TPDS對(duì)客車(chē)踏面損傷監(jiān)測(cè)應(yīng)用分析*

王興華，曾宇清

（1 中國(guó)鐵路總公司 運(yùn)輸局，北京100844；2 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 機(jī)車(chē)車(chē)輛研究所，北京100081）

TPDS對(duì)客車(chē)踏面損傷監(jiān)測(cè)應(yīng)用分析*

王興華1，曾宇清2

（1 中國(guó)鐵路總公司 運(yùn)輸局，北京100844；2 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 機(jī)車(chē)車(chē)輛研究所，北京100081）

結(jié)合車(chē)輛運(yùn)行品質(zhì)軌邊動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（TPDS）在武漢鐵路局客車(chē)踏面損傷監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用，分析了TPDS客車(chē)運(yùn)用的可行性，深入探討了TPDS客車(chē)運(yùn)用存在的問(wèn)題，并提出了TPDS運(yùn)用于客車(chē)監(jiān)測(cè)，需要對(duì)TPDS實(shí)現(xiàn)設(shè)備及軟件升級(jí)及監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)完善等建議。

客車(chē)；TPDS；踏面損傷

踏面損傷帶來(lái)的輪軌間大的沖擊力，是軌道車(chē)輛結(jié)構(gòu)故障的主要外因，軸承部件傷損、轉(zhuǎn)向架零部件斷裂等一般都與踏面損傷密切相關(guān)，如軸箱彈簧斷裂、軸承保持架裂損、轉(zhuǎn)向架側(cè)梁開(kāi)裂等。在各類(lèi)踏面損傷中擦傷、剝離、局部凹入、碾堆等顯性損傷可由人工測(cè)得，然而失圓、動(dòng)不平衡等隱性輪對(duì)損傷人工測(cè)量很困難，并且這類(lèi)隱性踏面損傷導(dǎo)致的沖擊幅值隨客車(chē)速度增加明顯增加，在客車(chē)踏面損傷中占有較大比例，所以基于輪軌力測(cè)量的踏面損傷監(jiān)測(cè)，對(duì)客車(chē)而言不僅是傳統(tǒng)檢查手段的必要補(bǔ)充，而且從故障探測(cè)范圍、損傷評(píng)估方面更為科學(xué)，是客車(chē)踏面損傷監(jiān)測(cè)的方向。

車(chē)輛的動(dòng)力學(xué)性能、踏面狀態(tài)以及載荷分布對(duì)列車(chē)運(yùn)行安全至關(guān)重要。在基本建成的5T系統(tǒng)中，車(chē)輛運(yùn)行品質(zhì)軌邊動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)［1］（TPDS）利用設(shè)在軌道上的測(cè)試平臺(tái)，對(duì)通過(guò)車(chē)輛的輪軌垂直力、橫向力進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)和分析，在實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)不良貨車(chē)識(shí)別，同時(shí)具有車(chē)輪踏面損傷及超偏載檢測(cè)功能。TPDS系統(tǒng)在貨車(chē)踏面損傷功能應(yīng)用方面取得了顯著的成效［2］，貨車(chē)踏面損傷報(bào)警比例持續(xù)減低，2013年與2008年相比，貨車(chē)踏面損傷報(bào)警率下降了80%以上，相關(guān)大部件裂紋類(lèi)故障明顯減少，如搖枕和側(cè)架裂紋類(lèi)等典型故障，同期下降90%，有力保障了貨車(chē)的安全運(yùn)行。

