測試技術應用在列車中應用與展望

1、測試技術應用在列車中應用與展望目錄測試技術的定義1軌道檢測列車2列車完整性檢測3列車車輪磨損檢測4測試技術的定義測試（measurement and test）是測量與試驗的概括，是人們借助于一定的裝置，獲取被測對象有相關信息的過程。測試包含兩方面的含義：一是測量，指的是使用測試裝置通過實驗來獲取被測量的量值；二是試驗，指的是在獲取測量值的基礎上，借助于人、計算機或一些數(shù)據(jù)分析與處理系統(tǒng)，從被測量中提取被測量對象的有關信息。測試分為動態(tài)測試和靜態(tài)測試。如果被測量不隨時間變化，稱這樣的量為靜態(tài)量，相應的測試成為靜態(tài)測試；反之為動態(tài)。測試技術的定義在現(xiàn)實生活中，處處都離不開測量。所謂測量就是借助于

2、專用的技術工具通過實驗和計算，對被測對象收集信息的過程。在自然界中，對于任何被研究的對象，若要定量地進行評價，必須通過測量來實現(xiàn)。在電子技術領域中，中肯的分析只能來自正確的測量。通過測量，我們由感性世界跨入了理性世界，逐步有了理性的分析，通過分析和歸納，我們才能得到規(guī)律性的知識來改造世界，科學技術才能得以高速發(fā)展。在鐵路的發(fā)展過程中，安全和高效是其發(fā)展永恒不變的兩個重要目標?，F(xiàn)如今列車的行走理念是高速和重載，隨之而來的各類問題是我們絕不容忽視的，所以對于列車的測試就顯得尤為重要。在此我們從以下幾個方面對列車的測試技術進行介紹：1、軌道檢測列車2、列車完整性檢測3、列車車輪磨損檢測軌道檢測列車

3、軌道檢查車 是檢查軌道病害、指導軌道維修、保障行車安全的大型動態(tài)檢測設備，也是實現(xiàn)軌道科學管理的重要手段，為此各國鐵路都重視軌檢車的開發(fā)和應用。 至今，軌檢車的發(fā)展已有百余年的歷史。軌道檢測列車1877年第一輛軌檢車誕生，至20世紀40年代，瑞士、聯(lián)邦德國、美國、法國、日本都有了軌檢車。這個時期的軌檢車主要為接觸式機械軌檢車，測量速度低、項目少、技術落后、采用弦測法檢測。50及60年代，軌檢車向電氣式轉變，測試儀表電子化、項目增加、速度提高，并開始應用慣性原理檢測方法。軌道檢測列車70年代以來軌檢車發(fā)展極快，歐美、日本等許多發(fā)達國家相繼研究各種先進的軌道檢測技術和新的測量原理，如：慣性原理、光

4、電、電磁、電容等無接觸傳感器，伺服跟蹤、自動補償及修正技術在軌檢車上廣泛應用，車載計算機進行軌檢數(shù)據(jù)處理，提高了檢測精度和速度，增加了檢測功能。軌道檢測列車80年代以來，激光、數(shù)字濾波、圖像處理等在軌檢車上應用更加廣泛。以計算機為中心，對軌檢信號進行模擬及數(shù)字混合處理，保證軌檢結果不受列車速度和運行方向的影響。采用數(shù)字濾波技術擴大了軌道不平順可測波長的范圍，改善了軌檢系統(tǒng)的傳遞函數(shù)特性，大大提高了檢測的精確性和可靠性。軌道檢測列車 日本軌檢車發(fā)展意大利軌檢車發(fā)展 意大利軌檢車發(fā)展沖擊有碴軌道列車時速新紀錄的法國“V150”列車軌道檢測列車 軌檢車的發(fā)展趨勢一是在高速鐵路上，綜合檢測列車越來越受

