張明宏

（大連地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司，遼寧大連 116000）

隨著城市地鐵高速發(fā)展，客流量日益加大，地鐵車輛對(duì)軌道的破壞作用加大，可以用于養(yǎng)護(hù)維修作業(yè)的列車間隔時(shí)間越來越短。為了保證軌道線路穩(wěn)定、具有良好的作業(yè)狀態(tài)，必須加強(qiáng)對(duì)軌道的養(yǎng)護(hù)、修維，采用現(xiàn)代化軌道檢測(cè)系統(tǒng)提供的高精度數(shù)據(jù)指導(dǎo)維修作業(yè)。文章研究穩(wěn)定性在線監(jiān)測(cè)技術(shù)和穩(wěn)定性檢測(cè)設(shè)備的開發(fā)。

1 檢測(cè)系統(tǒng)主要功能

（1）系統(tǒng)可以確保轉(zhuǎn)向架的運(yùn)行穩(wěn)定性，在構(gòu)架安裝橫向加速度傳感器，實(shí)時(shí)檢測(cè)橫向加速度及其變化頻率和幅度，出現(xiàn)蛇形失穩(wěn)時(shí)及時(shí)報(bào)警。

（2）車輛動(dòng)力學(xué)方面，在轉(zhuǎn)向機(jī)及車體加裝加速度傳感器，在車體加裝光纖陀螺傳感器，構(gòu)建懸掛參數(shù)在線辨識(shí)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)檢測(cè)懸掛系統(tǒng)的彈簧、減振器健康狀況，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)列車運(yùn)行姿態(tài)，為列車的運(yùn)營(yíng)安全和狀態(tài)修提供數(shù)據(jù)支撐。

（3）平穩(wěn)性和舒適度方面，車體安裝三向加速度傳感器，對(duì)列車運(yùn)行平穩(wěn)性及舒適度進(jìn)行評(píng)價(jià)，間接評(píng)價(jià)列車動(dòng)力學(xué)性能。

（4）軌道長(zhǎng)波及短波不平順時(shí)，對(duì)軸箱和構(gòu)架加裝加速度傳感器，監(jiān)測(cè)列車的軌道長(zhǎng)波（軌向、高低）和短波（波磨），為軌道維護(hù)維修提供依據(jù)。

（5）系統(tǒng)具有控制功能，能夠預(yù)置或隨時(shí)更改檢測(cè)線路和起始位置，具有啟動(dòng)、暫停、運(yùn)行、復(fù)位功能，預(yù)留人工干預(yù)功能。

（6）系統(tǒng)具有定位功能，采用速度傳感器結(jié)合線路數(shù)據(jù)庫(kù)信息進(jìn)行定位，提供速度及線路特征信息。

（7）系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)回放與分析功能，通過數(shù)據(jù)回放分析缺陷進(jìn)行標(biāo)記，輸出相應(yīng)報(bào)表。

（8）系統(tǒng)采用四相編碼器，可以實(shí)時(shí)對(duì)速度、運(yùn)行方向進(jìn)行監(jiān)控。設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)由軟件進(jìn)行監(jiān)控，電壓相對(duì)初始值有較大變化時(shí)提示報(bào)警。

（9）軌道圖像采用動(dòng)態(tài)圖像采集、狀態(tài)監(jiān)控、里程數(shù)據(jù)同步、大數(shù)據(jù)量存儲(chǔ)。

（10）系統(tǒng)支持圖像回放功能，可以滿足人工對(duì)圖像的回放功能，通過看圖分析軌枕及道床裂紋等缺陷并進(jìn)行標(biāo)記，輸出相應(yīng)報(bào)表。

（11）系統(tǒng)界面采用易操作的Windows風(fēng)格，設(shè)計(jì)美觀合理、層次清楚、功能齊全，全中文操作，支持?jǐn)U展英文界面。

（12）計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，兼容性強(qiáng)，方便用戶操作。

2 檢測(cè)裝置工作條件

檢測(cè)裝置工作條件[1]如表1所示。

表1 檢測(cè)裝置工作條件

設(shè)備可以在地下、地面及高架線路上運(yùn)行?，F(xiàn)場(chǎng)使用環(huán)境溫度為-25～+40 ℃。停放庫(kù)內(nèi)設(shè)有采暖設(shè)備。

3 系統(tǒng)組成

穩(wěn)定性檢測(cè)技術(shù)主要包括參數(shù)在線辨識(shí)模型、參數(shù)與穩(wěn)定性的關(guān)系模型、穩(wěn)定性的自動(dòng)識(shí)別模型；穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)設(shè)備主要有感知傳感器的配置與安裝、監(jiān)測(cè)設(shè)備的硬件系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)設(shè)備的軟件系統(tǒng)。

在線監(jiān)測(cè)技術(shù)及設(shè)備開發(fā)系統(tǒng)[2]如圖1所示。

圖1 在線監(jiān)測(cè)技術(shù)及設(shè)備開發(fā)系統(tǒng)

