测试技术在列车中的应用与展望

1、LOGO测试技术在列车中的应用测试技术在列车中的应用目录目录测试技术的定义1轨道检测列车2列车完整性检测3列车车轮磨损检测4测试技术的定义测试技术的定义测试（measurement and test）是测量与试验的概括，是人们借助于一定的装置，获取被测对象有相关信息的过程。测试包含两方面的含义：一是测量，指的是使用测试装置通过实验来获取被测量的量值；二是试验，指的是在获取测量值的基础上，借助于人、计算机或一些数据分析与处理系统，从被测量中提取被测量对象的有关信息。测试分为动态测试和静态测试。如果被测量不随时间变化，称这样的量为静态量，相应的测试成为静态测试；反之为动态。测试技术的定义测试技术的

2、定义在现实生活中，处处都离不开测量。所谓测量就是借助于专用的技术工具通过实验和计算，对被测对象收集信息的过程。在自然界中，对于任何被研究的对象，若要定量地进行评价，必须通过测量来实现。在电子技术领域中，中肯的分析只能来自正确的测量。通过测量，我们由感性世界跨入了理性世界，逐步有了理性的分析，通过分析和归纳，我们才能得到规律性的知识来改造世界，科学技术才能得以高速发展。在铁路的发展过程中，安全和高效是其发展永恒不变的两个重要目标。现如今列车的行走理念是高速和重载，随之而来的各类问题是我们绝不容忽视的，所以对于列车的测试就显得尤为重要。在此我们从以下几个方面对列车的测试技术进行介绍：1、轨道检测列

3、车2、列车完整性检测3、列车车轮磨损检测轨道检测列车 轨道检查车 是检查轨道病害、指导轨道维修、保障行车安全的大型动态检测设备，也是实现轨道科学管理的重要手段，为此各国铁路都重视轨检车的开发和应用。 至今，轨检车的发展已有百余年的历史。轨道检测列车v1877年第一辆轨检车诞生，至20世纪40年代，瑞士、联邦德国、美国、法国、日本都有了轨检车。这个时期的轨检车主要为接触式机械轨检车，测量速度低、项目少、技术落后、采用弦测法检测。50及60年代，轨检车向电气式转变，测试仪表电子化、项目增加、速度提高，并开始应用惯性原理检测方法。轨道检测列车v70年代以来轨检车发展极快，欧美、日本等许多发达国家相继

4、研究各种先进的轨道检测技术和新的测量原理，如：惯性原理、光电、电磁、电容等无接触传感器，伺服跟踪、自动补偿及修正技术在轨检车上广泛应用，车载计算机进行轨检数据处理，提高了检测精度和速度，增加了检测功能。轨道检测列车v80年代以来，激光、数字滤波、图像处理等在轨检车上应用更加广泛。以计算机为中心，对轨检信号进行模拟及数字混合处理，保证轨检结果不受列车速度和运行方向的影响。采用数字滤波技术扩大了轨道不平顺可测波长的范围，改善了轨检系统的传递函数特性，大大提高了检测的精确性和可靠性。轨道检测列车v日本轨检车发展日本轨检车发展意大利轨检车发展意大利轨检车发展v意大利轨检车发展意大利轨检车发展冲击有碴轨

5、道列车时速新纪录的法国冲击有碴轨道列车时速新纪录的法国“V150”列车列车轨道检测列车v轨检车的发展趋势一是在高速铁路上，综合检测列车越来越受到重视，日本的East i、意大利的“阿基米德”、法国IRIS320和我国高速综合检测列车都为高速铁路、既有线提速区段的安全和高效运营提供保障。二是综合检测列车技术思路，是保持各专业检测相对独立的同时，通过共享时间、里程和速度信息，实现检测信息时间和空间的同步。轨道检测列车三是检测内容越来越丰富，从工务道床、轨枕、扣件、钢轨、轨道几何、隧道限界，到电气化设备和通信信号设备，都开发了相应的检测技术及设备。四是激光和摄像检测技术获得了广泛应用，提高了检测速度

6、、精度和可靠性。轨道检测列车随着我国铁路提速战略的实施，对列车的安全、舒适性提出了更高的要求，同时运行速度的提高和重载列车的开行，对轨道的破坏作用加大，导致轨道状态的恶化加剧。因此，加强轨道动态检测力度，及时掌握轨道质量状态，正确指导线路养护维修，确保铁路运输安全，已成为铁路工作中的一项重要基础工作。截至2004年，我国铁路现役轨检车按检测系统类型划分为四类：GJ-3型、GJ4型、GJ4G型、GJ5型。轨道检测列车vGJ4型轨检车在美国T10型轨检车的基础上，采用惯性基准原理，应用“传感器模拟信号处理数字信号处理”组成的综合补偿系统对各种误差信号进行补偿修正，检测项目比较齐全，除评价线路质量状

