鐵路紅外線檢測車日常快速檢修

楊京濤，曹 郁

（中國鐵路南昌局集團(tuán)有限公司機(jī)輛檢測所，江西 南昌 330002）

鐵路紅外線檢測系統(tǒng)是利用裝在鐵路鋼軌邊的紅外線探頭， 對(duì)通過車輛軸承溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，并將檢測信息實(shí)時(shí)上傳到路局車輛運(yùn)行安全監(jiān)測中心，幫助鐵路列車運(yùn)維部門對(duì)鐵路列車相關(guān)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤、預(yù)警的系統(tǒng)裝置[1-2]。 該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)車次、車廂號(hào)和軸位運(yùn)行故障的精準(zhǔn)預(yù)報(bào)，是目前保障鐵路列車安全運(yùn)行的重要手段。 紅外線檢測設(shè)備成套安裝于鐵路沿線，由于大多數(shù)鐵路沿線無人值守，且工作環(huán)境惡劣復(fù)雜，為保證紅外線檢測系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、準(zhǔn)確地工作，需要對(duì)鐵路沿線的紅外線檢測設(shè)備進(jìn)行定期或不定期檢查[3]。

圖1 紅外線檢測車工作原理Fig.1 Infrared detection vehicle component drawing

紅外線檢測系統(tǒng)起源于20 世紀(jì)80 年代，哈爾濱鐵路局科研所、 成都鐵路局廣漢通信信號(hào)廠、北京康拓公司對(duì)紅外線探測系統(tǒng)進(jìn)行研究開發(fā)，先后經(jīng)歷一代機(jī)、一代半機(jī)、二代機(jī)，直到近年來發(fā)展到全路三級(jí)聯(lián)網(wǎng)，形成網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控能力[4-5]。 紅外線探測系統(tǒng)在防止車輛熱切軸方面發(fā)揮了重要作用。 因?yàn)榧t外線探測系統(tǒng)的廣泛推廣使用，1991—1995 年全路發(fā)生熱切軸事故42 件 （其中重大事故8 件）。1996—2000 年全路發(fā)生熱切軸事故25 件（其中重大事故4 件），下降40.5%[6]。在安裝有紅外線探測系統(tǒng)的運(yùn)行線路上，因車輛燃切軸造成的事故呈明顯下降趨勢。

紅外線檢測車則是對(duì)紅外線探測系統(tǒng)運(yùn)行狀況進(jìn)行健康檢查的“醫(yī)生”，它用來保障鐵路行車安全[7]。

紅外線檢測車可實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路沿線紅外線檢測設(shè)備的動(dòng)態(tài)檢測，它是通過在客車車體上安裝專用檢測設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)紅外線探測系統(tǒng)探測設(shè)備測溫精度、探測角度等指標(biāo)的動(dòng)態(tài)檢測和評(píng)判，是衡量紅外線探測系統(tǒng)探測設(shè)備運(yùn)用狀態(tài)的重要手段。 紅外線檢測車檢測設(shè)備由模擬車輪、模擬軸箱、方位尺、GPS 定位、無線數(shù)傳和控制裝置等組成，是一個(gè)綜合了機(jī)械、熱工、光學(xué)、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)和通訊等多學(xué)科的復(fù)雜系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)備[8]。

紅外線檢測車常常擔(dān)負(fù)鐵路沿線上千公里的檢測任務(wù)，長時(shí)間的使用過程中不可避免地會(huì)發(fā)生各種故障。 紅外線檢測車的技術(shù)人員一方面要嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)做好檢測車日常檢修和出乘前的整備，保證檢測設(shè)備狀態(tài)良好；另一方面當(dāng)檢測車在途中發(fā)生故障時(shí)能夠迅速準(zhǔn)確地進(jìn)行處置，確保完成紅外線探測系統(tǒng)設(shè)備的動(dòng)態(tài)檢測計(jì)劃[9]。

1 紅外線檢測車構(gòu)成及故障發(fā)生情況

1.1 紅外線檢測車構(gòu)成

紅外線檢測車系統(tǒng)主要由以下模塊構(gòu)成：主控系統(tǒng)、GPS 接收系統(tǒng)、無線數(shù)傳接收系統(tǒng)、模擬軸箱控制系統(tǒng)、模擬車輪控制系統(tǒng)、探頭方位尺控制系統(tǒng)、車輛擺動(dòng)測量處理系統(tǒng)[10]。 如圖2 所示。

