机车车辆车轮监测检测设备浅析

◇中国铁路西安局集团有限公司西安机务段 蒋 博

中国铁道科学研究院有限公司电子计算技术研究所 龚 利

中国铁路武汉局集团公司武昌南机务段 张卫伟

针对目前存在的铁路机车车辆车轮监测与检测设备现状，从监测检测设备的原理、构成方面，结合现场运用实际，对各个系统的优缺点进行分析，以此来指导现场实际生产，确保铁路机车车辆运用可靠，达到节支降耗、提高劳动效率的目的。

随着科技水平的发展与提高，各种新兴的监测检测手段的应用，让铁路机车车辆车轮的运行安全稳定性有了显著的提高，运维方式逐步的从人防向物防、技防转变。近年，运用在机车车辆车轮监测检测上的新兴技术设备有：5T系统、LY系统、LU系统、JK430系统等，但是各个系统的监测检测数据既有关联性又相互独立，无法形成共享，造成数据分析效率低下，无法更好的为运输生产服务。为此，本文将从各个系统的结构组成、探测原理上进行深入的分析，结合现场实际，找到各个系统的关联性特点。

1 各监测检测设备的组成

（1）5T探测系统。5T探测系统指的是：TADS、TFDS、THDS、TPDS、TCDS。其中THDS负责对运行中铁路车辆轴承的温度变化进行实时监控；TPDS负责对铁路车辆车轮踏面、运行品质、超偏载等进行预警；TADS负责对铁路车辆轮对轴承早期故障进行声学诊断；TFDS负责对运行中的铁路车辆各个部位进行动态拍摄成像；TWDS负责对铁路车辆车轮轮缘限度进行预警。

（2）LY系统。LY系统是车辆轮对故障动态检测系统，是轮对外形几何尺寸、踏面擦伤及车轮深层次缺陷检测设备。安装在机车入库线上，运用“光截图像测量技术”、“高精度位移检测技术”和“超声波阵列探伤技术”，在线动态检测车轮外形几何尺寸、与钢轨接触部位踏面擦伤和车轮内部缺陷，由基本检测单元、现场控制中心、远程传输通道和远程控制中心四个部分组成，如下图所示。

（3）LU系统。LU系统是移动式轮辋轮辐探伤系统，安装在运用维修段检修车间地沟内，组合利用相控阵超声探伤技术和常规超声探伤技术，通过沿地沟导轨移动的检测小车在线检测轮对的轮辋轮辐缺陷；由检测小车、顶转轮单元、超声探伤单元、机器人控制单元、耦合水供应单元、地沟拖链系统、系统控制及处理单元、数据分析及联网管理单元和样板轮对试块组成，如下图所示。

（4）JK430系统。JK430系统是机车走行部监测装置，是专门为保证铁路机车安全运行而研制的在线车载动态监测预警装置；由车载监测主机、数据采集复合传感器、前置通信处理器、传输线缆、地面分析系统组成。可以监测机车轴承故障、轮对踏面缺陷、牵引齿轮等。

2 各监测检测设备的探测原理

（1）5T系统。5T系统在机车检测方面，主要使用TPDS模块，对机车踏面损伤问题包括车轮局部损伤（擦伤、剥离、碾堆、局部失圆等）和分布式损伤（车轮多边形）进行探测，同时也对机车车轮超偏载情况进行监测。该系统采用若干个压力传感器作为主要的检测设备，安装在轨枕上，组成综合检测区；基于连续测量的轮轨垂直力动态检测机车车轮踏面损伤，以冲击当量和循环阶次作为主要参数，表征车轮踏面损伤类型和损伤程度。

（2）LY系统。①外形尺寸检测单元：采用“光截图像测量技术”来实现对踏面磨耗、轮缘厚度、QR值、车轮直径、轮对内距的非接触动态检测。②踏面擦伤检测单元：采用“接触测量法”，利用高精度位移传感技术测量车轮轮缘高度的变化，来定量测量轮轨接触区域的车轮擦伤和剥离。③车轮在线探伤单元：利用“超声波阵列探伤技术”，轨道两侧分别布置双排超声波探头阵列，该探头阵列分别由大角度超声波探头和双晶体直探头组成，实现轮辋周向和径向缺陷，轮缘顶点至根部径向缺陷覆盖扫查。

