輪對(duì)受電弓檢測(cè)設(shè)備選型及安裝重難點(diǎn)的分析

董海濤

（福州地鐵集團(tuán)有限公司，福建福州 350004）

0 引言

輪對(duì)受電弓在線檢測(cè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)了對(duì)電客車輪對(duì)和受電弓狀態(tài)的即時(shí)監(jiān)測(cè)，不僅可以降低電客車在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)輪對(duì)或受電弓故障而造成運(yùn)行事故，而且能夠減少電客車檢修人員的工程量并優(yōu)化人員配置，目前已經(jīng)基本上成為新建地鐵公司的標(biāo)配設(shè)備，隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算及AI（Artificial Intelligence，人工智能）技術(shù)的不斷發(fā)展，設(shè)備監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)價(jià)值得到進(jìn)一步提升，已經(jīng)從最初簡(jiǎn)單部件的狀態(tài)等參數(shù)的監(jiān)測(cè)發(fā)展到數(shù)據(jù)的分析診斷的智能模式，目前在此基礎(chǔ)上市場(chǎng)已經(jīng)具有360°列車外觀檢測(cè)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)電客車全斷面的監(jiān)測(cè)。

1 設(shè)備選型分析

福州地鐵6 號(hào)線輪對(duì)受電弓在線檢測(cè)設(shè)備包括車號(hào)識(shí)別、輪對(duì)外形尺寸檢測(cè)、車輪擦傷檢測(cè)、軸溫檢測(cè)、受電弓磨耗及中心線檢測(cè)模塊、受電弓接觸壓力檢測(cè)和車頂監(jiān)控7 個(gè)模塊，基本上涵蓋了輪對(duì)和受電弓的所有關(guān)鍵參數(shù)和狀態(tài)的監(jiān)測(cè)。

1.1 車號(hào)識(shí)別模塊

目前市場(chǎng)上車號(hào)識(shí)別技術(shù)主要有電子標(biāo)簽識(shí)別和圖像識(shí)別兩種技術(shù)，采用電子標(biāo)簽識(shí)別的方式需要在每節(jié)電客車上安裝電子標(biāo)簽，然后通過(guò)軌旁裝置接收電子標(biāo)簽射頻，從而實(shí)現(xiàn)車號(hào)的識(shí)別，其優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)，適應(yīng)的速度范圍較寬，缺點(diǎn)是安裝過(guò)程較麻煩；圖像識(shí)別技術(shù)是通過(guò)高清攝像頭對(duì)電客車上的車號(hào)進(jìn)行拍攝識(shí)別，優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備配置簡(jiǎn)單，無(wú)需在電客車上安裝任何裝置，缺點(diǎn)是對(duì)電客車車體上的車號(hào)清潔度有一定要求，適應(yīng)的速度范圍較窄。

福州地鐵6 號(hào)線列車最高速度80 km/h，車速相對(duì)較低，圖像識(shí)別技術(shù)可以達(dá)到車號(hào)識(shí)別準(zhǔn)確率≥99.9%的要求，同時(shí)地鐵電客車日常的清潔工作較為到位，且行車區(qū)域較為封閉，電客車車號(hào)被污染覆蓋的可能性很小，所以綜合考慮后車號(hào)識(shí)別模塊采用圖像識(shí)別技術(shù)。

1.2 輪對(duì)外形尺寸檢測(cè)模塊

輪對(duì)外形尺寸檢測(cè)模塊檢測(cè)車輪輪緣高度、輪緣厚度、車輪直徑、輪對(duì)內(nèi)側(cè)距等尺寸參數(shù)變化，從而指導(dǎo)鏇輪工作的計(jì)劃安排，該模塊采用激光投射在輪對(duì)輪廓上，再通過(guò)高速相機(jī)拍攝出輪廓線，從而計(jì)算得出輪對(duì)的相關(guān)尺寸參數(shù)。

