（西南交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，四川成都610031）

鋼軌現(xiàn)場焊接參數(shù)遠(yuǎn)程采集系統(tǒng)

李正浩，戴 虹，周世恒

（西南交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，四川成都610031）

目前我國鐵路換鋪維修工程的鋼軌現(xiàn)場焊接主要由焊軌車完成，其施工作業(yè)點(diǎn)自然環(huán)境條件復(fù)雜。為了實(shí)時(shí)獲取焊接數(shù)據(jù)，跟蹤鋼軌現(xiàn)場焊接質(zhì)量，設(shè)計(jì)了由數(shù)據(jù)整合工具軟件、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備和云平臺(tái)組成，能通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)將鋼軌現(xiàn)場焊接參數(shù)實(shí)時(shí)上傳至云平臺(tái)的鋼軌現(xiàn)場焊接參數(shù)遠(yuǎn)程采集系統(tǒng)，以供焊接技術(shù)管理人員共享，從而實(shí)現(xiàn)焊接參數(shù)的遠(yuǎn)程采集分析與質(zhì)量評(píng)估。該系統(tǒng)成功應(yīng)用于YHGQ-1200型氣壓焊軌車的現(xiàn)場施工。

鋼軌；現(xiàn)場焊接；工藝參數(shù)；遠(yuǎn)程采集

0 前言

鋼軌現(xiàn)場焊接質(zhì)量是影響線路安全的重要因素，而安全是鐵路運(yùn)輸?shù)纳€。隨著我國高速重載鐵路事業(yè)的蓬勃發(fā)展，分布在遼闊疆域的鐵路運(yùn)營里程不斷增加，新線建設(shè)和維修施工作業(yè)點(diǎn)多，天氣、地理、彎道等作業(yè)環(huán)境條件復(fù)雜，焊接作業(yè)過程容易受到外界條件和作業(yè)人員的影響，實(shí)時(shí)跟蹤現(xiàn)場質(zhì)量十分困難[1-2]。

焊接工藝數(shù)據(jù)是焊接質(zhì)量的評(píng)估依據(jù)，快速獲取焊接數(shù)據(jù)對(duì)于分析焊接質(zhì)量具有重要意義。本研究采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，針對(duì)YHGQ-1200型氣壓焊軌車設(shè)計(jì)了一套焊接參數(shù)遠(yuǎn)程采集系統(tǒng)，能夠第一時(shí)間自動(dòng)實(shí)時(shí)推送焊軌車鋼軌現(xiàn)場焊接接頭的真實(shí)數(shù)據(jù)，并通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上傳至網(wǎng)絡(luò)云平臺(tái)存儲(chǔ)，技術(shù)管理人員可通過云平臺(tái)遠(yuǎn)程查看和管理各路局、不同作業(yè)地點(diǎn)的焊接數(shù)據(jù)，從而達(dá)到實(shí)時(shí)查看分析現(xiàn)場焊接情況、跟蹤鋼軌現(xiàn)場焊接質(zhì)量、保障線路安全的目的。

1 系統(tǒng)原理和組成

焊接參數(shù)遠(yuǎn)程采集系統(tǒng)的原理如圖1所示。YHGQ-1200型氣壓焊軌車上安裝有參數(shù)采集與管理系統(tǒng)，可以在焊接過程中自動(dòng)采集焊接數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)于車載PC中。該系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)整合工具軟件，將焊接數(shù)據(jù)從氣壓焊軌車的車載PC中推送至物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備。而網(wǎng)關(guān)設(shè)備中內(nèi)置物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)卡，可以通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)將焊接數(shù)據(jù)上傳到云平臺(tái)。技術(shù)管理人員從云平臺(tái)下載焊接數(shù)據(jù)后，利用焊軌車參數(shù)采集與管理系統(tǒng)軟件查看數(shù)據(jù)，然后分析焊接接頭質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)焊軌車焊接質(zhì)量的遠(yuǎn)程分析和評(píng)估。同時(shí)，焊機(jī)發(fā)生操作故障時(shí)，錯(cuò)誤代碼等信息也將通過焊接參數(shù)遠(yuǎn)程采集系統(tǒng)上傳至云平臺(tái)，便于焊機(jī)故障的診斷和維護(hù)。

圖1 焊接參數(shù)遠(yuǎn)程采集系統(tǒng)原理示意

焊接參數(shù)遠(yuǎn)程采集系統(tǒng)組成包括：參數(shù)采集與管理系統(tǒng)（焊軌車自帶）、數(shù)據(jù)整合工具軟件（一部分安裝于車載PC，一部分安裝于物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備）、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備（內(nèi)置物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)卡）、云平臺(tái)、參數(shù)采集與管理系統(tǒng)軟件（焊軌車自帶）。

2 系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)