5、到重視，日本的East i、意大利的“阿基米德”、法國IRIS320和我國高速綜合檢測列車都為高速鐵路、既有線提速區(qū)段的安全和高效運營提供保障。二是綜合檢測列車技術思路，是保持各專業(yè)檢測相對獨立的同時，通過共享時間、里程和速度信息，實現(xiàn)檢測信息時間和空間的同步。軌道檢測列車三是檢測內容越來越豐富，從工務道床、軌枕、扣件、鋼軌、軌道幾何、隧道限界，到電氣化設備和通信信號設備，都開發(fā)了相應的檢測技術及設備。四是激光和攝像檢測技術獲得了廣泛應用，提高了檢測速度、精度和可靠性。軌道檢測列車隨著我國鐵路提速戰(zhàn)略的實施，對列車的安全、舒適性提出了更高的要求，同時運行速度的提高和重載列車的開行，對軌道的破壞

6、作用加大，導致軌道狀態(tài)的惡化加劇。因此，加強軌道動態(tài)檢測力度，及時掌握軌道質量狀態(tài)，正確指導線路養(yǎng)護維修，確保鐵路運輸安全，已成為鐵路工作中的一項重要基礎工作。截至2004年，我國鐵路現(xiàn)役軌檢車按檢測系統(tǒng)類型劃分為四類：GJ-3型、GJ4型、GJ4G型、GJ5型。軌道檢測列車 GJ4型軌檢車在美國T10型軌檢車的基礎上，采用慣性基準原理，應用“傳感器模擬信號處理數(shù)字信號處理”組成的綜合補償系統(tǒng)對各種誤差信號進行補償修正，檢測項目比較齊全，除評價線路質量狀態(tài)的軌距、軌向、高低、水平、三角坑以及車體水平和垂直振動加速度等指標外，還可識別道岔、道口、橋梁等地面具有顯著特征的標志物，方便工務人員查找軌

7、道病害處所。GJ-4軌道檢測車外觀軌道檢測列車GJ5型軌檢車采用慣性基準法、非接觸式測量方式，由基于攝像原理的軌距軌向測量系統(tǒng)取代光電伺服機構，所有傳感器均安裝在懸掛于轉向架構架上的檢測梁內，取消了軌距吊梁。由于經過一系列減震，檢測梁工作時所受的振動和沖擊大大降低，安全性顯著提高，同時也消除了檢測設備在特定檢測速度下產生共振的可能性。由于不存在伺服機構的往復運動，檢測設備的故障率也大大降低。GJ5型軌檢車軌道檢測列車可以進行軌距、軌向、高低、水平、三角坑、曲率、車體加速度、鋼軌波磨和鋼軌磨耗及斷面等項目的測量，其計算機系統(tǒng)由一臺VME計算機和數(shù)臺Windows平臺計算機組成，采用TCP/IP協(xié)

8、議組成車上局域網。VME計算機負責數(shù)據(jù)采集和軌道幾何數(shù)據(jù)的合成，由一臺運行Windows2000系統(tǒng)的計算機作為服務器，負責與VME計算機的通訊，獲取檢測數(shù)據(jù)，同時進行數(shù)據(jù)存儲以及超限判別等工作。其余Windows平臺計算機可以運行相應的軟件，通過網絡與服務器通訊，完成幾何數(shù)據(jù)顯示、超限編輯、報表打印和里程校核等任務。ImageMap公司提供了WinDBC、DefectEditor、DefectMonitor、OnDemandReport和TermiFlex軟件實現(xiàn)相應的操作。軌道檢測列車 多功能安全綜合檢測車是高速鐵路配備的專用檢測車。其功能是測量軌道幾何狀態(tài)、軸箱構架和車體加速度、鋼軌表面

9、狀態(tài)、接觸網以及輪軌作用力、無線通信、信號等項目。線路地貌監(jiān)測系統(tǒng)和GPS系統(tǒng)作為輔助系統(tǒng)，協(xié)助檢測人員對檢測項目進行定位和分析。同時，能夠實現(xiàn)綜合檢測列車各檢測系統(tǒng)間的位置與地面高程同步，并實現(xiàn)自動修正里程。各檢測系統(tǒng)的檢測數(shù)據(jù)都能夠傳輸?shù)街笓]控制中心。 目前我國鐵路共有三列綜合檢測列車。軌道檢測列車CRH2-010A過渡過渡綜合檢測列車綜合檢測列車CRH2-061C過渡過渡綜合檢測列車綜合檢測列車0號高速綜合檢號高速綜合檢測列車測列車動車組動車組型式型式四方股份四方股份CRH2動動車組車組四方股份四方股份CRH2動車組動車組長客股份長客股份CRH5動車組動車組檢測速檢測速度度200250k