輪緣高度、輪緣厚度和輪對(duì)內(nèi)側(cè)距等參數(shù)可以通過(guò)激光投射在車輪的輪廓線直接計(jì)算得出具體數(shù)值，準(zhǔn)確度較高，但是由于激光只有投射在車輪一側(cè)，無(wú)法直接反應(yīng)出車輪直徑值，所以車輪直徑只有通過(guò)間接計(jì)算得出：由激光器投射出角度為120°的激光面，打在輪緣及軌道上，經(jīng)高速相機(jī)可得拍攝圖（圖1），通過(guò)系統(tǒng)軟件分析輪廓曲線Y2到Y(jié)1距離的變化量即輪直徑的變化量，Y4到Y(jié)2的距離固定不變，所以Y4到Y(jié)1的距離變化量等于輪直徑的變化量，只要標(biāo)定好新輪Y4到Y(jié)1的距離，即可算出磨損后車輪的輪直徑。

圖1 高速相機(jī)拍攝的輪緣及軌道

直徑計(jì)算公式見(jiàn)式1：

（注：車輪圓心特征點(diǎn)為Y0）

在福州地鐵1號(hào)線輪對(duì)裝置實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，直徑測(cè)量數(shù)據(jù)精度卻經(jīng)常超出要求的±0.6 mm，誤報(bào)率高達(dá)30%，不僅沒(méi)有給鏇輪起到指導(dǎo)作用，反而造成了不必要的復(fù)核檢查工作。經(jīng)分析，主要原因是福州1 號(hào)線輪對(duì)動(dòng)態(tài)檢測(cè)設(shè)備直徑測(cè)量裝置采用單線激光測(cè)量的方式，數(shù)據(jù)采集點(diǎn)僅為一處，如輪對(duì)通過(guò)檢測(cè)點(diǎn)恰好發(fā)生圓跳動(dòng)，則直接造成車輪直徑測(cè)量數(shù)據(jù)檢測(cè)精度產(chǎn)生超差，系統(tǒng)隨之發(fā)出超差誤告警。

經(jīng)研究后，最終通過(guò)將激光檢測(cè)將單線檢測(cè)變?yōu)槎嗑€檢測(cè)，增加數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)，系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)修正，濾除超差數(shù)據(jù)，得出均衡值，再取平均值，可得出準(zhǔn)確的車輪直徑，避免了單線激光測(cè)量時(shí)拍攝單一圖片且特征點(diǎn)多、特征穩(wěn)定性要求高造成的誤報(bào)率，保證設(shè)備運(yùn)行檢測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。最終實(shí)際使用的效果也驗(yàn)證了多線檢測(cè)方式的可行，直徑數(shù)值精度達(dá)到了要求的±0.6 mm，多線激光檢測(cè)拍攝圖如圖2 所示。

圖2 多線激光檢測(cè)拍攝圖

所以福州6 號(hào)線在輪對(duì)外形尺寸檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)就要求使用多線激光檢測(cè)技術(shù)，以規(guī)避單一檢測(cè)數(shù)值造成誤告警問(wèn)題。

2 設(shè)備安裝過(guò)程重難點(diǎn)分析

2.1 安裝地點(diǎn)選址

輪對(duì)受電弓在線檢測(cè)設(shè)備為電客車輪對(duì)和受電弓狀態(tài)的定點(diǎn)檢測(cè)設(shè)備，車輛能平穩(wěn)通過(guò)設(shè)備檢測(cè)區(qū)域，則檢測(cè)的數(shù)據(jù)就更加準(zhǔn)確，所以要求設(shè)備安裝區(qū)域的軌道應(yīng)為平直軌道。福州地鐵1 號(hào)線現(xiàn)因場(chǎng)地條件限制而將檢測(cè)設(shè)備安裝在入段線坡道處，使列車通過(guò)檢測(cè)區(qū)段的狀態(tài)相對(duì)于水平軌道要躁動(dòng)得多，蛇形運(yùn)動(dòng)及彎道處的爬軌效應(yīng)產(chǎn)生的輪對(duì)圓跳動(dòng)，對(duì)車輪直徑的檢測(cè)精度造成較大的影響。福州6 號(hào)線輪對(duì)檢測(cè)模塊設(shè)備在安裝選址上選取出入段線的平直區(qū)域，避免了上述影響檢測(cè)精度的環(huán)境因素。