目前，TPDS在全鐵路已安裝130套，全鐵路聯(lián)網(wǎng)運(yùn)用86套，年監(jiān)測(cè)客車(chē)量約2 500萬(wàn)輛次，監(jiān)測(cè)覆蓋范圍較廣，進(jìn)行客車(chē)運(yùn)用的基礎(chǔ)較好。由于以前客車(chē)沒(méi)有電子標(biāo)簽，TPDS的監(jiān)測(cè)結(jié)果無(wú)法自動(dòng)歸類(lèi)，監(jiān)測(cè)結(jié)果無(wú)法根據(jù)車(chē)號(hào)與方位準(zhǔn)確定位到輪位，因此TPDS踏面損傷功能在客車(chē)方面應(yīng)用一直處于探索階段。隨著客車(chē)加裝車(chē)號(hào)工作的推進(jìn)，該問(wèn)題將在2014年全面解決。這樣，明確運(yùn)用可行性的關(guān)鍵就是明確現(xiàn)有TPDS對(duì)客車(chē)監(jiān)測(cè)的能力、效果問(wèn)題。

1 TPDS在武漢鐵路局客車(chē)運(yùn)用的分析

武漢鐵路局從2008年起，對(duì)TPDS踏面損傷報(bào)警功能在客車(chē)上的應(yīng)用做了大量的探索工作，在配屬的154輛餐車(chē)上加裝電子標(biāo)簽，武昌車(chē)輛段設(shè)專(zhuān)人從原鐵道部級(jí)TPDS系統(tǒng)下載武漢鐵路局客車(chē)通過(guò)全鐵路TPDS探測(cè)站的監(jiān)測(cè)結(jié)果，人工梳理、匯總踏面損傷報(bào)警信息給武昌、漢口、信陽(yáng)、襄陽(yáng)、宜昌等5個(gè)客車(chē)運(yùn)用所，對(duì)報(bào)警客車(chē)車(chē)輪進(jìn)行復(fù)核、追蹤、維修，并反饋處理信息。

2012年武漢鐵路局全年復(fù)核案例4 174例，剔除小于TPDS報(bào)警值（沖擊當(dāng)量大于等于19）及未入庫(kù)復(fù)核等情況后，有效樣本共3 117例，預(yù)報(bào)故障與復(fù)核故障位數(shù)不匹配或復(fù)核無(wú)踏面損傷故障共計(jì)713例均計(jì)入未兌現(xiàn)樣本，這樣，復(fù)核有TPDS踏面損傷的輪對(duì)2 404例，從踏面損傷定性角度來(lái)看，保守估計(jì)的兌現(xiàn)率為77.12%（見(jiàn)表1）。檢出的踏面損傷故障包括剝離、失圓、擦傷、空洞，從表1可以看到失圓這類(lèi)不易被人工檢出的隱性輪對(duì)損傷具有較大比例。

表2對(duì)比了2010～2012年武漢鐵路局與全鐵路客車(chē)踏面損傷報(bào)警情況，由于不同車(chē)次運(yùn)用工況及車(chē)輛配置差別較大，對(duì)客車(chē)踏面損傷分布有明顯影響，故此，按直達(dá)車(chē)、特快車(chē)、快車(chē)、普通客車(chē)等分類(lèi)進(jìn)行。

從表2可以看到，直達(dá)列車(chē)TPDS報(bào)警比例總體較低，說(shuō)明直達(dá)列車(chē)踏面狀況良好，但近年來(lái)全路直達(dá)列車(chē)報(bào)警比例有所上升；同期，武漢鐵路局直達(dá)列車(chē)報(bào)警比例低于全鐵路平均水平、且穩(wěn)中有降。

特快列車(chē)TPDS報(bào)警比例高于直達(dá)列車(chē)，近年全鐵路特快列車(chē)報(bào)警比例穩(wěn)中有降，2012年按輛統(tǒng)計(jì)為1%；同期，武漢鐵路局特快列車(chē)報(bào)警比例低于全鐵路平均水平、且穩(wěn)中有降，2012年按輛統(tǒng)計(jì)只有0.31%。

