TPDS系統如何有效監控客車踏面損傷

郭學庭

（大秦鐵路股份有限公司太原車輛段，山西太原 030045）

TPDS系統如何有效監控客車踏面損傷

郭學庭

（大秦鐵路股份有限公司太原車輛段，山西太原 030045）

本文通過對TPDS系統的構成、在客車踏面損傷檢測中的技術、踏面損傷的表現形式、引起客車踏面損傷的原因，以及TPDS系統如何有效監控客車踏面損傷程度和具體位置等方面進行分析研究，統計推斷出引起客車踏面損傷的重要因素，進一步提出改進TPDS系統設備的建議。

TPDS系統 踏面損傷 監控

20世紀90年代末期，我國鐵路領域開始不斷規?；崴伲粌H有效緩解了鐵路運量與運能的壓力，同時還給社會帶來了十分顯著的經濟效益。但是，鐵路交通安全卻出現了隱患，空載貨車直線脫軌事故頻繁發生，如斷軌、輪軌剝離軸承、制動梁端軸等現象時常發生。輪對是客貨車運行的主要部件之一，踏面是輪對與鋼軌的接觸面，踏面損傷產生的巨大沖擊力會破壞軌道結構，造成斷軌等重大事故發生，而且踏面損傷也是燃軸、切軸事故發生的最重要原因，因此對踏面損傷的檢測是非常有必要的。2005年全國鐵路6大干線提速安全標準線5T系統建設全面展開，專家們著手研究權威的TPDS踏面損傷檢測功能，國內外鐵路管理部門及相關研究院所專家都已經投入了大量的人力和物力進行相關設備的研究［1］。但是對如何有效地監控客車踏面損傷還需要更進一步深入研究，本文就從TPDS系統如何能更有效的進行客車踏面損傷監控方面入手進行深入的研究。

1 TPDS系統介紹

TPDS（Truck Performance Detecting System）是車輛運行品質軌邊動態監測系統的簡稱，是車輛安全監控系統（5T）重要組成部分，是當前客車運行安全管理的一個重要檢測系統。TPDS系統由測試平臺、傳感器、車號識別裝置（單向）、測試間與監控機柜、信息傳遞通道、信息中心、監管部門和監控終端組成。TPDS系統通過軌道結構中的測試系統檢測過往車輛運行的動力學參數，根據檢測結果分析判定車輛的運行狀態、超偏載、車輪擦傷和軌道負荷等。TPDS系統還具有貨車超偏載報警和客貨車踏面損傷報警功能，通過踏面擦傷車輪在軌道上產生的輪軌沖擊載荷來識別車輪踏面擦傷情況，并顯示出沖擊當量和客車踏面擦傷報警等級，將數據上傳網絡共享平臺并復示給相關檢測單位［2］。

TPDS系統在客車踏面損傷檢測中的技術創新主要體現在測試平臺和談判模型兩個方面：

（1）國內研究的客車踏面損傷檢測系統一般是利用沖擊力、聲音傳感器、加速度來檢測客車踏面損傷情況，之前研究發現的比較科學的檢測裝置是力傳感器，因為力傳感器檢測量能夠直接反映客車踏面損傷帶來的危害。但是力傳感器檢測客車踏面損傷也存在缺點：一是測試區間斷，如軌枕附近無法檢測；二是測區短，對客車踏面損傷檢測率低。目前專家們研究的TPDS系統采用高平順的框架式軌道平臺、高可靠性的二維板式傳感器和移動垂直力測試新方法，連續測量區長度4.8m，所以像客車車輪全周長為2.6m左右，TPDS能夠對其全周長范圍內的踏面損傷程度進行檢測，進而大幅度提高了客車踏面損傷的檢測率。（2）國外的客車踏面損傷采用絕對的評價標準，像北美的檢測設備兌現率高，而且漏判率比較高。通過TPDS系統創造性地將絕對與相對相結合的方法融合在一起來對客車踏面損傷進行判斷監測，建立輪重與輪軌之間的沖擊作用力、加速度等參數的綜合評價模型，對各種型號的輪對損傷帶來的危害程度都能做出合理的評判，提高了兌現率、降低了漏判率，在國際上達到領先水平。不管從測試平臺的硬件還是踏面損傷評判的軟件來看，與以往客車踏面損傷檢測系統相比，TPDS都有了質的飛躍和量的改變。

2 客車踏面損傷的表現形式有哪些

客車車輪結構的基本為組合式結構，由輪心和輪箍組成。輪箍與鋼軌頂面的接觸部分為踏面。目前客車踏面主要有兩種：錐形踏面和磨耗型踏面。客車踏面損傷是由于客車在制動過程中，制動力較大引起閘瓦對踏面產生較大的壓力，形成抱閘現象，而客車運行過程中會產生慣性，制動開始后，抱閘車輪就會在鋼軌上快速滑行，踏面表面與鋼軌接觸的部分隨即產生大量熱能，會對踏面材料產生不可逆的熱損傷。具體表現出以下幾種形式：（1）滾動軸承出現故障。（2）制動梁端軸發生裂紋、折斷故障。（3）客車踏面剝離、脫落后會形成局部凹下，使運行過程中產生附加沖擊力。（4）客車踏面存在局部碾寬、凹陷、磨耗。