4 檢測(cè)裝置組成

4.1 硬件部分

軌道幾何在線檢測(cè)裝置的硬件由車底和車內(nèi)兩部分設(shè)備組成，車底設(shè)備包括鋼軌幾何參數(shù)檢測(cè)模塊、車體加速檢測(cè)模塊、扣件智能識(shí)別檢測(cè)模塊和里程定位模塊，車內(nèi)設(shè)備包括數(shù)據(jù)處理模塊、4G網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、定位接收模塊及其他模塊等。

檢測(cè)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。軌檢梁安裝位置[3]如圖3所示。

圖2 檢測(cè)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

圖3 軌檢梁安裝位置

（1）鋼軌幾何參數(shù)檢測(cè)模塊。

采用2D激光測(cè)量技術(shù)、國(guó)際通用的慣性基準(zhǔn)原理等先進(jìn)技術(shù)，對(duì)軌道幾何狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，保證測(cè)量參數(shù)的準(zhǔn)確性和精度。

（2）車體加速檢測(cè)模塊。

采用進(jìn)口加速度計(jì)，對(duì)車體橫向擺動(dòng)和車體垂向振動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)。

（3）扣件智能識(shí)別檢測(cè)模塊。

扣件智能識(shí)別檢測(cè)模塊能夠?qū)壍揽奂糠诌M(jìn)行高清成像檢測(cè)，記錄沿線所有高清數(shù)據(jù)，提供后期圖像分析、查看、故障保存及導(dǎo)出功能，通過一定的缺陷自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，為現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)分析提供幫助。

（4）里程定位模塊。

里程定位模塊主要用于檢測(cè)數(shù)據(jù)定位，檢測(cè)鋼軌幾何參數(shù)超限及扣件缺陷時(shí)，精確定位異常點(diǎn)位置。

（5）數(shù)據(jù)處理模塊。

數(shù)據(jù)處理模塊用于各模塊數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)融合等操作。

車內(nèi)設(shè)備安裝如圖4所示。

圖4 車內(nèi)設(shè)備安裝

（6）4G網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)發(fā)送模塊。

車載局域網(wǎng)采用1 000 M網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，協(xié)議采用國(guó)際通用的TCP/IP通信協(xié)議。使用3G/4G無線網(wǎng)絡(luò)將異常信息通過無線傳輸模塊（需配備無線傳輸模塊功能）發(fā)送至遠(yuǎn)程終端。

無線模塊數(shù)據(jù)傳輸如圖5所示。

圖5 無線模塊數(shù)據(jù)傳輸

4.2 軟件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)采用界面簡(jiǎn)單、操作方便的Windows風(fēng)格，界面設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、條理清晰、功能齊全。

（1）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。系統(tǒng)使用Windows操作系統(tǒng)。

（2）數(shù)據(jù)在線采集軟件。采用工控機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，顯示并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)樣本原始波形。

（3）數(shù)據(jù)分析軟件。數(shù)據(jù)處理軟件主要用于后臺(tái)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析，能夠?qū)崿F(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)曲線回放、曲線的放大縮小、扣件高清圖像的分析及缺陷圖像的保存，可以生成檢測(cè)數(shù)據(jù)報(bào)表、Excel文件等。

（4）軌道幾何參數(shù)檢測(cè)效果如圖6所示。

圖6 軌道幾何參數(shù)檢測(cè)效果

5 檢測(cè)系統(tǒng)主要檢測(cè)參數(shù)

系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)軌距、高低、軌向、鋼軌沖擊、軸箱加速度、車體舒適度以及晃車等參數(shù)的動(dòng)態(tài)在線監(jiān)測(cè)。

系統(tǒng)主要參數(shù)[4]如表2所示。

表2 系統(tǒng)主要參數(shù)

6 結(jié)語

列車的狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置主要包括走行系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、乘載系統(tǒng)的安全監(jiān)測(cè)。走行系統(tǒng)的安全等級(jí)最高，主要包括軌道、輪對(duì)、構(gòu)架和懸掛系統(tǒng)，走行系統(tǒng)主要進(jìn)行運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)。運(yùn)動(dòng)蛇行失穩(wěn)可能誘發(fā)高速列車脫軌等重大安全事故，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確在線監(jiān)測(cè)走行系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性是確保高速列車安全運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)。列車運(yùn)行穩(wěn)定性檢測(cè)技術(shù)、列車運(yùn)行姿態(tài)、懸掛狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測(cè)技術(shù)和懸掛參數(shù)與穩(wěn)定性的力學(xué)的有機(jī)融合，將新的穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)技術(shù)植入監(jiān)測(cè)儀器，形成監(jiān)測(cè)設(shè)備，可以準(zhǔn)確、可靠地實(shí)現(xiàn)列車在不同服役階段懸掛參數(shù)退變的走行系統(tǒng)穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)。