普通快車(chē)踏面損傷TPDS報(bào)警比例是分類(lèi)統(tǒng)計(jì)中最高的，近年全鐵路普通快車(chē)報(bào)警比例穩(wěn)中有降，2012年按輛統(tǒng)計(jì)為4.42%；同期，武漢鐵路局普通快車(chē)報(bào)警比例由2010年高于全路平均水平（5.87%）的7.36%，降到2012年的2.02%，明顯低于全鐵路平均水平4.42%。降幅72.55%，效果明顯。

普通客車(chē)TPDS報(bào)警比例在分類(lèi)統(tǒng)計(jì)中僅少于普通快車(chē)，近年全鐵路普通客車(chē)報(bào)警比例總體穩(wěn)中有降，2012年按輛統(tǒng)計(jì)為2.8%；同期，武漢鐵路局普通客車(chē)報(bào)警比例在2011年高于全鐵路平均水平（2.62%）為3.57%，2012年按輛統(tǒng)計(jì)為1.13%，低于2.80%的全鐵路平均水平。

綜合統(tǒng)計(jì)旅客列車(chē)踏面損傷TPDS報(bào)警比例，2010～2012年全鐵路客車(chē)報(bào)警比例由4.21%降到3.42%，降幅為18.76%；同期，武漢鐵路局由4.21%降到1.75%，下降幅度達(dá)58.43%，運(yùn)用效果明顯，如圖1所示。

綜上所述，利用TPDS實(shí)現(xiàn)客車(chē)狀態(tài)監(jiān)測(cè)在技術(shù)上是可行的。

2 TPDS客車(chē)運(yùn)用存在的問(wèn)題

以上分析表明，既有TPDS應(yīng)用于客車(chē)監(jiān)測(cè)定性上是可行的，但仍然存在以下問(wèn)題亟待解決。

2.1 測(cè)試平臺(tái)問(wèn)題

當(dāng)前TPDS測(cè)試平臺(tái)由22根混凝土軌枕組成框架式軌道測(cè)試平臺(tái)以降低線路因素引起的輪軌力變動(dòng)。為有效區(qū)分同一轉(zhuǎn)向架的不同車(chē)軸，每個(gè)測(cè)試區(qū)長(zhǎng)度設(shè)定為1.6 m，共為3個(gè)測(cè)區(qū)，有效測(cè)試區(qū)長(zhǎng)度4.8 m，為實(shí)現(xiàn)貨車(chē)蛇行失穩(wěn)的半波檢測(cè)，測(cè)試區(qū)內(nèi)軌枕間距為760 mm與標(biāo)準(zhǔn)的600 mm軌枕間距不同。

現(xiàn)有TPDS有效測(cè)試區(qū)長(zhǎng)度4.8 m，只能適應(yīng)貨車(chē)蛇行失穩(wěn)半波長(zhǎng)檢測(cè)，由于客車(chē)車(chē)輛定距和轉(zhuǎn)向架軸距較貨車(chē)長(zhǎng)，蛇行失穩(wěn)波長(zhǎng)較貨車(chē)長(zhǎng)，有效測(cè)試區(qū)長(zhǎng)度須擴(kuò)展至6 m才能適應(yīng)客車(chē)蛇行失穩(wěn)的需求；并隨著運(yùn)輸密度的增加，正線采用大型養(yǎng)路機(jī)械進(jìn)行作業(yè)，由于TPDS測(cè)試區(qū)內(nèi)軌枕間距不標(biāo)準(zhǔn)，作業(yè)較為困難，存在平臺(tái)失修的情況，導(dǎo)致設(shè)備監(jiān)測(cè)精度下降，亟待解決。綜上所述，既有TPDS要在客車(chē)上完整應(yīng)用，需要對(duì)既有TPDS的探測(cè)平臺(tái)進(jìn)行技術(shù)升級(jí)，主要內(nèi)容有兩點(diǎn)，其一，有效測(cè)試區(qū)長(zhǎng)度須延長(zhǎng)至6 m；其二，測(cè)試區(qū)軌枕間距須從現(xiàn)有的760 mm調(diào)整至600 mm。圖2為T(mén)PDS探測(cè)平臺(tái)升級(jí)方案，軌枕間距600 mm，5個(gè)測(cè)試區(qū)總長(zhǎng)6 m。

