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TPDS系统如何有效监控客车踏面损伤

发布时间:2018-08-28 08:50
进入20世纪90年代末期,我国铁路领域开始不断规模化提速,在有效缓解了铁路运量与运能的压力的同时还给社会带来了十分显著的经济效益。但是,铁路交通安全却出现了隐患,空载货车直线脱轨事故频繁发生,如断轨、轮轨剥离轴承、制动梁端轴等现象时常发生。轮对是客货车运行的主要部件之一,踏面是轮对与钢轨的接触面,踏面损伤产生的巨大冲击力会破坏轨道结构造成断轨等重大事故发生,而且踏面损伤也是燃切轴事故发生的最重要原因,因此对踏面损伤的检测是非常有必要的。2005年全国铁路6大干线提速安全标准线5T系统建设全面展开,专家们着手研究权威的TPDS踏面损伤检测功能,国内外铁路管理部门及相关研究院所专家都已经投入了大量的人力和物力进行相关设备的研究[1]。但是对如何有效的监控客车踏面损伤还需要更进一步深入研究,本文就从TPDS系统怎么能更有效的进行客车踏面损伤监控方面入手,比如软件做些那方面的改进等进行深入研究。
1 TPDS系统介绍
TPDS(Truck Performance Detecting System)是车辆安全监测系统的简称,是车辆安全监控系统(5T)重要组成部分,是当前客车运行安全管理的一个重要检测系统。TPDS 系统由测试平台、传感器、车号识别装置(单向)、测试间与监控机柜、信息传递通道、信息中心、监管部门和监控终端组成。TPDS系统通过轨道结构中的测试系统检测过往车辆运行的动力学参数,根据检测结果分析判定车辆的运行状态、超偏载、车轮擦伤和轨道负荷等。TPDS系统还具有货车超偏载报警和客货车踏面损伤报警功能,通过踏面擦伤车轮在轨道上产生的轮轨冲击载荷来识别车轮踏面擦伤情况,并显示出冲击当量和客车踏面擦伤报警等级,将数据上传网络共享平台并复示给相关检测单位 [2]
TPDS系统在客车踏面损伤检测中的技术创新主要体现在测试平台和谈判模型两个方面:
(1)国内研究的客车踏面损伤检测系统一般是利用冲击力、声音传感器、加速度来检测客车踏面损伤情况,之前研究发现的比较科学的检测装置是力传感器,因为力传感器检测量能够直接反应客车踏面损伤带来的危害。但是力传感器检测客车踏面损伤也存在缺点:一是测试区间断,如轨枕附近无法检测;二是测区短,对客车踏面损伤检测率低。目前专家们研究的TPDS系统采用高平顺的框架式轨道平台、高可靠性的二维板式传感器和移动垂直力测试新方法,连续测量区长度4.8m,像客车车轮全周长为2.6m左右,所以TPDS能够对客车全周长范围内的踏面损伤程度进行检测,进而大幅度提高了客车踏面损伤的检测率。
(2)国外的客车踏面损伤采用绝对的评价标准,像北美的检测设备兑现率高,而且漏判率比较高。通过TPDS系统创造性的将绝对与相对相结合的方法融合在一起来对客车踏面损伤进行判断监测,建立轮重与轮轨之间的冲击作用力、加速度等参数的综合评价模型,对各种型号的轮对损伤带来的危害程度都能做出合理的评判,提高了兑现率、降低了漏判率,在国际上达到领先水平。不管从测试平台的硬件还是踏面损伤评判的软件与以往客车踏面损伤检测系统相比,TPDS都有了质的飞跃和量的改变。
2 客车踏面损伤的表现形式有哪些
   客车车轮结构的基本为组合式结构,由轮心和轮箍组成。轮箍与钢轨顶面的接触部分为踏面。目前客车踏面主要有两种:锥形踏面和磨耗型踏面。客车踏面损伤是由于客车在制动过程中,制动力较大引起闸瓦对踏面产生较大的压力,形成抱闸现象或不良缓解,而客车运行过程中会产生惯性,制动开始后,抱闸车轮就会在钢轨上快速滑行,踏面表面与钢轨接触的部分随即产生大量热能,会对踏面材料产生不可逆的热损伤,因而会表现出以下几种形式:(1)滚动轴承出现故障。(2)制动梁端轴发生裂纹、折断故障。(3)客车踏面剥离、脱落后会形成局部凹下,使运行过程中产生附加冲击力。(4)客车踏面存在局部碾宽、凹陷、磨耗。
3 引起客车踏面损伤的原因分析
引起客车踏面损伤的原因主要有两个方面,一是车辆自身因素,如轴重、速度、制动力等导致的踏面损伤;二是外部环境因素,如轨面的干湿状况使车辆在行驶过程中引起踏面损伤。
3.1 车辆自身因素引起的踏面损伤
(1)机车制动机陈旧,给气阀作用力不强,导致制动管压力过高,对客车踏面引起损坏。(2)客车制动机有故障、有些配件老化,如果三通阀出现故障,高速减压阀和安全阀不灵活的话。遇上气温较低的冬季,会造成三通阀滑动部分因摩擦阻力增大,在列车紧急制动时作用缓慢或不起作用,而引起客车运行时损伤踏面。(3)制动缸活塞行程调整不及时,造成制动力强弱不一致。(4)不同车型的车辆客车装有不同型号的三通阀,紧急制动时制动率不同,制动率太高的,在运行中容易擦伤踏面。