10、m/h300350km/h250km/h檢測項檢測項目目軌檢系統(tǒng)缺軌距軌檢系統(tǒng)缺軌距和軌向，無和軌向，無GSM-R檢測能力檢測能力軌檢系統(tǒng)缺軌距軌檢系統(tǒng)缺軌距和軌向和軌向齊全齊全軌道檢測列車綜合檢測車的系統(tǒng)組成：一、列車網絡系統(tǒng)二、定位同步系統(tǒng)三、數(shù)據(jù)綜合處理系統(tǒng)四、環(huán)境視頻檢測系統(tǒng)軌道檢測列車 一、列車網絡系統(tǒng)軌道檢測列車 二、定位同步系統(tǒng)軌道檢測列車 三、數(shù)據(jù)綜合處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)綜合處理系統(tǒng)的目標是建立檢測數(shù)據(jù)組織管理機制，建立綜合檢測日報處理系統(tǒng)，實現(xiàn)大值報警機制。軌道檢測列車 四、環(huán)境視頻檢測系統(tǒng)列車完整性檢測在鐵路的發(fā)展過程中，安全和高效是其發(fā)展永恒不變的兩個重要目標。從列車運行安全保障

11、方面來看，研究列車完整性檢測技術對于鐵路事業(yè)的發(fā)展具有重要意義和作用。在我國列車完整性檢測技術始于早期軌道電路通過軌道占用檢測方式檢查列車完整性，之后發(fā)展成依托列車尾部防護裝置設備實現(xiàn)列車的完整性檢測。隨著我國鐵路行業(yè)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)列車完整性檢測技術已經不能滿足發(fā)展需求，而依托先進定位技術、通信技術以及傳感器技術實現(xiàn)的列車完整性檢測判別是列車完整性檢測技術未來發(fā)展的主要方向。 列車完整性檢測 列車的完整性監(jiān)測是指列車運行過程中利用設備檢測列車的完整性，即檢測列車有無脫鉤拋車現(xiàn)象，目前國內大多采用列車尾部安全防護裝置（列尾裝置）來完成。列尾裝置由安裝在列車尾部的主機和司機室內的控制盒兩部分組成

12、，它能實時檢測列車尾部風管風壓并將風壓信息不停的反饋給機車司機控制盒，實現(xiàn)欠壓報警，提示司機采取緊急制動等應急措施。主機對主管風壓進行檢測，當列車發(fā)生拋車，風管斷開漏風，泄露量超過規(guī)定值時，通過無線調度系統(tǒng)機車電臺及時向機車乘務員發(fā)出警示。列車完整性檢測 但是，列尾裝置在使用過程中還存在一些問題，如：既有或新增的無線列調，沒有列尾裝置司機控制盒的預留接口，給安裝和使用帶來困難；無線列調的使用頻率不當，造成樞紐內列尾裝置主機與無線列調間相互干擾，影響列車的出發(fā)；列尾裝置對風壓的查詢頻率不夠，有些一分鐘甚至幾分鐘查詢一次，這樣不能保證完整性檢查的實時性；另外無線通信存在盲區(qū)，設備受環(huán)境影響較大。列