圖2 紅外線檢測車系統(tǒng)構(gòu)成圖Fig.2 Infrared detection vehicle system

1.2 紅外線檢測車故障發(fā)生情況

經(jīng)過對(duì)紅外線檢測車日常故障統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)紅外線檢測車常見故障主要在以下方面：①模擬軸箱故障；②方位尺故障；③模擬車輪故障；④GPS 定位裝置故障；⑤無線數(shù)傳裝置故障等。

2 故障應(yīng)急處置程序

紅外線檢測車在運(yùn)行過程中，檢測設(shè)備發(fā)生故障，首先會(huì)影響紅外線探測系統(tǒng)探測設(shè)備的動(dòng)態(tài)檢測， 同時(shí)模擬軸箱和方位尺等裝有黑體加熱裝置，發(fā)生故障有可能導(dǎo)致加熱燒損， 甚至影響行車；而檢測車處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，一些檢測裝置如車底部的機(jī)械性故障是無法處理的。 所以檢測車途中故障的應(yīng)急處置原則首先應(yīng)該導(dǎo)向安全；其次是盡可能保證動(dòng)態(tài)檢測工作的進(jìn)行，具體來說，就是發(fā)現(xiàn)故障后，應(yīng)按以下步驟處置：

1） 迅速判斷故障類型和部位，必要時(shí)對(duì)故障部分進(jìn)行阻斷或隔離；

2） 采取備用或補(bǔ)救手段，保證檢測任務(wù)繼續(xù)實(shí)施；

3） 查找和分析故障原因予以修復(fù)，無法在途中修復(fù)的，待檢測車返回客整所后處理。

3 常見故障的應(yīng)急處置方法

3.1 模擬軸箱故障

檢測車下安裝8 組模擬軸箱，每組模擬軸箱通過7 芯控制電纜和2 芯加熱電纜加熱黑體，精確測溫控溫，模擬真實(shí)軸箱。 用來檢測地面設(shè)備的測量精度。

模擬軸箱常見故障為某個(gè)模擬軸箱溫度控溫不準(zhǔn)、無法控制溫度或不加溫故障[11]。發(fā)生該類故障時(shí)首先應(yīng)關(guān)閉該模擬軸箱對(duì)應(yīng)的空氣開關(guān)，切除該軸箱的供電，同時(shí)調(diào)整同側(cè)其他3 個(gè)模擬軸箱的設(shè)定溫度，分別設(shè)為低溫、中溫和高溫，不影響對(duì)紅外線探測系統(tǒng)探測設(shè)備測溫的檢測，然后按不同的故障現(xiàn)場進(jìn)行處置。

3.1.1 軸箱溫度控溫不準(zhǔn)

1） 故障現(xiàn)象。 例如，某個(gè)軸箱設(shè)定溫度80 ℃，在沒有溫度補(bǔ)償?shù)那闆r下，實(shí)際測量溫度只有73 ℃。

2） 原因分析。 該軸箱損壞或調(diào)理板出現(xiàn)了問題，不能正確工作采集軸箱溫度。

3） 故障處理。 首先測量軸箱的鉑電阻，鉑電阻是根據(jù)環(huán)境溫度變化而變化，鉑電阻的阻值可參照表1 對(duì)應(yīng)。

表1 鉑電阻隨溫度變化表Tab.1 Platinum resistance with temperature

測量阻值若不正常說明該軸箱黑體故障，若測量阻值正常則下一步檢測前置機(jī)。 查看前置機(jī)第1塊信號(hào)調(diào)理板（左側(cè)第1 塊）看板件表面電阻是否有損壞， 若表面完好， 把第1 塊信號(hào)調(diào)理板與第2塊調(diào)理板對(duì)調(diào)。 再次控溫查看實(shí)際溫度的數(shù)值；若是實(shí)際溫度與設(shè)定溫度相差太大， 故障現(xiàn)象未解決； 進(jìn)一步查看前置機(jī)里電源提供的12 V 直流電是否達(dá)標(biāo)。 在設(shè)備運(yùn)行時(shí)測量電源電壓值若是低于12 V 就會(huì)導(dǎo)致信號(hào)調(diào)理板供電不穩(wěn)，導(dǎo)致實(shí)際測量溫度比設(shè)定溫度低。 把前置機(jī)里的電源輸出的直流電壓調(diào)整為（12+0.2）V，這樣保證設(shè)備運(yùn)行的時(shí)候提供的直流電壓不低于12 V；由此故障解決。