對(duì)于受電弓檢測(cè)模塊，以往項(xiàng)目和輪對(duì)檢測(cè)模塊一共安裝在出入段線的檢測(cè)棚內(nèi)，但設(shè)置于出入段線區(qū)域，對(duì)每列車的受電弓的檢測(cè)頻率基本上只有1 天2 次（出段和回段各1 次），不能全天候地對(duì)受電弓狀態(tài)進(jìn)行多頻率的檢測(cè)，而受電弓出現(xiàn)故障的頻率較車輪要高出很多，這樣就無(wú)法完全體現(xiàn)出受電弓檢測(cè)的監(jiān)測(cè)和預(yù)警的功能，福州6 號(hào)線將受電弓狀態(tài)檢測(cè)模塊的設(shè)備安裝于正線區(qū)域，這樣每列車運(yùn)行通過(guò)時(shí)均可以進(jìn)行檢測(cè)，但由于正線采用的是剛性接觸網(wǎng)，目前受電弓壓力均是通過(guò)接觸網(wǎng)上下彈性量來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，只適用于柔性接觸網(wǎng)，所以受電弓壓力檢測(cè)模塊與輪對(duì)檢測(cè)模塊設(shè)備一共安裝在出入段檢測(cè)棚內(nèi)。

總體來(lái)說(shuō)，輪對(duì)受電弓檢測(cè)設(shè)備安裝于正線上的使用效果要好于出入段線，能最大限度地提高設(shè)備的利用率，隨著技術(shù)的進(jìn)步，剛性接觸網(wǎng)區(qū)域的受電弓檢測(cè)應(yīng)也能得以實(shí)現(xiàn)，同時(shí)相對(duì)于而言，在正線設(shè)備安裝、調(diào)試及后續(xù)檢修等工作難度也會(huì)相應(yīng)增大。

2.2 檢測(cè)棚至控制室的光纖敷設(shè)

輪對(duì)受電弓在線檢測(cè)設(shè)備屬于較小的設(shè)備，安裝工作量不大，安裝周期在一個(gè)月以內(nèi)，設(shè)備安裝難度較小，不需用于大型起重機(jī)械等設(shè)備，但由于該設(shè)備的檢測(cè)區(qū)域和控制終端位于不在區(qū)域，所以兩者之間的通信光纖的敷設(shè)要予以注意。

福州6 號(hào)線將此光纖納入輪對(duì)受電弓在線檢測(cè)設(shè)備廠家一并實(shí)施，檢測(cè)棚和控制室相距約1.5 km，兩者之間有電纜溝通道相連接，理論上光纖的敷設(shè)難度不大，但由于前期電纜溝施工較慢，導(dǎo)致后期通信等專業(yè)的線纜敷設(shè)工期緊張，原計(jì)劃設(shè)備的光纜由通信專業(yè)公司一并敷設(shè)，由于搶工過(guò)程沒(méi)能完成。電客車進(jìn)場(chǎng)后，運(yùn)營(yíng)接管車輛段的屬地管理權(quán)，光纖敷設(shè)須跨越多個(gè)軌道，因影響其他單位的施工，無(wú)法安排出施工作業(yè)點(diǎn)，最終這根光纖在主體設(shè)備已安裝完成幾個(gè)月后才得以敷設(shè)完成。

建議輪對(duì)受電弓在線檢測(cè)設(shè)備的通信光纖納入通信專業(yè)公司負(fù)責(zé)實(shí)施，即保證專業(yè)隊(duì)伍施工，以能夠與其他專業(yè)的線纜同步敷設(shè)，避免后續(xù)單獨(dú)敷設(shè)可能面臨的通道過(guò)小無(wú)法穿線等問(wèn)題，從施工界面劃分上解決這類小工序的施工問(wèn)題。