3 引起客車踏面損傷的原因分析

引起客車踏面損傷的原因主要有兩個方面，一是車輛自身因素，如軸重、速度、制動力等導致的踏面損傷；二是外部環境因素，如軌面的干濕狀況使車輛在行駛過程中引起踏面損傷。

3.1 車輛自身因素引起的踏面損傷

（1）機車制動機陳舊，給氣閥作用力不強，導致制動管壓力過高，對客車踏面引起損壞；（2）客車制動機有故障、有些配件老化，如果三通閥出現故障，高速減壓閥和安全閥不靈活的話。遇上氣溫較低的冬季，會造成三通閥滑動部分因摩擦阻力增大，在列車緊急制動時作用緩慢或不起作用，而引起客車運行時損傷踏面；（3）制動缸活塞行程調整不及時，造成制動力強弱不一致；（4）不同車型的車輛客車裝有不同型號的三通閥，緊急制動時制動率不同，制動率太高的，在運行中容易擦傷踏面。

3.2 外部環境因素引起的踏面損傷

（1）嚴寒季節軌道上存在積雪、霜凍、油污，降低了輪對和鋼軌之間的粘著系數，致使制動力大于粘著力，容易引起車輪擦傷；（2）調車作業時，突開折角塞門，在運行過程中軟管爆破等意外情況，如果采取緊急制動措施，閘瓦將會抱死車輪而損傷踏面；（3）鐵路線路養護條件太差；（5）輪軌外形與材質匹配上存在不合理情況；（6）轉向架技術狀態不好；（7）牽引裝載定數太大；（8）車輪長期在軌道上滾動。

4 如何利用TPDS系統有效監控客車踏面損傷

鐵路部門根據已有的TPDS 貨車踏面損傷監測數據的基礎上，并結合《鐵道貨車運用維修規程》，制定了客車踏面損傷報警標準。但是客車的輪重、速度、結構與貨車存在顯著的差異，因此采用TPDS系統對客車踏面損傷進行監測時，需要重新開發客車的踏面損傷報警模型，并根據《鐵路客車運行維修規程》制定相應的報警標準。本文的TPDS對客車踏面損傷監測效仿TPDS系統監測貨車踏面損傷模型及標準。將TPDS檢測系統設在鐵路正線上的輪軌力檢測平臺上，采用動態監測法監測通過客車的橫向、垂向輪軌沖擊力，及時預報剝離、擦傷、碾堆、多邊形輪對、局部凹陷、動不平衡等不同類型的客車踏面損傷、蛇行失穩和客車超偏載情況。踏面損傷的危害程度大小與踏面位置、形態、類型息息相關，無法用單一幾何量來判5 TPDS系統軟件的改進

別。TPDS系統通過監測輪軌沖擊力，綜合評估輪重和運行加速度等因素，獲得沖擊當量數據，進而對各種形式的踏面損傷做出準確、合理的判斷，對評判踏面損傷的危害程度具有科學依據。

現在的TPDS系統是按探測點分的鐵路局，并沒有用車次分開鐵路局，我們現在每個鐵路局相當于一個獨立的單位。需要將TPDS系統運用到各個鐵路局車輛段，如果人為的檢測不同鐵路局報警信息，這樣將大大增加了勞動力，而且也容易出現漏報、錯報報警信息等情況，所以將TPDS系統通過車次按不同鐵路局分開是很有必要的，然后通過全國聯網，將監測到的數據按不同鐵路局篩選出來及時準確地傳輸到網絡，并且通過TPDS系統軟件自動彈出報警信息。這將彌補TPDS系統軟件的不足。我們要從系統的編程方面入手進行改善，TPDS系統有本鐵路局的報警信息后，能自動發生報警，提醒工作人員，有本局報警車次，這樣就方便了工作人員及時準確的診斷客車踏面損傷程度并準確定位。從車輛運行狀態判定故障發生的精確性，針對踏面損傷方面的問題提高TPDS 系統的綜合應用效果，而且還大大減少了勞動力。最后，TPDS系統顯示的車次不全，車號不全，報警信息滯后，這些都大大影響了生產。TPDS系統軟件在這些方面都需要改進。

6 建議

TPDS系統實行全國聯網，通過將監測到的數據及時準確地傳輸網絡，并且傳送探測站TPDS系統的運行狀態自檢信息，使全國鐵路部門的管理維護人員隨時掌握客車踏面運行狀態，及時發現踏面損傷程度和具體位置，進而提高設備維修的及時度和準確性，強化設備運用管理，減少踏面損傷帶來的不必要的危害。在保證數據監測和定位的同時，定時檢查TPDS系統的運行狀態，并維修客車踏面和客車制動機、輪對等機械故障，更好地發揮安全監測設備的功效。將TPDS系統軟件從新編程完善，使工作人員能精準的判別本鐵路局的報警信息，將大大提高工作效率。

7 結語

調查發現，全國鐵路運營客車存在大量的踏面損傷輪對，比例約為4.6%，這些踏面損傷輪對會嚴重危害客車結構及軌道結構。為了使客車運行品質優良且安全，需要采取TPDS系統實時檢查客車踏面損傷的程度。

（1）數據調查統計分析發現，目前鐵路客車踏面損傷形成的主要原因是編組作業，只有將編組站作業條件進行合理改善，才能最大程度的減少客車踏面損傷的發生。（2）提高輪對質量，緩解機動制動，培訓客車操作人員對車輛制動機的操控，分析確定輪對制造踏面損傷的原因，組織專家研究解決輪對制造工藝水平，及時維修車輛制動機故障，進而有效減少輪對踏面損傷。（3）保障客車整個運輸過程的安全，采取TPDS系統實時監測輪對踏面損傷程度，及時報警分析故障，維修人員及時做好維修。

［1］宋金瑛.TPDS、TADS監控結果與車輛運行故障關聯性分析［J］.鐵道機車車輛，2007，27（2）：58-62.

［2］柴雪松，朱興紅.車輛運行狀態監測系統（TPDS）在軌道負荷監測中的應用［J］.鐵道建筑，2008，11：93-95.

［3］曹松，馬千里，蔣薈，劉春煌.超偏載集中監控系統的研究［J］.鐵道學報，2010，32（3）：136-141.