7、态的轨距、轨向、高低、水平、三角坑以及车体水平和垂直振动加速度等指标外，还可识别道岔、道口、桥梁等地面具有显著特征的标志物，方便工务人员查找轨道病害处所。GJ-4轨道检测车外观轨道检测车外观轨道检测列车GJ5型轨检车采用惯性基准法、非接触式测量方式，由基于摄像原理的轨距轨向测量系统取代光电伺服机构，所有传感器均安装在悬挂于转向架构架上的检测梁内，取消了轨距吊梁。由于经过一系列减震，检测梁工作时所受的振动和冲击大大降低，安全性显著提高，同时也消除了检测设备在特定检测速度下产生共振的可能性。由于不存在伺服机构的往复运动，检测设备的故障率也大大降低。GJ5型轨检车型轨检车轨道检测列车可以进行轨距、轨

8、向、高低、水平、三角坑、曲率、车体加速度、钢轨波磨和钢轨磨耗及断面等项目的测量，其计算机系统由一台VME计算机和数台Windows平台计算机组成，采用TCP/IP协议组成车上局域网。VME计算机负责数据采集和轨道几何数据的合成，由一台运行Windows2000系统的计算机作为服务器，负责与VME计算机的通讯，获取检测数据，同时进行数据存储以及超限判别等工作。其余Windows平台计算机可以运行相应的软件，通过网络与服务器通讯，完成几何数据显示、超限编辑、报表打印和里程校核等任务。ImageMap公司提供了WinDBC、DefectEditor、DefectMonitor、OnDemandRep

9、ort和TermiFlex软件实现相应的操作。轨道检测列车v多功能安全综合检测车是高速铁路配备的专用检测车。其功能是测量轨道几何状态、轴箱构架和车体加速度、钢轨表面状态、接触网以及轮轨作用力、无线通信、信号等项目。线路地貌监测系统和GPS系统作为辅助系统，协助检测人员对检测项目进行定位和分析。同时，能够实现综合检测列车各检测系统间的位置与地面高程同步，并实现自动修正里程。各检测系统的检测数据都能够传输到指挥控制中心。v目前我国铁路共有三列综合检测列车。轨道检测列车CRH2-010A过渡过渡综合检测列车综合检测列车CRH2-061C过渡过渡综合检测列车综合检测列车0号高速综合检号高速综合检测列车

10、测列车动车组动车组型式型式四方股份四方股份CRH2动动车组车组四方股份四方股份CRH2动车组动车组长客股份长客股份CRH5动车组动车组检测速检测速度度200250km/h300350km/h250km/h检测项检测项目目轨检系统缺轨距轨检系统缺轨距和轨向，无和轨向，无GSM-R检测能力检测能力轨检系统缺轨距轨检系统缺轨距和轨向和轨向齐全齐全轨道检测列车v综合检测车的系统组成：v一、列车网络系统v二、定位同步系统v三、数据综合处理系统v四、环境视频检测系统轨道检测列车v一、列车网络系统轨道检测列车v二、定位同步系统轨道检测列车v三、数据综合处理系统数据综合处理系统的目标是建立检测数据组织管理机制

11、，建立综合检测日报处理系统，实现大值报警机制。轨道检测列车v四、环境视频检测系统列车完整性检测在铁路的发展过程中，安全和高效是其发展永恒不变的两个重要目标。从列车运行安全保障方面来看，研究列车完整性检测技术对于铁路事业的发展具有重要意义和作用。在我国列车完整性检测技术始于早期轨道电路通过轨道占用检测方式检查列车完整性，之后发展成依托列车尾部防护装置设备实现列车的完整性检测。随着我国铁路行业的快速发展，传统列车完整性检测技术已经不能满足发展需求，而依托先进定位技术、通信技术以及传感器技术实现的列车完整性检测判别是列车完整性检测技术未来发展的主要方向。 列车完整性检测v列车的完整性监测是指列车运行