2.1 數(shù)據(jù)采集與推送

氣壓焊軌車自帶的參數(shù)采集與管理系統(tǒng)可在焊接過程中實(shí)時(shí)采集焊接參數(shù)，焊接結(jié)束后生成焊接數(shù)據(jù)文件并存儲(chǔ)于氣壓焊軌車的車載PC。安裝在車載PC上的數(shù)據(jù)整合工具軟件如圖2所示，可以隨著參數(shù)采集與管理系統(tǒng)的啟動(dòng)自動(dòng)啟動(dòng)，并對(duì)焊接數(shù)據(jù)文件進(jìn)行周期性掃描（掃描周期可設(shè)）。軟件檢測到新的焊接數(shù)據(jù)文件生成時(shí)，自動(dòng)將其推送至物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備。

圖2 數(shù)據(jù)整合工具軟件

數(shù)據(jù)整合工具軟件界面顯示了數(shù)據(jù)文件的大小、發(fā)送狀態(tài)、最后修改時(shí)間等信息。操作人員也可以通過該界面的狀態(tài)欄進(jìn)行系統(tǒng)的啟動(dòng)、停止、更改系統(tǒng)配置參數(shù)。

2.2 數(shù)據(jù)上傳

焊接數(shù)據(jù)文件推送至網(wǎng)關(guān)設(shè)備后，安裝在網(wǎng)關(guān)設(shè)備中的數(shù)據(jù)整合工具軟件會(huì)在網(wǎng)絡(luò)條件良好時(shí)，自動(dòng)將文件通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上傳到指定的云平臺(tái)服務(wù)器。

網(wǎng)關(guān)設(shè)備如圖3所示，網(wǎng)關(guān)通過以太網(wǎng)接口和網(wǎng)線與焊軌車的車載PC連接以實(shí)現(xiàn)文件的接收。網(wǎng)關(guān)中內(nèi)置有物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)卡，并安裝有3G/GPRS天線以實(shí)現(xiàn)文件的上傳。同時(shí)，網(wǎng)關(guān)集合了GPS定位功能，可以為焊軌車的焊接接頭提供GPS定位信息。

圖3 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)

網(wǎng)關(guān)通過有線連接接收文件，接收速度快且穩(wěn)定，而通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上傳文件，上傳速度較慢且受到網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的影響。因此，網(wǎng)關(guān)采用了雙電源設(shè)計(jì)，分別為供電電源和激活電源。供電電源長期保持接通狀態(tài)，而激活電源與焊軌車工作電源并聯(lián)，只在焊軌車工作時(shí)接通。焊軌車工作時(shí)，激活電源和供電電源同時(shí)接通，網(wǎng)關(guān)處于工作狀態(tài)，可以正常從車載PC中接收并上傳文件。在焊軌車停止工作后（此時(shí)文件已接收完成），激活電源斷開，供電電源接通，網(wǎng)關(guān)停止從車載PC中接收文件，并繼續(xù)上傳文件，文件全部上傳完成后網(wǎng)關(guān)進(jìn)入休眠狀態(tài)。此設(shè)計(jì)既可以在文件較大較多或者焊接現(xiàn)場移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境較差的情況下，保證文件上傳功能的正常運(yùn)行，也增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性（網(wǎng)關(guān)長期處于工作狀態(tài)可能導(dǎo)致死機(jī)），同時(shí)可節(jié)約能源。

2.3 數(shù)據(jù)管理和查看

數(shù)據(jù)文件上傳至云平臺(tái)服務(wù)器后，技術(shù)人員可登入云平臺(tái)服務(wù)器的文件管理系統(tǒng)（見圖4），對(duì)數(shù)據(jù)文件進(jìn)行下載、保存、刪除等操作。

圖4 云平臺(tái)服務(wù)器的文件管理系統(tǒng)

云平臺(tái)服務(wù)器的文件管理系統(tǒng)可以自動(dòng)對(duì)文件進(jìn)行分組，并顯示文件的焊軌車編號(hào)、上傳時(shí)間、大小、狀態(tài)等信息，還可以在接收文件成功后通過郵件通知技術(shù)人員，為技術(shù)人員提供參考。

技術(shù)人員通過云平臺(tái)下載保存數(shù)據(jù)文件后，可通過參數(shù)采集與管理系統(tǒng)軟件（見圖5）查看和分析焊接數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)焊軌車焊接數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

圖5 氣壓焊軌車參數(shù)采集與管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)查詢

3 系統(tǒng)現(xiàn)場應(yīng)用測試

系統(tǒng)在某鐵路局現(xiàn)場施工中進(jìn)行了應(yīng)用測試。現(xiàn)場施工所用的鋼軌規(guī)格為60 kg/m，材料為U75V。焊接完成后，焊接數(shù)據(jù)成功上傳至云平臺(tái)，可通過云平臺(tái)服務(wù)器遠(yuǎn)程下載焊接數(shù)據(jù)，部分接頭參數(shù)如表1所示。