2.2 評(píng)判模型問(wèn)題

既有TPDS踏面損傷模型建立在幾億輪次貨車(chē)車(chē)輪監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，并結(jié)合《鐵道貨車(chē)運(yùn)用維修規(guī)程》的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，制定報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)。既有TPDS貨車(chē)踏面損傷報(bào)警分成三級(jí)，一級(jí)報(bào)警（沖擊當(dāng)量≥23）、二級(jí)報(bào)警（23＞沖擊當(dāng)量≥21）、三級(jí)報(bào)警（21＞沖擊當(dāng)量≥19）。

由于客車(chē)和貨車(chē)在輪重、運(yùn)行速度、車(chē)輛結(jié)構(gòu)、維修標(biāo)準(zhǔn)等方面存在顯著差異，要想把TPDS更好地運(yùn)用于客車(chē)監(jiān)測(cè)，需要在大量的客車(chē)車(chē)輪監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)客車(chē)踏面損傷報(bào)警模型，并根據(jù)《鐵路客車(chē)運(yùn)行維修規(guī)程》及客車(chē)運(yùn)用需求，制定相應(yīng)的報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 電磁兼容性能

既有TPDS是針對(duì)貨車(chē)運(yùn)用開(kāi)發(fā)的，其電磁兼容性能還不能完全適應(yīng)客車(chē)的需求。如表1所示，既有TPDS在武漢鐵路局的應(yīng)用也存在一定的誤報(bào)，以下對(duì)武漢鐵路局客車(chē)TPDS踏面損傷誤報(bào)樣本進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。

表3是能匹配車(chē)次的誤報(bào)樣本按供電方式不同的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，表4是武漢鐵路局客車(chē)供電方式比例，可以看出，當(dāng)前貨車(chē)TPDS用于客車(chē)踏面損傷誤報(bào)與車(chē)輛的供電方式密切相關(guān)，約占總輛數(shù)41%的裝用DC 600 V客車(chē)導(dǎo)致了80%左右的TPDS踏面損傷誤報(bào)，其原因是既有TPDS監(jiān)測(cè)設(shè)備針對(duì)貨車(chē)研發(fā)，其電磁兼容性不足，對(duì)客車(chē)踏面損傷的監(jiān)測(cè)會(huì)受到客車(chē)車(chē)載設(shè)備電磁干擾，DC 600 V由于有逆變器等因素，對(duì)地面監(jiān)測(cè)設(shè)備的電磁干擾明顯比AC 380 V嚴(yán)重。

另外北京鐵路局廊坊TPDS探測(cè)站監(jiān)測(cè)客車(chē)分軸錯(cuò)誤也可以說(shuō)明同樣問(wèn)題。表5是廊坊TPDS探測(cè)站，由于電磁干擾導(dǎo)致客車(chē)計(jì)軸錯(cuò)誤，進(jìn)而導(dǎo)致全列監(jiān)測(cè)信息錯(cuò)誤并廢棄的情況統(tǒng)計(jì)，可以看到當(dāng)前客車(chē)監(jiān)測(cè)丟失率約為6%～8%。可見(jiàn)要想把TPDS更好地運(yùn)用于客車(chē)監(jiān)測(cè)，需要有效增強(qiáng)現(xiàn)有設(shè)備的抗電磁干擾能力。

