王铁民 许文瑶
中车长春轨道客车股份有限公司检修研发部 吉林 130062
摘 要：轨旁监测设备（安装在轨道旁，负责监测车辆健康状态的装置），作为车辆运行健康状态监测中的重要设备对车辆的健康状态持续监控起到了举足轻重的作用。为健康车辆的可持续运营创造了可靠条件，为健康不良的车辆前期预警起到了关键作用，为车辆的合理维护提供了准确的依据。本文参照成熟项目轨道交通车辆的监测模式，提出了城市轨道车辆轨旁监测装置的合理配置方案。
关键词： 轨旁监测设备 健康监测 配置
1、概述
现代化城市地铁、轻轨等轨道交通工具在城市的出行方式成为主流，乘客对车辆的准点率以及舒适性要求越来越高，从而给车辆的检修维护工作也带来了巨大的压力和挑战。为保障车辆运营过程中对故障的控制能力，车辆的健康状态监测起到了十分重要的作用。
如何合理的监测车辆的健康状态，成为一个重要的课题。本文从实际出发，探讨了为保障车辆正常运营，保证车辆的安全性和舒适性，最基本的车辆监测轨旁设备的配置，从而用最经济的投入，保障车辆健康状态得到监测，从而起到故障预警，可以使维护前移，继而达到车辆健康运营的目的。
2、车辆健康运营的主要影响因素
轨道交通车辆是把电能转化为动能的综合装置，从而带动载客的车厢，把旅客从起点运送到目的地。因此，车辆的电能输入装置、走行装置、制动装置是关乎全车安全和正常运营的重要设备。故保证以上三类基本车辆设备的状态正常，就能基本保障车辆的正常运行。故对该类设备进行健康监测将大幅降低车辆的故障率，提高车辆的利用率和可靠性。同时提供状况趋势和高磨损或即将发生故障的预警，这将为列车的整个生命周期的维护带来益处。
2.1受电弓
受电弓是车辆由接触网取电的关键设备，是车辆和接触网的重要能量传递节点。一般接触线缆的部件为碳滑板。由于受电弓与接触网是动态接触，所以故障率也相对较高。如果受电弓出现故障，则车辆的主要能量来源不足，会导致车辆的降级运营或其他故障，所以受电弓是重要的监测对象之一。受电弓监测设备主要由龙门框架、高清影像摄像头、影像传输系统等装置构成。主要可以监测碳滑板厚度、弓头损伤、碳滑板最薄处数值、碳滑板最深划痕、碳滑板磨损率等，并输出预计更换碳滑板的日期。该系统在监测的同时能够对受电弓的性能进行生命周期分析，并极大减少列车维护设施中受电弓的检查时间。
2.2制动夹钳
制动系统是影响车辆行车安全的关键系统，制动夹钳和制动盘是制动动作的最终执行单元，制动夹钳和制动盘的状态是否正常直接影响行车安全，故为保证车辆的安全运行，必须对制动夹钳和制动盘的状态进行监测。
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图1
该装置具有4个测量摄像头组件，可同时测量转向架的4个制动执行机构。当转向架经过摄像头组件时，测量摄像头会拍摄用于测量的带有激光条纹的图像，并且每张图像都带有一个时间戳记。转向架每次通过监测装置将获取多个测量图像。 图像被捕获的同时，被存储在固定的存储器内，供软件系统进行对比分析。如果对比结果发现有异常，监测系统会进行报警，激活人工确认界面，进行二次确认，以确定制动系统是否存在异常。
2.3、车轮轮廓测量系统
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图2
车轮轮廓测量系统通过放置多个激光发射器，发射多个条纹来测量车轮的轮缘和踏面。每个激光单元的轴线均标称径向于车轮中心。同时用高分辨率的摄像机将图像固化，并传送到图像处理中心。图像处理系统使用数学算法将高分辨率设相机拍摄的典型图像进行组合对比，以发现异常。该系统的分析和报告软件可提供车轮性能趋势以及对故障组件的预测性识别。该系统的主要测量指标是轮辋的轮廓，车轮的前后间距以及车轮直径，轮缘和踏面等的几何参数。该系统不仅可以识别车轮的缺陷同时可以将测量数据可以与车轮处理设备进行数据共享，从而减少了重新仿形作业所需的时间，并消除了测量记录带来的人为错误。
2.4、车轮损伤测量系统
良好的车轮踏面可以提高车辆的安全性和舒适性，车轮踏面情况的监测能提前识别不良的表面状态，并进行预警，从而进行人工干预和修复。该系统主要由安装在路轨两侧的带信号调理的轨道式负载传感器组成。传感器负责数据的采集和发送，传感器信号通过预处理器进行放大，滤波和数字化，然后转换为动态车轮载荷读数，并传递给车轮缺陷识别系统。车轮缺陷识别系统处理器分析车轮读取图案特征并表征车轮表面可能存在的缺陷的性质和严重性，以产生车轮踏面状态信息。并直接记录。通过这个系统维护人员可以识别车轮缺陷并采取纠正措施，以确保维持正确的车轮状况和轮廓，并最终提供更长的车轮寿命。
2.6、轨旁车辆状态监测数据的传递
以上各设备的监测数据传递到不同的数据模块，车辆经过测量设备时，各模块会自动记录测量结果。车辆经过系统后的1-2分钟内，不同模块的数据被传送的到数据处理中心，中心将对数据进行分析并将其发送到车辆管理信息系统。如果有任何问题，则会在车辆管理信息系统发出警报。这意味着车辆经过监测设备后，很短的时间内就可以发现缺陷或损坏等问题，并预测出故障的状态以及可能发生时间。
3、结束语
配置了轨旁监测设备的线路，车辆的健康状态我们将获得实时数据，从而可以做出与维护制度有关的明智、准确和客观的决策。通过在车辆信息管理中心上记录的数据，我们的维护周期和程度都更加灵活，使我们能够通过正确的维护来保障车队的正常运营。监测系统可以为我们提供前瞻性的预警信息，以识别潜在的系统性问题，并帮助保护路网免受车辆故障造成的损坏。监测系统还可以帮助维护人员从基于时间的维护过渡到基于状态的维护，这为节省运营和维护成本创造了基本条件，从而为在保证车辆正常运营的前提下，综合节省离整个路网的成本。
参考文献
[1] 轨道交通弓网系统电接触/高国强 等编著．西南交通大学出版社，2018.11
[2] 轨道交通装备健康管理/牛刚 等编著．同济大学出版社，2016.08