表1 U75V 60 kg/m鋼軌現(xiàn)場焊接接頭遠(yuǎn)程下載的工藝參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

由表1可知，B073、B074接頭現(xiàn)場焊接時(shí)的拉軌壓力較大（大于10 MPa），這是由于現(xiàn)場焊接時(shí)鋼軌條長，縱向移動(dòng)阻力大，拉應(yīng)壓力也大。當(dāng)發(fā)現(xiàn)拉軌壓力較大時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增加鋼軌頂鍛壓力，以保證接頭質(zhì)量。

此外，為了考察系統(tǒng)的文件推送速度和上傳速度是否滿足實(shí)際工程需要，分別對(duì)不同文件的文件大小、推送時(shí)間和上傳時(shí)間等信息進(jìn)行測試記錄，結(jié)果見表2。

系統(tǒng)在焊接完成至焊軌車停機(jī)之間（一般約為30 min）進(jìn)行文件推送工作，并在文件推送完成后開始上傳文件直至上傳完畢。由表2可知，系統(tǒng)的文件推送速度和上傳速度較快，實(shí)時(shí)性較強(qiáng)，滿足實(shí)際工程需要。

在本次現(xiàn)場應(yīng)用測試中，焊接參數(shù)遠(yuǎn)程采集系統(tǒng)成功實(shí)時(shí)上傳焊接數(shù)據(jù)，技術(shù)管理人員通過云平臺(tái)查看焊接數(shù)據(jù)、分析接頭質(zhì)量，這有利于鐵路局實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場焊接情況，提高現(xiàn)場焊接質(zhì)量。

表2 文件大小、推送時(shí)間和上傳時(shí)間記錄表

4 結(jié)論

（1）將基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)的焊接參數(shù)遠(yuǎn)程采集系統(tǒng)安裝在YHGQ-1200型氣壓焊軌車上，實(shí)現(xiàn)了鋼軌現(xiàn)場焊接數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)自動(dòng)上傳，經(jīng)本地下載實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程焊接參數(shù)采集，可行性良好。

（2）經(jīng)過試用發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)的文件推送速度和上傳速度較快，實(shí)時(shí)性較強(qiáng)，滿足實(shí)際工程需要。

（3）采用該套技術(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程分析與管理鋼軌現(xiàn)場作業(yè)工況、焊接狀況等，操作方便，時(shí)效性強(qiáng)，是一種科學(xué)評(píng)估鋼軌現(xiàn)場焊接質(zhì)量和保障線路焊接施工安全性的新方法。

[1]戴虹.鋼軌現(xiàn)場焊接技術(shù)與裝備[J].電焊機(jī)，2008，38（1）：1.

[2]王振強(qiáng)，戴虹，呂其兵，等.無縫線路鋼軌現(xiàn)場焊接質(zhì)量研究[J].鐵道建筑，2005（8）：76.

[3]程曼，王讓會(huì).物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].地理信息世界，2010，10（5）：22-28.

[4]張玲飛.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在道路運(yùn)輸領(lǐng)域中的應(yīng)用研究[J].網(wǎng)絡(luò)信息工程，2017（4）：51-52.

[5]蘇憲東.焊接數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控[J].電焊機(jī)，2011，41（3）：23.

Remote acquisition system for field rail welding parameters

LI Zhenghao，DAI Hong，ZHOU Shiheng
（School of Material Science and Engineering，Southwest Jiaotong Univercity，Chengdu 610031，China）

The field rail welding for maintenance engineering of CWR （continuous welded rail）is mainly completed by the rail welding vehicle，which has a lot of construction points in the vast territory of the railway with complicated natural environment.In order to get the welding data in real time and track the quality of the field rail welding，a remote acquisition system for field rail welding parameters is designed in this paper.The system is composed of data integration tools，internet gateway device and cloud platform，and uploads the welding parameter to the cloud platform through the mobile network which can be shared by the technical managers，so as to realize the remote acquisition analysis and quality evaluation of welding parameters.The system has been successfully applied in the construction of YHGQ-1200 gas pressure welding vehicle.

rail；field welding；process parameters；remote acquisition

TG409

A

1001－2303（2017）11－0060-04

10.7512/j.issn.1001-2303.2017.11.12

本文參考文獻(xiàn)引用格式：李正浩，戴虹，周世恒.鋼軌現(xiàn)場焊接參數(shù)遠(yuǎn)程采集系統(tǒng)[J].電焊機(jī)，2017，47（11）：60-63.

2017-04-15

李正浩（1991—），男，碩士，主要從事鐵路運(yùn)營維護(hù)工作。E-mail：4666148050@qq.com。