鐵路紅外線檢測車日常快速檢修

楊京濤，曹 郁

（中國鐵路南昌局集團有限公司機輛檢測所，江西 南昌 330002）

鐵路紅外線檢測系統是利用裝在鐵路鋼軌邊的紅外線探頭， 對通過車輛軸承溫度進行實時檢測，并將檢測信息實時上傳到路局車輛運行安全監測中心，幫助鐵路列車運維部門對鐵路列車相關運行狀態進行實時跟蹤、預警的系統裝置[1-2]。 該系統能夠實現對車次、車廂號和軸位運行故障的精準預報，是目前保障鐵路列車安全運行的重要手段。 紅外線檢測設備成套安裝于鐵路沿線，由于大多數鐵路沿線無人值守，且工作環境惡劣復雜，為保證紅外線檢測系統穩定可靠、準確地工作，需要對鐵路沿線的紅外線檢測設備進行定期或不定期檢查[3]。

圖1 紅外線檢測車工作原理Fig.1 Infrared detection vehicle component drawing

紅外線檢測系統起源于20 世紀80 年代，哈爾濱鐵路局科研所、 成都鐵路局廣漢通信信號廠、北京康拓公司對紅外線探測系統進行研究開發，先后經歷一代機、一代半機、二代機，直到近年來發展到全路三級聯網，形成網絡監控能力[4-5]。 紅外線探測系統在防止車輛熱切軸方面發揮了重要作用。 因為紅外線探測系統的廣泛推廣使用，1991—1995 年全路發生熱切軸事故42 件 （其中重大事故8 件）。1996—2000 年全路發生熱切軸事故25 件（其中重大事故4 件），下降40.5%[6]。在安裝有紅外線探測系統的運行線路上，因車輛燃切軸造成的事故呈明顯下降趨勢。

紅外線檢測車則是對紅外線探測系統運行狀況進行健康檢查的“醫生”，它用來保障鐵路行車安全[7]。

紅外線檢測車可實現對鐵路沿線紅外線檢測設備的動態檢測，它是通過在客車車體上安裝專用檢測設備，實現對紅外線探測系統探測設備測溫精度、探測角度等指標的動態檢測和評判，是衡量紅外線探測系統探測設備運用狀態的重要手段。 紅外線檢測車檢測設備由模擬車輪、模擬軸箱、方位尺、GPS 定位、無線數傳和控制裝置等組成，是一個綜合了機械、熱工、光學、自動控制、計算機和通訊等多學科的復雜系統平臺設備[8]。

紅外線檢測車常常擔負鐵路沿線上千公里的檢測任務，長時間的使用過程中不可避免地會發生各種故障。 紅外線檢測車的技術人員一方面要嚴格按標準做好檢測車日常檢修和出乘前的整備，保證檢測設備狀態良好；另一方面當檢測車在途中發生故障時能夠迅速準確地進行處置，確保完成紅外線探測系統設備的動態檢測計劃[9]。

1 紅外線檢測車構成及故障發生情況

1.1 紅外線檢測車構成

紅外線檢測車系統主要由以下模塊構成：主控系統、GPS 接收系統、無線數傳接收系統、模擬軸箱控制系統、模擬車輪控制系統、探頭方位尺控制系統、車輛擺動測量處理系統[10]。 如圖2 所示。

圖2 紅外線檢測車系統構成圖Fig.2 Infrared detection vehicle system

1.2 紅外線檢測車故障發生情況

經過對紅外線檢測車日常故障統計發現紅外線檢測車常見故障主要在以下方面：①模擬軸箱故障；②方位尺故障；③模擬車輪故障；④GPS 定位裝置故障；⑤無線數傳裝置故障等。

2 故障應急處置程序

紅外線檢測車在運行過程中，檢測設備發生故障，首先會影響紅外線探測系統探測設備的動態檢測， 同時模擬軸箱和方位尺等裝有黑體加熱裝置，發生故障有可能導致加熱燒損， 甚至影響行車；而檢測車處于運行狀態時，一些檢測裝置如車底部的機械性故障是無法處理的。 所以檢測車途中故障的應急處置原則首先應該導向安全；其次是盡可能保證動態檢測工作的進行，具體來說，就是發現故障后，應按以下步驟處置：

