铁路5T系统应用的探讨

铁路5T系统应用的探讨摘要：铁路5T系统的应用现状，5T系统信息整合的思路。关键词：安全防范预警系统；信息整合.Abstract: the present situation of the application of 5 t system, 5 t system information integration is proposed.Keywords: security early warning system; Information integration.铁路5T系统，是对THDS （红外线轴温探测系统），TFDS （货 车运行故障动态图像检测系统），TADS （货车滚动轴承早期故障轨边 声学诊断系统），TPDS （货车运行状态地面安全监测系统），TCDS （客车运行安全监控系统）这五项铁路车辆安全防范预警系统的统 称。近年来，随着铁路运营的迅速发展，列车运行速度不断提高，载 重量不断增加，这些都对列车车辆的安全提出更高的要求。铁路5T 设备应运而生，有效地建立了比较全面的车辆安全防范预警体系。通 过采用先进检测技术，人机联控有效监测，预防各种危及行车安全的 故障，达到故障隐患的及时发现和早期预警，从而缩短技检时间，减 轻运用、检修人员的劳动强度，保障铁路运输的安全运行。在5T系统中，THDS红外线轴温探测系统被认为是最值得投资 的也是最必要的设备。THDS利用轨边红外线热敏或光子探头，对通 过车辆每个轴承温度实时检测，并将检测信息实时上传到分局车辆运 行安全检测中心，进行实时报警。我们知道，当车辆由于轴承故障导 致发生热切轴事故，从轴承开始发热到发生事故，这个过程是非常快 的，以时速80KM的列车为例，由于轴承内部故障或缺陷，车轴甚至 车轮温度迅速跃升，当温度升高至一定程度后，轴承内部润滑油脂参 与燃烧并迅速消耗，产生干摩擦一高温-材质变化的恶性循环，材质 发生变化到达极限，最后被车辆自重压迫导致发生变形、折切。整个 过程可能就是十几分钟或几分钟的时间，车辆从开始发热到发生事故 之间的行程，一般为30km左右。这些都是血淋淋的经验教训给我们 留下的宝贵资料，因此，建立有效的合适的红外线轴温探测网络，对 列车车轴温度变化进行有效监控，对列车运行安全是十分必要和有益 的。红外线轴温探测设备由于起步早、关注程度高，目前技术已十分 成熟，在铁路系统中广范应用，成为车辆运行安全防范预警系统的一 个重要环节。目前大多采用的是哈尔滨威克公司的HTK系列设备和 北京502研究所的HBDS系列设备。TFDS（货车运行故障动态图像检测系统），利用轨边高速摄像头， 对运行货车隐蔽故障和常见故障进行动态检测，及时发现货车运行故 障，重点检测货车走行部、制动梁、悬吊件、枕簧、大部件、钩缓等 安全关键部位，重点防范制动梁脱落事故，防范摇枕、侧架、钩缓大 部件裂损、折断，防范枕簧丢失和窜出等危及行车安全隐患。TFDS设备的原理是通过高速摄像头对运行中的列车进行高速拍 照，然后将图片利用程序拼图重组，在客户端上显示为比较直观的视 图。优点是显而易见的，直观、快捷、还原准确，还能改善检车员工 作环境，降低劳动强度，缩短技检时间，提高车辆运营周转率。但由 于TFDS设备的研发起步较晚及车辆构造、设备原理等方面的原因， 还存在应用车型不广，不能完全取代人工作业，受强烈阳光及雨雪天 气影响较大等缺点，这些都制约了 TFDS设备的大面积应用。通过这 几年在国铁和青藏铁路等地的TFDS设备应用及试验，说明只要合理 的使用TFDS设备，在保障车辆运行安全、提高车辆运营周转率、降 低劳动强度等方面将起到意想不到的效果。一般建议TFDS设备安装 在非主要列检所所在地段，同时前、后方列检所对TFDS设备检测不 到的部分进行重点检查。目前，TFDS设备研发取得重大突破，2009年3月，由北京京天 威公司研发的TFDS设备抗阳光干扰技术顺利通过铁道部运输局装 备部组织的技术评审。通过LED (lighf-emitting diode)频闪技术、 CMOS相机及Linlog技术、偏振滤光技术、精确曝光控制策略和双 边滤波图像增强技术等的应用，解决了旧型TFDS设备的阳光干扰问 题以及设备侧架的光源对射干扰问题，基本实现了设备全天候的使 用，拍摄出来的图像更加清晰，极大地提升检车员发现列车故障的几 率。TADS (货车滚动轴承早期故障轨边声学诊断系统)，利用轨边噪 声采集阵列，实时采集运动货车滚动轴承噪音，通过数据分析，及时 发现货车轴承早期故障。