3.1 外部环境因素引起的踏面损伤
(1)严寒季节轨道上存在积雪、霜冻、油污,降低了轮对和钢轨之间的粘着系数,致使制动力大于粘着力,容易引起车轮擦伤。(2)调车作业时,突开折角塞门,或着运行过程中软管爆破等意外情况,如果采取紧急制动措施,闸瓦将会抱死车轮而损伤踏面。(3)铁路线路养护条件太差。(5)轮轨外形与材质匹配上存在不合理情况。(6)转向架技术状态不好。(7)牵引装载定数太大。(8)车轮长期在轨道上滚动。
4 如何利用TPDS系统有效监控客车踏面损伤
铁路部门根据已有的TPDS 货车踏面损伤监测数据的基础上,并结合《铁道货车运用维修规程》,制定了客车踏面损伤报警标准。但是客车的轮重、速度、结构与货车存在显著的差异,因此采用TPDS系统对客车踏面损伤进行监测时,需要重新开发客车的踏面损伤报警模型,并根据《铁路客车运行维修规程》制定相应的报警标准。本文的TPDS对客车踏面损伤效仿TPDS系统监测货车踏面损伤模型及标准。将TPDS检测系统设在铁路正线上的轮轨力检测平台上,采用动态监测法监测通过客车的横向、垂向轮轨冲击力,及时预报剥离、擦伤、碾堆、多边形轮对、局部凹陷、动不平衡等不同类型的客车踏面损伤、蛇行失稳和客车超偏载情况。踏面损伤的危害程度大小与踏面位置、形态、类型息息相关,无法用单一几何量来判别。TPDS系统通过监测轮轨冲击力,综合评估轮重和运行加速度等因素,获得冲击当量数据,进而对各种形式的踏面损伤做出准确、合理的判断,对评判踏面损伤的危害程度具有科学依据。
5 TPDS系统软件的改进
TPDS系统可以有效监测径动不平衡、剥离、局部凹陷、擦伤、向跳动、碾堆等各种踏面引起的冲击作用,结合速度、轮重等其他因素,得到综合评判踏面损伤严重程度的冲击当量指标,可以对防止客车轴承保持架等关键零部件裂损发挥重要作用。目前,铁路局在TPDS系统的预报标准等级和处理要求方面,究竟客车踏面损伤到什么程度做跟踪、是否需要拦停客车、拦停后多长时间才能处理好等研究的不够深入,如铁道部运输局在运装货车电[2006]1856号热轴事故通报中提到的P62N3313826棚车5位轴承冒烟问题[3]。全铁路TPDS系统预测31次踏面擦伤1级报警,但是TPDS探测站、列检所未做出任何重视,所以在客车TPDS系统预警后需要对踏面损伤进行高度重视。
5.1 TPDS系统软件的改进
TPDS系统探测站采用远程在线实时监测方式,接收并分析判断探测站设备状态检测信息,随时诊断客车踏面损伤程度并准确定位,通过精确定位界面显示客车踏面损伤位置和程度,提供探测站踏面损伤具体类型和位置查询,方便检修人员全面掌握踏面损坏位置和情况。
5.2 建议
TPDS系统实行全国联网,通过将监测到的数据及时准确的传输网络,并且传送探测站TPDS系统的运行状态自检信息,使全国铁路部门的管理维护人员随时掌握客车踏面运行状态,及时发现踏面损伤程度和具体位置,进而提高设备维修的及时度和准确性,强化设备运用管理,减少踏面损伤带来的不必要的危害。在保证数据监测和定位的同时,定时检查TPDS系统的运行状态,并维修客车踏面和客车制动机、轮对等机械故障,更好的发挥安全监测设备的功效。
结论
调查发现,全国铁路运营客车存在大量的踏面损伤轮对,比例约为4.6%,这些踏面损伤轮对会严重危害客车结构及轨道结构。为了使客车运行品质优良且安全,需要采取TPDS系统实时检查客车踏面损伤的程度。
(1)数据调查统计分析发现,目前铁路客车踏面损伤形成的主要原因是编组作业,只有将编组站作业条件进行合理改善,就会最大程度的减少客车踏面损伤的发生。
(2)提高轮对质量,缓解机动制动,培训客车操作人员对车辆制动机的操控,分析确定轮对制造踏面损伤的原因,专家组研究解决轮对制造工艺水平,及时维修车辆制动机故障,进而会有效减少轮对踏面损伤。
(3)保障客车整个运输过程的安全,采取TPDS系统实时监测轮对踏面损伤程度,及时报警分析故障,维修人员及时做好维修。
参考文献
1. 宋金瑛. TPDS、TADS监控结果与车辆运行故障关联性分析[J]. 铁道机车车辆, 2007,27(2):58-62
2. 柴雪松,朱兴红. 车辆运行状态监测系统(TPDS)在轨道负荷监测中的应用[J], 铁道建筑, 2008, 11: 93-95
3. 曹 松, 马千里 , 蒋 荟, 刘春煌. 超偏载集中监控系统的研究[J]. 铁道学报, 2010,32(3): 136-141
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