1） 迅速判斷故障類型和部位，必要時對故障部分進行阻斷或隔離；

2） 采取備用或補救手段，保證檢測任務繼續實施；

3） 查找和分析故障原因予以修復，無法在途中修復的，待檢測車返回客整所后處理。

3 常見故障的應急處置方法

3.1 模擬軸箱故障

檢測車下安裝8 組模擬軸箱，每組模擬軸箱通過7 芯控制電纜和2 芯加熱電纜加熱黑體，精確測溫控溫，模擬真實軸箱。 用來檢測地面設備的測量精度。

模擬軸箱常見故障為某個模擬軸箱溫度控溫不準、無法控制溫度或不加溫故障[11]。發生該類故障時首先應關閉該模擬軸箱對應的空氣開關，切除該軸箱的供電，同時調整同側其他3 個模擬軸箱的設定溫度，分別設為低溫、中溫和高溫，不影響對紅外線探測系統探測設備測溫的檢測，然后按不同的故障現場進行處置。

3.1.1 軸箱溫度控溫不準

1） 故障現象。 例如，某個軸箱設定溫度80 ℃，在沒有溫度補償的情況下，實際測量溫度只有73 ℃。

2） 原因分析。 該軸箱損壞或調理板出現了問題，不能正確工作采集軸箱溫度。

3） 故障處理。 首先測量軸箱的鉑電阻，鉑電阻是根據環境溫度變化而變化，鉑電阻的阻值可參照表1 對應。

表1 鉑電阻隨溫度變化表Tab.1 Platinum resistance with temperature

測量阻值若不正常說明該軸箱黑體故障，若測量阻值正常則下一步檢測前置機。 查看前置機第1塊信號調理板（左側第1 塊）看板件表面電阻是否有損壞， 若表面完好， 把第1 塊信號調理板與第2塊調理板對調。 再次控溫查看實際溫度的數值；若是實際溫度與設定溫度相差太大， 故障現象未解決； 進一步查看前置機里電源提供的12 V 直流電是否達標。 在設備運行時測量電源電壓值若是低于12 V 就會導致信號調理板供電不穩，導致實際測量溫度比設定溫度低。 把前置機里的電源輸出的直流電壓調整為（12+0.2）V，這樣保證設備運行的時候提供的直流電壓不低于12 V；由此故障解決。

3.1.2 軸箱無法控溫

1） 故障現象：當軸箱隨機設定溫度后，給軸箱自動加溫，但發現個別軸箱在達到隨機設定溫度后繼續加溫。

2） 原因分析：控溫電路出現問題，控制回路流程如框圖3 所示。

圖3 控制回路流程Fig.3 Control loop flow

3） 故障處理：查看由PCL-720 板送出的20 芯扁平電纜，CN1-1～CN1-16 路為信號線，CN1-19 腳為DC 5 V，CN1-20 腳為DC 12 V。 CN1-17，18 腳為GND。 若控制回路不正常時，首先檢查電纜端口連接是否可靠；然后檢查由PCL-720 板送出的電源及信號是否正常； 若不正常， 則維修或更換PCL-720 板；若正常，檢查PCLD-786（1）板是否正常；若PCLD-786 不正常， 檢查PCLD-786 板相應的器件損壞程度來判斷維修還是更換電路板。