按照我国铁路货车轴承故障的分类方法，滚动轴承的故障类型种 类主要包括：裂损、麻点、剥离、碾皮、磨损、变色、烧附、压痕、 凹痕、电蚀、锈蚀、松动、硬损伤等，但不是所有的轴承故障都能依 靠声学的方法诊断出来，声学诊断所能探测到的是在运转中能够引起 较大振动和噪声的故障或缺陷，主要包括：内外圈滚道的裂损、剥离、腐蚀、异常磨损、压痕；内圈松动、微振磨蚀；滚子剥离、裂损、腐蚀；保持架裂损；其它引起较大噪声和影响行车安全的故障。目前世界上仅有两种产品化的货车轴承早期故障声学监测诊断 装置，一是美国的TTCI的轨边声学探测系统，二是澳大利亚VIPAC 公司的铁路轴承声学监测系统（RailMBAM）,他们都各自开发声学 传感器阵列，提高了指向性和保真度，从而大大提高了轨边检测的信 噪比，采用成熟的信号分析技术与先进的模式识别方法，提高了声学 诊断的准确性和实用性。我国铁路系统大多采用的是美国TTCITADS设备。TPDS （货车运行状态地面安全监测系统），利用设在铁路正线直 线段上的轨道测试系统，动态监测轮轨间的动力学参数，实现了对货 车的运行状态分级评判。一直以来，铁路货车的临界运行速度低（直线稳定性）是货车提 速的瓶颈，由于货车空车抗菱刚度低、回转阻尼低等因素，其蛇形失 稳的临界速度大多在70km/h左右，有的甚至达到5060km/h左右。 车辆超过蛇形失稳的临界速度运行，会出现明显的蛇形失稳现象，轮 轨间相会作用剧增，加剧了车辆零部件的磨耗，也对轨道结构造成大 磨损，同时在车辆和轨道不利条件的情况下，大大增加了直线脱轨的 可能性oTPDS设备通过车辆直线动力学性能对车辆的直线稳定性（包 括脱轨系数、轮重减载率、蛇形失稳的临界速度等）进行评定，以便 对蛇形失稳严重、超偏载、车轮擦伤的技术不良车辆进行处理，可有 效提高列车运行速度、保障列车运行安全。目前国内外在技术上可行且有成功应用经验，在道旁对车辆运行 状态进行地面安全检测的设备主要有北美TTCI和中国铁道科学研究 院研制的TPDS设备，从设备监测目标、测试方法与原理、评定方法 等方面来看，中国铁道科学研究院研制的TPDS设备更适合在我国铁 路上应用。TCDS （客车运行安全监控系统），通过车载系统对客车运行安全 关键部位进行实时监测和诊断，通过无线、有线网络，将监测信息向 地面传输、汇总，形成实时的客车安全监控运行图，使各级车辆管理部门及时掌握客车运行安全状况。TCDS设备由车载实时监测系统、车地数据通信系统、地面数据 库及专家系统组成。其中，车载实时监测系统一方面将车辆状态信息 记录下来。另一方面可将紧急事件，如火灾，意外制动，等通知司机 或通过卫星或GPSGPRS通信系统通知相关决策人员，为车辆状态修 提供技术平台，并可进行车辆状态的远端查询，数据可实现无线自动 下载。主要功能：1.防滑器工作状态监测、车电监测、车门、火灾 险情监测、制动系统监测和轴承状态监测。2.在线监测诊断各车厢 各监测对象的运行状态，实现在列车级集中显示、报警功能。3.客 车行车安全监测系统列车级主机：在线实时记录、存储各监测对象过 程数据、诊断报告、事件信息（黑匣子）功能。铁路5T系统由于都是以英文字母T开头，而且都是用于铁路车 辆安全防范预警系统的设备，所以一般被统称为5T系统。实际上， 5T系统在目前的应用中仍然各自为政，并没有形成一个信息共享、 集中监控和综合分析的系统。在目前铁路跨越式发展的要求下，车辆 的检测和故障预报自动化、智能化成为一个新的发展趋势。整合车辆 安全信息，实现5T信息融合，建立一个完善的车辆运行安全监控系 统，对铁路车辆主要构件和运行质量实时监测，并建立各自的数据存 储。通过网络把5T系统监测信息有效的集成起来，实现相关信息的 关联与交叉检索，对提高安全预警水平和故障分析等具有重要意义。在当前的条件下，铁路5T系统信息整合的基本思路是：充分利 用现有的HMIS货车技术管理信息系统、TMIS列车确报系统、AEI 车号自动识别系统，依托铁路通信网，合理布局5T探测网点和使用 终端，通过安全监测数据与车号信息的匹配，实现以车号为导航的系 统性车辆运行安全监测网络跟踪，多点综合判断及互控，从而是个系 统在监测和基层运用的基础上实现数据的综合运用和深层运用。参考文献：【1】周荣绪建设货物列车安全信息管理的探讨【2】神华集团车辆安全防范预警系统工程可行性研究【3】李原福 铁路5T系统信息融合技术的研究