3.1.2 軸箱無法控溫

1） 故障現(xiàn)象：當(dāng)軸箱隨機(jī)設(shè)定溫度后，給軸箱自動(dòng)加溫，但發(fā)現(xiàn)個(gè)別軸箱在達(dá)到隨機(jī)設(shè)定溫度后繼續(xù)加溫。

2） 原因分析：控溫電路出現(xiàn)問題，控制回路流程如框圖3 所示。

圖3 控制回路流程Fig.3 Control loop flow

3） 故障處理：查看由PCL-720 板送出的20 芯扁平電纜，CN1-1～CN1-16 路為信號(hào)線，CN1-19 腳為DC 5 V，CN1-20 腳為DC 12 V。 CN1-17，18 腳為GND。 若控制回路不正常時(shí)，首先檢查電纜端口連接是否可靠；然后檢查由PCL-720 板送出的電源及信號(hào)是否正常； 若不正常， 則維修或更換PCL-720 板；若正常，檢查PCLD-786（1）板是否正常；若PCLD-786 不正常， 檢查PCLD-786 板相應(yīng)的器件損壞程度來判斷維修還是更換電路板。

3.1.3 軸箱不加溫

1） 故障現(xiàn)象：若軟件系統(tǒng)模擬軸箱位置測量值顯示為0 度或者為環(huán)溫等情況，通過軟件顯示的狀態(tài)是在加溫，但是測量值始終無變化。

2） 原因分析：溫度控制板或加溫保護(hù)板故障。

3） 故障處理：首先查看A/D 轉(zhuǎn)換電路有斷路的可能。 檢查各板及線路端口接觸是否可靠； 檢查PCLD-881 上0 Ω 的電阻是否燒斷； 若出現(xiàn)燒斷更換此板故障解決。 其次查看加溫控制板（786 板）上的固態(tài)繼電器與保險(xiǎn)，若繼電器不亮更換繼電器故障解決，若軸箱加溫時(shí)繼電器常亮查看繼電器是否接觸良好與繼電器下方保險(xiǎn)是否燒斷，若保險(xiǎn)燒斷更換保險(xiǎn)故障解決，若繼電器接觸不牢固也會(huì)造成不加溫，安裝牢固后故障解決。 最后加溫保護(hù)板提供過壓保護(hù)，加溫保護(hù)板若固態(tài)繼電器有故障可以把保護(hù)板的輸入輸出并聯(lián)在一起，但是只是應(yīng)急辦法，若是長時(shí)間并聯(lián)，會(huì)把軸箱黑體電源電阻燒壞，建議停車后更換加溫保護(hù)板。

3.2 方位尺故障

檢測車5，6 位真軸下懸掛2 組（4 個(gè)）方位尺，每組方位尺通過7 芯控制電纜和2 芯加熱電纜連接到車上控制柜中的控制電路，通過特殊形狀的熱分布數(shù)據(jù)結(jié)果，檢驗(yàn)地面設(shè)備的探測器角度。 方位尺常見故障有兩種。

3.2.1 方位尺方位角度檢測結(jié)果不準(zhǔn)確

1） 故障現(xiàn)象：在動(dòng)態(tài)檢測值機(jī)過程中如發(fā)現(xiàn)連續(xù)檢測多個(gè)紅外線探測系統(tǒng)探測設(shè)備均發(fā)現(xiàn)方位角偏差且偏差趁勢一致時(shí)， 即可判定為方位尺問題。

2） 處理方式：該類故障主要由于方位尺相對(duì)于轉(zhuǎn)向架軸箱安裝尺寸發(fā)生偏差導(dǎo)致方位角度檢測結(jié)果不準(zhǔn)確，造成將檢測車停在平直軌道上，在安全作業(yè)環(huán)境中，通過調(diào)整校準(zhǔn)，使之重新進(jìn)行靜態(tài)標(biāo)定。

3.2.2 方位尺黑體無法控制溫度與不加溫

故障發(fā)生該類故障時(shí)首先應(yīng)關(guān)閉該模擬軸箱對(duì)應(yīng)的空氣開關(guān)，切除該方位尺的供電，避免方位尺黑體燒損。 方位檢查尺故障比照模擬軸箱故障分析解決。 方位尺故障無法修復(fù)，則取消對(duì)應(yīng)方向側(cè)的探頭角度檢測。