3.1.3 軸箱不加溫

1） 故障現象：若軟件系統模擬軸箱位置測量值顯示為0 度或者為環溫等情況，通過軟件顯示的狀態是在加溫，但是測量值始終無變化。

2） 原因分析：溫度控制板或加溫保護板故障。

3） 故障處理：首先查看A/D 轉換電路有斷路的可能。 檢查各板及線路端口接觸是否可靠； 檢查PCLD-881 上0 Ω 的電阻是否燒斷； 若出現燒斷更換此板故障解決。 其次查看加溫控制板（786 板）上的固態繼電器與保險，若繼電器不亮更換繼電器故障解決，若軸箱加溫時繼電器常亮查看繼電器是否接觸良好與繼電器下方保險是否燒斷，若保險燒斷更換保險故障解決，若繼電器接觸不牢固也會造成不加溫，安裝牢固后故障解決。 最后加溫保護板提供過壓保護，加溫保護板若固態繼電器有故障可以把保護板的輸入輸出并聯在一起，但是只是應急辦法，若是長時間并聯，會把軸箱黑體電源電阻燒壞，建議停車后更換加溫保護板。

3.2 方位尺故障

檢測車5，6 位真軸下懸掛2 組（4 個）方位尺，每組方位尺通過7 芯控制電纜和2 芯加熱電纜連接到車上控制柜中的控制電路，通過特殊形狀的熱分布數據結果，檢驗地面設備的探測器角度。 方位尺常見故障有兩種。

3.2.1 方位尺方位角度檢測結果不準確

1） 故障現象：在動態檢測值機過程中如發現連續檢測多個紅外線探測系統探測設備均發現方位角偏差且偏差趁勢一致時， 即可判定為方位尺問題。

2） 處理方式：該類故障主要由于方位尺相對于轉向架軸箱安裝尺寸發生偏差導致方位角度檢測結果不準確，造成將檢測車停在平直軌道上，在安全作業環境中，通過調整校準，使之重新進行靜態標定。

3.2.2 方位尺黑體無法控制溫度與不加溫

故障發生該類故障時首先應關閉該模擬軸箱對應的空氣開關，切除該方位尺的供電，避免方位尺黑體燒損。 方位檢查尺故障比照模擬軸箱故障分析解決。 方位尺故障無法修復，則取消對應方向側的探頭角度檢測。

3.3 模擬車輪故障

檢測車下懸掛8 組模擬車輪，每組模擬車輪通過一條2 芯電纜控制，模擬真實車輪。 用來檢測地面設備的測速、測軸距等功能[12]。

1） 故障現象：模擬車輪常見故障為模擬車輪不上電，不能觸發地面探測設備的磁鋼，未能識別檢測車，造成檢測失敗后果，在動態檢測值機過程中如發現連續檢測多個紅外線探測系統探測設備均無線未發射，應當聯系中心值班員，假如未識別檢測車，可以確認模擬車輪發生故障。

2） 處理方式：首先，檢查變壓器：變壓器故障收測量變壓器輸入有無AC 220 V，在測量輸出端有沒有AC 160 V 或者AC 110 V， 若是沒有AC 160 V或者AC 110 V，說明變壓器變壓出現故障，需要在檢測車返回客整所后處理。 其次，檢查整流橋有沒有輸出電壓，若是整流橋輸入端有交流電壓AC 160 V/AC 110 V，測量輸出直流電壓DC 160 V/DC 110 V，若是沒有直流電壓說明整流橋故障， 需要檢測車返回客整所后處理。 最后，檢查車輪驅動板固態繼電器控制信號是否正常，若是達不到5 V，或者5 V 指示燈不亮說明此固態繼電器故障， 此時立即更換固態繼電器。

3.4 GPS 定位裝置故障

GPS 天線安裝在車頂上，通過同軸電纜連接在車內的工控機上，GPS 定位裝置通過衛星定位，計算檢測車運行速度、距離前方站里程數、控制方位尺以及模擬車輪的加斷電[13]。

1） 故障現象：當GPS 定位裝置故障出現故障時，檢測車無法對自身定位，不能感知距離前方站里程數，模擬車輪和方位尺不能自動上、下電，造成無法檢測。

2） 應急措施：此時可打開手機導航功能，同時把車載電臺調整到行車頻點，通過手機GPS 定位和監聽機車與車站電臺通信的方式估算前方到達探測站時間，通過手動上、下電操作方位尺以及模擬車輪。