2.3 正線設(shè)備的安裝調(diào)試

對(duì)于安裝于正線的受電弓狀態(tài)檢測(cè)模塊等設(shè)備，在安裝和調(diào)試過(guò)程主要有2 個(gè)難度及注意事宜：

（1）在安裝過(guò)程中注意要與信號(hào)專業(yè)的設(shè)備保持一定的距離，信號(hào)系統(tǒng)作為電客車運(yùn)行過(guò)程的核心控制設(shè)備，其要求正線上的其他專業(yè)的設(shè)備及線纜距離其設(shè)備的距離須1 m 以上，所以受電弓狀態(tài)檢測(cè)模塊等設(shè)備在安裝過(guò)程中必須要求注意與信號(hào)系統(tǒng)的應(yīng)答器、計(jì)軸器等設(shè)備保持要求的距離，如信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備尚示安裝，一定要提前與信號(hào)專業(yè)溝通，確定其設(shè)備的安裝位置后再進(jìn)行安裝，以免安裝完成后發(fā)現(xiàn)與信號(hào)設(shè)備距離不滿足要求的情況，而造成不必要的返工。

（2）設(shè)備安裝完成后，設(shè)備的檢測(cè)情況是否滿足要求需要電客車通過(guò)后，根據(jù)實(shí)際測(cè)量的數(shù)據(jù)情況，再對(duì)設(shè)備安裝狀態(tài)進(jìn)行精調(diào)，以達(dá)到最佳的檢測(cè)效果。目前地鐵的建設(shè)工期緊張，從電客車調(diào)試到試運(yùn)行的時(shí)間短，所以在短時(shí)間內(nèi)要完成所有數(shù)量的電客車的調(diào)試及驗(yàn)收工作，試運(yùn)行前大部分正線作業(yè)時(shí)間都留作電客車調(diào)試及驗(yàn)收，同時(shí)該階段風(fēng)水電、供電等專業(yè)的正線收尾及整改工作均在抓緊進(jìn)行，輪對(duì)受電弓在線檢測(cè)設(shè)備作業(yè)非開(kāi)通運(yùn)營(yíng)必須完成的設(shè)備，所以很難取得正線施工作業(yè)點(diǎn)。目前這個(gè)問(wèn)題也沒(méi)有較好解決辦法，只能要求設(shè)備在電客車動(dòng)態(tài)調(diào)試前必須完成安裝工作，保證設(shè)備不影響電客車運(yùn)行，將最終的精調(diào)工作調(diào)整到試運(yùn)行期間再視情況進(jìn)行實(shí)施。

3 結(jié)語(yǔ)

輪對(duì)受電弓在線檢測(cè)設(shè)備是用于電客車關(guān)鍵部件狀態(tài)監(jiān)測(cè)和診斷的設(shè)備，設(shè)備雖不大，但在安裝過(guò)程中涉及土建條件預(yù)留、設(shè)備安裝、調(diào)試等所有機(jī)電項(xiàng)目建設(shè)環(huán)節(jié)，同時(shí)由于設(shè)備的分散式布置，各模塊之間聯(lián)通和調(diào)試工作相較很多大型設(shè)備更加復(fù)雜，只要1 個(gè)環(huán)節(jié)、1 個(gè)模塊及1 個(gè)通道出現(xiàn)問(wèn)題，均會(huì)影響整體設(shè)備的正常運(yùn)行，所以在整個(gè)項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，工程建設(shè)管理人員應(yīng)考慮到各個(gè)環(huán)節(jié)的重難點(diǎn)，提前謀劃預(yù)判，確保項(xiàng)目的順利推進(jìn)，使輪對(duì)受電弓在線檢測(cè)設(shè)備能精準(zhǔn)地反映出電客車輪對(duì)和受電弓的狀態(tài)并進(jìn)行趨勢(shì)分析，真正成為電客車檢修維護(hù)人員的得力助手。