径、轴距特征以及动车组蛇行失稳波长等信息，该系统采用６个单元测区连续布置方案，且每个单元测区由４对剪力传感器、６只二维垫板式传感器组成，单元测区长度１．８８７ｍ，６个单元测

区共计１１．３２２ｍ，采用长距离全连续轮轨垂直力测试方法，从而保证了１１．３２２ｍ范围内的轮轨垂直力的全连续，为动车组车轮踏面损伤及其类别的准确识别、车辆蛇行失稳的稳定捕捉创造了有利条件。单元测区及６单元测区布置图分别如图６、

图７所示

。图６　

单元测区布置图

图７　６单元测区连续布置图

２　监测系统功能及构成

２．１　系统功能

动车组运行状态地面监测系统是采用无砟轨道轮轨力连续测量技术，实现高速动车组运行状态、车轮踏面损伤的动态检测。其主要功能为：识别运动状态不良的车辆、识别车轮踏面损伤（包括多边形、擦伤、剥离、碾

堆、动不平衡等）、车辆的偏载监测。２．１．１　运行状态不良车辆检测

动车组运行状态地面监测系统对动车组运行状态

的评判采用“分散检测、网络集中报警”的方法［５］

，通过

单次测量的连续轮轨力参数对动车组蛇行失稳特征进行自动识别评判，

在此基础上再综合该车多探测站、多频次的检测结果进行综合分析评判，从而使检测结果能够较真实地反映监测动车组近期的动力学性能，为动车组车辆的状态修提供依据。２．１．２　车轮踏面损伤检测

车轮踏面损伤形式多样，

如多边形轮对、擦伤、剥离、碾堆、动不平衡、局部失圆等，在动车组高速行驶过程中，微小的车轮踏面损伤都将导致轮轨间产生很大的冲击力，

从而加剧对轨道和车辆部件的伤损，如轴箱螺栓松动丢失、折断等，严重的甚至造成断轨、断轴等恶性事故。车轮踏面损伤检测是根据测量的全轮周范围内

６

２ 铁道机车车辆 第３６卷