轮对检测体系的运用及改善

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本文作者：吴乐华作者单位：南昌铁路局车辆处

逻辑结构：轮对状态动态检测系统逻辑结构如图3所示。从图3可以看出，软件系统完成轮对检测相关的触发、控制、采集和处理功能。现场的检测软件被划分为尺寸检测、擦伤检测、探伤检测、车号识别、现场控制等软件及功能模块，并统一由远程主控程序协调工作。各软件子系统分别与各自的硬件系统相连接完成相应的检测功能。

检测功能：轮对状态动态检测系统主要功能包括尺寸检测、擦伤检测、探伤检测及系统附属功能，具体见表1。

运用效果和存在的问题

1运用效果

系统投入运用3年多，平均每天入库动车10辆左右，尺寸检测超限报警复核正确率为76%，擦伤重复报警复核正确率为51%，为检修提供了重要参考依据。擦伤报警典型案例如图4所示。从图原始波形分析可以看出，该轮位存在擦伤或剥离现象，检修人员复核结果如图5所示。从图5可以看到，该轮位确实存在擦伤现象，系统报警准确。

2存在的问题

系统投入运用以来，存在的主要问题包括擦伤检测效率、车轮直径检测精度及数据管理等方面问题。擦伤检测效率方面，遇到受检列车速度很慢通过检测区域时，系统检测的原始数据量非常大，浪费磁盘空间，同时严重影响处理效率，从而降低了检测效率。车轮直径检测精度方面，系统在检测过程中，存在轨道沉降现象，系统对该问题的规避存在缺陷，导致车轮直径检测精度受到影响。数据管理方面，采用BS系统进行管理，数据访问便捷，系统所有用户可以访问系统中所有检测相关数据信息。由于考虑到数据保密性和安全性问题，系统用户权限设置方面存在缺陷，应对不同角色用户分配不同的访问权限。

问题的分析与改进

1提高擦伤检测效率

擦伤检测效率问题主要影响因素是原始数据采集控制部分存在问题。既有方式是列车受检过程中采集并保存每个车轮的原始数据，遇到受检列车速度过慢或停车的情况，采集的原始数据量很大，给计算机处理带来很大的负担，影响检测效率，同时也浪费磁盘空间。针对该问题，解决方式需要从以下角度进行考虑，一是增加数据采集缩减功能，二是优化数据处理控制进程。数据采集缩减部分，在采集的同时进行数据缩减，只对有用的数据进行过滤，其余的在保存时予以丢弃，从而减小数据量，提高处理速度。每个通道设置一个高度的判断值，如图6所示。如果高于判断值则是平衡状态，如果低于判断值则为下压状态。平衡状态的波形波动对于算法计算是无用的，只需要保留很少一部分波形即可，其余的数据可丢弃。如果停车的时候车轮压在擦伤杆上，该通道的数据处于下压位置，则对数据的长度进行判断。由擦伤的采集频率和擦伤杆的长度计算得到，列车在以1km/h的速度下通过擦伤杆所采集的数据包是40个，在下压位置采到40个数据包以后，数据将不再保存，这样就不会造成停车数据过大而溢出。数据缩减功能的应用，在正常的检测速度下，数据文件的缩减达到50%～70%，其处理速度也变为原来的一半左右。在缩减数据的同时，也能有效地解决停车而引起的超时问题。数据处理流程控制部分，由于数据处理慢和过车频繁的问题，为了实现线程的正常暂停和唤醒，改进处理暂停的机制，增加一个数据队列用来存储每次过车的数据文件名和地址。数据处理不在读取每次过车的文件，而是从数据队列中取文件处理，采集和处理分开进行，不会在数据处理唤醒以后造成混乱。改进后从使用情况来看，有效解决了数据累积的问题，提高了擦伤检测效率，也提高了系统整体检测效率。

2提高车轮直径检测精度

根据“3点确定1个圆”的原理，车轮直径检测原理如图7所示。FG长度、∠AFG和∠BGI的角度属于固定值，AF和BG长度通过图像处理可以得到。设车轮半径为r，得到如下关系式：AC2＋（r－CE）2=r2，（1）BD2＋（r－DE）2=r2。（2）标定时得到FG=m，AF=m1，BG=m2，假设AC=n，则BD=m－m1×cosθ－m2×cosθ－n，那么式（1）和式（2）可表示为n2＋（r－m1×sinθ）2=r2，（3）（m－m1×cosθ－m2×cosθ－n）2＋（r－m2×sinθ）2=r2。（4）通过方程组可以得到车轮半径r，车轮直径为2r。过车检测时出现轨道沉降的情况相当于图7中FG轨道面下降了一个高度，引起AH和BI的变化，导致车轮和标定时的相对位置不一致，引起检测精度出现误差。只有通过对沉降高度值进行检测，使用检测值进行补偿后计算车轮直径，才能确保检测精度。检测轨道沉降高度采用位移传感器采集轨道在过车时相对的位移变化值，再进行滤波得到有效的高度变化差值。系统具有轨道沉降检测的接口，增加一组位移传感器后该问题得到有效处理，车轮直径检测精度明显提高。

3改进数据管理问题

数据管理方面，对用户权限和角色的设计方面进行改进，避免数据管理存在混乱的现象，管理员可以对新建用户分配指定的数据访问和管理权限。同时，报表增加了用户操作记录查询功能，当用户对数据进行增加、删除或更改后，系统实现自动记录操作过程，方便系统管理的监管。改进后，管理员可以合理管理系统数据的访问权限，提高了数据的安全性和保密性。

结论

轮对是列车走行部中极为重要的部件，轮对的技术状态直接影响行车安全。轮对状态动态检测系统投入运用后，通过对运用过程中出现问题的及时改进和完善，设备在使用效率、检测精度和安全快捷方面得到明显提高，真正成为检修人员得力的助手。该系统使轮对的质量状况随时处于被跟踪控制状态，能够有效避免因轮对超限引起的行车事故，给铁路安全运营带来显著的经济效益和社会效益。