12、过程中利用设备检测列车的完整性，即检测列车有无脱钩抛车现象，目前国内大多采用列车尾部安全防护装置（列尾装置）来完成。列尾装置由安装在列车尾部的主机和司机室内的控制盒两部分组成，它能实时检测列车尾部风管风压并将风压信息不停的反馈给机车司机控制盒，实现欠压报警，提示司机采取紧急制动等应急措施。主机对主管风压进行检测，当列车发生抛车，风管断开漏风，泄露量超过规定值时，通过无线调度系统机车电台及时向机车乘务员发出警示。列车完整性检测v但是，列尾装置在使用过程中还存在一些问题，如：既有或新增的无线列调，没有列尾装置司机控制盒的预留接口，给安装和使用带来困难；无线列调的使用频率不当，造成枢纽内列尾装置主机

13、与无线列调间相互干扰，影响列车的出发；列尾装置对风压的查询频率不够，有些一分钟甚至几分钟查询一次，这样不能保证完整性检查的实时性；另外无线通信存在盲区，设备受环境影响较大。列车完整性检测列车完整性检测vGPS技术在列车完整性检测中的应用v火车在正常行使过程中车头和车尾的距离固定不变。如果发生抛车事故，车头和车尾的距离增大。GPS检测列车抛车的原理就是在火车的行进过程中检测列车头尾的GPS位置信息，并计算列车头尾两点的直线距离。当发现计算的直线距离Lt大于火车的原始长度Lo时，即可以判定抛车。列车完整性检测v欧洲相关部门于目前采用的列车完整性检查系统即TIMS(Train Integrity M

14、onitoring System)是欧洲列车控制系统(ETCS)中的重要组成。TIMS是ETCS三级必需的子系统，能够应用在高密度、移动闭塞的线路上。不仅减少路旁设备外，而且缩短平均列车间隔，提高行车效率。列车完整性检测v在TIMS的实现方法中，GPS的应用是通过对车头尾定位来检测车长。定位方法大多轨道地图数据库与卫星定位相结合，利用轨道数字地图的数据资源，补充卫星不完备条件下的定位条件缺失问题。例如在基于轨道地图数据库的双星定位模型中，数字地图提供的区间轨道信息可视为一系列坐标点信息，轨道段可根据要求划分，每一个小段可视为空间直线段，利用一定的坐标转换方法，可以将其转换至WGS一84坐标，再

15、应用双星定位算法定位结算。这种方法计算精确，但是需要编辑数据库，前期准备，测量工作繁重。列车完整性检测v加速度传感器检测技术v对火车的运动规律和列车抛车特点进行分析，可以得到如下结论:v（1）列车在减速过程中不可能发生抛车，v（2）列车在匀速和加速行使时会发生抛车。列车完整性检测v在车尾和车头分别安装加速度传感器，然后把车尾加速度传感器的数据通过“车载综合电台”发送到车头的列车运行信息检测平台，和车头加速度传感器的数据进行对比，就可得到列车的完整性信息。但这种方法对“车载综合电台”的依赖性较高，一旦“车载综合电台”出现问题，其可靠性就难以保障。列车车轮磨损检测v近年来，为满足我国国民经济高速发

16、展的需求，火车的行车速度正在不断提升，火车车轮是铁路机车级车辆的主要运动部件，其质量的可靠性是保证火车运行，减少火车运输风险有着重要的意义，对车轮进行全面检测是保证其质量的一个重要的手段，它可以及时发现隐患，防止和避免恶性事故的发生。列车车轮磨损检测v火车车轮是一个形状较为复杂的部件，采用现有的常规无损检测方法只能对其中某些部分进行检测。例如：采用压电超声的方法检查轮辋部；用磁粉检查轮体部。然而长久以来对于车轮踏面表和近表面区域中的缺陷尚未有一种较为理想的检测方法，火车车轮踏面部分是车轮直接与钢轨接触的部分，在火车启动、行走（特别是弯道行驶）和刹车灯过程中，这些部分的受力和冷热交替变化极为剧烈

17、，任何原有的微小瑕疵和缺陷都可能扩展和扩大，导致车轮的局部或整体破坏，甚至酿成灾难性的事故。列车车轮磨损检测v本次我来向大家介绍一种新型的探伤方法：v将磁超声波表面波的激发应用于高速列车车轮的探伤，用以填补现行检测手段在车轮踏面部位的不足，从而保证运行车轮的质量。列车车轮磨损检测v所谓电磁超声法的核心和电磁超声换能器技术。其主要的组成部分是：高频线圈、外磁场、试样本身。如图是用Lorentz力激发横波的EMAT换能器示意图。列车车轮磨损检测v我们利用EMAT直接在车轮的踏面表面上激发出相向传播的两束超声表面波。所激发出的声波束将沿着车轮表面及近表面（10mm深度）内周向自行传播，从而形成对被检表面及近表面的全覆盖监测。由于电磁超声检测方法不需要声耦合介质，且能容