（3）LU系统。LU系统利用相控阵超声探伤技术和常规超声探伤技术，在轮对的踏面组合布局多个超声直探头、斜探头和“V”型路径相控阵探头，通过配置探头的数量、类型、角度参数，机车LU系统能够检测各型机车带箍轮轮辋及整体轮轮辋轮辐各类型缺陷。

（4）JK430系统。JK430系统是基于共振解调技术的机械故障诊断，由传感器采样被测设备的故障冲击信号，通过共振解调技术提取机械故障特征频谱，与预置的故障频谱进行比对，进而判定机械故障类型。JK430系统主要诊断各周历经性故障和方位固定性故障。

3 各监测检测设备的探测优缺点分析

（1）5T探测系统（TPDS模块）：由于采用压力传感器，在实际使用过程中发现，5T探测系统的TPDS模块能够准确的检测出车轮的不圆度问题、以及车轮的缺陷问题；其次，该系统还能够准确探测出车轮超偏载情况，间接反映机车同轴车轮轮径差过大问题。

（2）LY系统。①外形尺寸检测单元：对机车车辆车轮的各基础尺寸能够进行准确的探测，从实际使用情况来看，探测误差不大于0.5mm，对机车车辆的日常运用具有极大的指导意见，做到了机车车辆车轮定量检测与分析。②踏面擦伤检测单元：对机车车辆车轮的擦伤情况进行准确的探测，能够准确测量轮对的擦伤深度和长度。③车轮在线探伤单元：对机车车辆车轮的内部深层次缺陷情况进行探索，提早发现故障隐患，采取措施，确保运行安全；终结了原来的定期人工车轮超声探伤，每次入库整备均进行探伤检查，确保走行部运行安全。但是探伤的精度比LU探伤低。

（3）LU系统。主要用于定期的机车车辆车轮深层次缺陷探查，同时也用于LY系统的车轮在线探伤单元车轮探伤报警情况的进一步复核。该系统的探伤全程采用机械化的自动探伤，探伤的精度与准确性高于LY系统的在线探伤单元，同时将原来人工车轮动轮超声探伤进行替代，探伤的准确性与完整性完全优于人工探伤，节省了人工引车作业、人工多次探伤等作业环节。

（4）JK430系统。JK430系统按照传感器的安装位置情况，能够监测机车轴箱轴承故障、牵引齿轮故障、轮对踏面故障、牵引电机轴承故障、驱动轴承故障。其中各轴承故障为直接监测，牵引齿轮故障和轮对踏面故障为间接测量。由于各部故障的特性情况（各周历经性故障和方位固定性故障），JK430系统能够准确的监测出轴承外环故障、轴承内环故障、轴承滚子故障，但是对轴承保持架故障诊断由于故障特征频谱不明显，无法做到准确的监测，基本上靠作业者的业务水平及经验进行判断；同时，JK430系统对于轮对踏面的故障诊断，能够准确做到定性判断，可以监测出轮对踏面存在缺陷，但是无法判别是何种缺陷（比如：剥离、裂纹、擦伤、不圆等），要准确的判断是何种缺陷，完全依靠作业者的业务水平及经验；另外，JK430系统对于牵引齿轮的故障诊断，因传动方式的不同受轮对踏面的故障信息干扰比较严重。

4 结语

本文对目前使用的机车车辆车轮监测检测系统，结合现场实际，进行了简要的比对分析，得要如下结论。

（1）JK430系统的监测功能最为全面，也最为准确，但是对于数据结果的分析，对数据分析人员的业务能力要求较高，否则会造成无法准确判断故障原因及处所的情况。同时该设备目前仅在机车上装用。

（2）5T系统TPDS模块、LY系统的车轮在线探伤单元、JK430系统三者的探测的数据，可以相互作为补充，对于同时存在的报警，认真对待，深入分析数据，查明报警原因，及时采取处理措施，防止故障扩大化。

（3）LY系统的车轮在线探伤单元和LU系统，作为轮对深层次缺陷检测装置，可以使机车轮对的监测做到趟趟监测，摈弃原来的人工定期超声扫查，可靠性更高。对于深层次缺陷报警的机车，须及时查明原因，采取必要的措施，防止故障发生。

（4）LY系统的外形尺寸检测单元，使机车车辆的运用更可靠，监测更准确。

（5）LY系统的踏面擦伤检测单元，可以作为JK430装置的补充，对于同时存在的报警，及时安排镟修轮对，防止故障扩大化。但是，对于擦伤的深度和长度目前还没有明确的限度数据进行指导现场生产，需要大家在实践中积极摸索，制定切实合理的限度数据，以此来指导生产。