2.4 運(yùn)用軟件問(wèn)題

目前，我國(guó)鐵路貨車(chē)和客車(chē)的運(yùn)用管理機(jī)制不同。貨車(chē)是無(wú)配屬的，貨車(chē)日常運(yùn)用中存在的問(wèn)題歸發(fā)生地所在鐵路局運(yùn)用車(chē)間負(fù)責(zé)；而客車(chē)實(shí)行的是配屬管理，客車(chē)日常檢修運(yùn)用歸配屬鐵路局車(chē)輛段的運(yùn)用車(chē)間負(fù)責(zé)。因此，TPDS系統(tǒng)在客車(chē)、貨車(chē)運(yùn)用管理中存在用戶群不同、管轄范圍不同等情況，需要根據(jù)客車(chē)運(yùn)用管理的要求，研發(fā)針對(duì)TPDS客車(chē)運(yùn)用管理的應(yīng)用軟件，并包含配屬車(chē)輛實(shí)時(shí)監(jiān)控、配屬列車(chē)監(jiān)測(cè)信息查詢、車(chē)輛報(bào)警匯總、報(bào)警車(chē)輛反饋、配屬車(chē)輛運(yùn)行追蹤等功能，構(gòu)成過(guò)程閉環(huán)管理。

2.5 覆蓋范圍問(wèn)題

既有TPDS監(jiān)測(cè)設(shè)備是為貨車(chē)研發(fā)的，其設(shè)置原則是同方向間隔400～500 km，目前規(guī)劃建設(shè)的TPDS尚存在較大的缺口，對(duì)于客車(chē)踏面損傷監(jiān)測(cè)還存在空白，既有TPDS監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)大概覆蓋了70%的客車(chē)交路，要全面應(yīng)用，TPDS監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)亟待補(bǔ)強(qiáng)。

3 結(jié)論及建議

在既有貨車(chē)運(yùn)行狀態(tài)地面安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，經(jīng)濟(jì)、有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)客車(chē)的監(jiān)測(cè)是完全可行的，考慮到輪軌作用監(jiān)測(cè)方式的特點(diǎn)以及當(dāng)前輪對(duì)踏面損傷的實(shí)際情況，采用TPDS對(duì)客車(chē)進(jìn)行監(jiān)測(cè)為改善客車(chē)運(yùn)行安全性非常重要。

要更有效地將TPDS運(yùn)用于客車(chē)監(jiān)測(cè)，需要對(duì)TPDS實(shí)現(xiàn)設(shè)備及軟件升級(jí)，包括調(diào)整平臺(tái)結(jié)構(gòu)，使之適合大型養(yǎng)路機(jī)械作業(yè)，并覆蓋客車(chē)蛇行半波；應(yīng)用客車(chē)踏面損傷評(píng)判模型，從而實(shí)現(xiàn)TPDS對(duì)客貨車(chē)應(yīng)用兼容；提升探測(cè)站設(shè)備電磁兼容能力；完善TPDS客車(chē)運(yùn)用軟件。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行TPDS監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)強(qiáng)，完成對(duì)客車(chē)監(jiān)測(cè)的全覆蓋。

［1］ 馮毅杰，張格明.車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)地面安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究的新進(jìn)展［J］.中國(guó)鐵道科學(xué).2002，33（03）：138-142.

［2］ 趙長(zhǎng)波，扈海軍，曾宇清，于衛(wèi)東.基于TPDS的貨物列車(chē)踏面損傷分析與控制［J］.中國(guó)鐵路.2011，（11）：52-56.

Passenger Train Tread Inspect Using TPDS

WANG Xinghua1，ZENG Yuqing2
（1 Transportation Bureau of China Railway，Beijing 100844，China；2 Locomotive＆Reseach Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China）

Basing on the application of truck performance detection system（TPDS）in Wuhan railway bureau，the practicability of using TPDS inspect passenger car tread was confirmed.According to the current problems，suggestions include the TPDS equipment＆software updating and monitoring network improvement were proposed.

passenger train；TPDS；tread damage

U279.2

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.05.22

1008－7842（2014）05－0083－04

*中國(guó)鐵路總公司科技研究開(kāi)發(fā)項(xiàng)目（Z2013－J002）

2—）男，高級(jí)工程師（

2014－06－13）