3） 故障處理流程：首先檢查GPS 電源（DC 12 V）是否良好，此電源來自前置機，與天線連接的75 Ω電纜是否連通，檢查GPS 天線是否良好以及安裝是否標準，GPS 接收機的指示燈是否正常指示。 左（綠燈）閃爍（1 次/s）表示系統開始定位，其它狀態表示系統未定位，檢查天線接口是否插好；中（黃燈）閃爍（1 次/s）表示系統正在輸出數據，滅表示沒有數據輸出，檢查RS232 串口是否插好；右（紅燈）亮表示系統出錯，電源反接，滅表示系統處于正常狀態。

若以上所有正常， 檢查工控機里的板卡PCI-1610B 是否插好，以及PCI-1610B 板卡的驅動程序是否安裝良好。

3.5 無線數傳裝置故障

無線數傳天線安裝在車頂上，通過同軸電纜連接在車內的工控機上，無線數傳裝置用于實時接收地面探測站發送的檢測車檢測報文[14]。

1） 故障現象：無線數傳裝置出現故障，則檢測車無法實時接收到地面紅外線探測系統探測設備對檢測車的探測數據，檢測車無法實時自動生成該設備的檢測報告。

2） 應急處理：此時可聯系車輛段地面值班人員通過網絡人工查詢檢測數據。 該趟檢測任務完成后，技術人員再將車上數據導入檢測車網絡評判系統，仍然可以形成最終的檢測報告。

3） 故障處理流程：首先檢查車載電臺和無線MODEM 電源是否正常。若不正常。讓其接觸可靠或更換相應的電源，整個線路流程如框圖4 所示。

圖4 無線數傳流程Fig.4 Wireless data transmission process

若電源一切正常，檢查車載天線是否良好以及安裝是否標準， 與天線連接的75 Ω 電纜饋線是否連通良好， 無線MODEM 的指示燈是否正常指示。PWR 燈 （綠燈） 表示 “電源”， 若不亮表示電源（DC5V）不正常，檢查開關是否打開或者電源線是否插好。 RTS 燈（紅燈）表示“發送請求信號”用來表示DTE （微機接口電路） 請求DCE （數字設備電路——設備為MODEM）發送數據，即當終端要發送數據時，使該信號有效（ON 狀態），向MODEM 請求發送。 它用來控制MODEM 是否要進入發送狀態。TXD 燈（紅燈）表示“發送數據”，無線MODEM 發送數據時此燈亮，若不正常，檢查RS232 接口是否接觸良。 CD 燈（紅燈）表示“載波指示”表示在線路上（無論發送數據還是接收數據） 有信號時此燈亮。RXD 燈（紅燈）表示“接收數據”無線MODEM 接收數據時此燈亮，若不正常，檢查RADIO/LINE 是否接觸良好。

若以上所有正常， 檢查工控機里的板卡PCI-1610B 是否插好，以及PCI-1610B 板卡的驅動程序是否安裝良好。

4 結論

1） 鐵路網紅外線檢測系統的普遍安裝及使用極大降低了鐵路列車相關事故的發生，紅外線檢測車能夠及時發現紅外線檢測系統的故障并及時上報鐵路網安全運維中心，能夠使紅外線檢測系統得到最及時的維修。 紅外線檢測車可對地面紅外線探測系統設備進行動態檢測，對提高紅外線探測系統設備的運用質量和維修水平有著重要作用。

2） 通過統計分析紅外線檢測車及檢測設備的常見故障，可以及時發現紅外線檢測車故障并快速處理。 避免檢測車因運行途中發生故障而影響檢測任務的情況發生，從而達到維護鐵路安全高效運行的目的。

3） 對紅外線檢測車日常故障發現及快速維修的論述可幫助相關從業人員高效掌握相關知識并在實際工作中應用，從而解決作業中遇到的各類問題，同時也啟發紅外線檢測車設計人員對故障頻發的部件進行改進設計。