13、車完整性檢測列車完整性檢測 GPS技術在列車完整性檢測中的應用 火車在正常行使過程中車頭和車尾的距離固定不變。如果發(fā)生拋車事故，車頭和車尾的距離增大。GPS檢測列車拋車的原理就是在火車的行進過程中檢測列車頭尾的GPS位置信息，并計算列車頭尾兩點的直線距離。當發(fā)現(xiàn)計算的直線距離Lt大于火車的原始長度Lo時，即可以判定拋車。列車完整性檢測 歐洲相關部門于目前采用的列車完整性檢查系統(tǒng)即TIMS(Train Integrity Monitoring System)是歐洲列車控制系統(tǒng)(ETCS)中的重要組成。TIMS是ETCS三級必需的子系統(tǒng)，能夠應用在高密度、移動閉塞的線路上。不僅減少路旁設備外，而且

14、縮短平均列車間隔，提高行車效率。列車完整性檢測 在TIMS的實現(xiàn)方法中，GPS的應用是通過對車頭尾定位來檢測車長。定位方法大多軌道地圖數(shù)據(jù)庫與衛(wèi)星定位相結合，利用軌道數(shù)字地圖的數(shù)據(jù)資源，補充衛(wèi)星不完備條件下的定位條件缺失問題。例如在基于軌道地圖數(shù)據(jù)庫的雙星定位模型中，數(shù)字地圖提供的區(qū)間軌道信息可視為一系列坐標點信息，軌道段可根據(jù)要求劃分，每一個小段可視為空間直線段，利用一定的坐標轉換方法，可以將其轉換至WGS一84坐標，再應用雙星定位算法定位結算。這種方法計算精確，但是需要編輯數(shù)據(jù)庫，前期準備，測量工作繁重。列車完整性檢測 加速度傳感器檢測技術 對火車的運動規(guī)律和列車拋車特點進行分析，可以得到

15、如下結論: （1）列車在減速過程中不可能發(fā)生拋車， （2）列車在勻速和加速行使時會發(fā)生拋車。列車完整性檢測 在車尾和車頭分別安裝加速度傳感器，然后把車尾加速度傳感器的數(shù)據(jù)通過“車載綜合電臺”發(fā)送到車頭的列車運行信息檢測平臺，和車頭加速度傳感器的數(shù)據(jù)進行對比，就可得到列車的完整性信息。但這種方法對“車載綜合電臺”的依賴性較高，一旦“車載綜合電臺”出現(xiàn)問題，其可靠性就難以保障。列車車輪磨損檢測 近年來，為滿足我國國民經濟高速發(fā)展的需求，火車的行車速度正在不斷提升，火車車輪是鐵路機車級車輛的主要運動部件，其質量的可靠性是保證火車運行，減少火車運輸風險有著重要的意義，對車輪進行全面檢測是保證其質量的一

16、個重要的手段，它可以及時發(fā)現(xiàn)隱患，防止和避免惡性事故的發(fā)生。列車車輪磨損檢測 火車車輪是一個形狀較為復雜的部件，采用現(xiàn)有的常規(guī)無損檢測方法只能對其中某些部分進行檢測。例如：采用壓電超聲的方法檢查輪輞部；用磁粉檢查輪體部。然而長久以來對于車輪踏面表和近表面區(qū)域中的缺陷尚未有一種較為理想的檢測方法，火車車輪踏面部分是車輪直接與鋼軌接觸的部分，在火車啟動、行走（特別是彎道行駛）和剎車燈過程中，這些部分的受力和冷熱交替變化極為劇烈，任何原有的微小瑕疵和缺陷都可能擴展和擴大，導致車輪的局部或整體破壞，甚至釀成災難性的事故。列車車輪磨損檢測 本次我來向大家介紹一種新型的探傷方法： 將磁超聲波表面波的激發(fā)應用于高速列車車輪的探傷，用以填補現(xiàn)行檢測手段在車輪踏面部位的不足，從而保證運行車輪的質量。列車車輪磨損檢測 所謂電磁超聲法的核心和電磁超聲換能器技術。其主要的組成部分是：高頻線圈、外磁場、試樣本身。如圖是用Lorentz力激發(fā)橫波的EMAT換能器示意圖。列車車輪磨損檢測 我們利用EMAT直接在車輪的踏面表面上激發(fā)出相向傳播的兩束超聲表面波。所激發(fā)出的聲波束將沿著車輪表面及近表