3.3 模擬車輪故障

檢測車下懸掛8 組模擬車輪，每組模擬車輪通過一條2 芯電纜控制，模擬真實(shí)車輪。 用來檢測地面設(shè)備的測速、測軸距等功能[12]。

1） 故障現(xiàn)象：模擬車輪常見故障為模擬車輪不上電，不能觸發(fā)地面探測設(shè)備的磁鋼，未能識(shí)別檢測車，造成檢測失敗后果，在動(dòng)態(tài)檢測值機(jī)過程中如發(fā)現(xiàn)連續(xù)檢測多個(gè)紅外線探測系統(tǒng)探測設(shè)備均無線未發(fā)射，應(yīng)當(dāng)聯(lián)系中心值班員，假如未識(shí)別檢測車，可以確認(rèn)模擬車輪發(fā)生故障。

2） 處理方式：首先，檢查變壓器：變壓器故障收測量變壓器輸入有無AC 220 V，在測量輸出端有沒有AC 160 V 或者AC 110 V， 若是沒有AC 160 V或者AC 110 V，說明變壓器變壓出現(xiàn)故障，需要在檢測車返回客整所后處理。 其次，檢查整流橋有沒有輸出電壓，若是整流橋輸入端有交流電壓AC 160 V/AC 110 V，測量輸出直流電壓DC 160 V/DC 110 V，若是沒有直流電壓說明整流橋故障， 需要檢測車返回客整所后處理。 最后，檢查車輪驅(qū)動(dòng)板固態(tài)繼電器控制信號(hào)是否正常，若是達(dá)不到5 V，或者5 V 指示燈不亮說明此固態(tài)繼電器故障， 此時(shí)立即更換固態(tài)繼電器。

3.4 GPS 定位裝置故障

GPS 天線安裝在車頂上，通過同軸電纜連接在車內(nèi)的工控機(jī)上，GPS 定位裝置通過衛(wèi)星定位，計(jì)算檢測車運(yùn)行速度、距離前方站里程數(shù)、控制方位尺以及模擬車輪的加斷電[13]。

1） 故障現(xiàn)象：當(dāng)GPS 定位裝置故障出現(xiàn)故障時(shí)，檢測車無法對(duì)自身定位，不能感知距離前方站里程數(shù)，模擬車輪和方位尺不能自動(dòng)上、下電，造成無法檢測。

2） 應(yīng)急措施：此時(shí)可打開手機(jī)導(dǎo)航功能，同時(shí)把車載電臺(tái)調(diào)整到行車頻點(diǎn)，通過手機(jī)GPS 定位和監(jiān)聽機(jī)車與車站電臺(tái)通信的方式估算前方到達(dá)探測站時(shí)間，通過手動(dòng)上、下電操作方位尺以及模擬車輪。

3） 故障處理流程：首先檢查GPS 電源（DC 12 V）是否良好，此電源來自前置機(jī)，與天線連接的75 Ω電纜是否連通，檢查GPS 天線是否良好以及安裝是否標(biāo)準(zhǔn)，GPS 接收機(jī)的指示燈是否正常指示。 左（綠燈）閃爍（1 次/s）表示系統(tǒng)開始定位，其它狀態(tài)表示系統(tǒng)未定位，檢查天線接口是否插好；中（黃燈）閃爍（1 次/s）表示系統(tǒng)正在輸出數(shù)據(jù)，滅表示沒有數(shù)據(jù)輸出，檢查RS232 串口是否插好；右（紅燈）亮表示系統(tǒng)出錯(cuò)，電源反接，滅表示系統(tǒng)處于正常狀態(tài)。

若以上所有正常， 檢查工控機(jī)里的板卡PCI-1610B 是否插好，以及PCI-1610B 板卡的驅(qū)動(dòng)程序是否安裝良好。

3.5 無線數(shù)傳裝置故障

無線數(shù)傳天線安裝在車頂上，通過同軸電纜連接在車內(nèi)的工控機(jī)上，無線數(shù)傳裝置用于實(shí)時(shí)接收地面探測站發(fā)送的檢測車檢測報(bào)文[14]。

1） 故障現(xiàn)象：無線數(shù)傳裝置出現(xiàn)故障，則檢測車無法實(shí)時(shí)接收到地面紅外線探測系統(tǒng)探測設(shè)備對(duì)檢測車的探測數(shù)據(jù)，檢測車無法實(shí)時(shí)自動(dòng)生成該設(shè)備的檢測報(bào)告。

2） 應(yīng)急處理：此時(shí)可聯(lián)系車輛段地面值班人員通過網(wǎng)絡(luò)人工查詢檢測數(shù)據(jù)。 該趟檢測任務(wù)完成后，技術(shù)人員再將車上數(shù)據(jù)導(dǎo)入檢測車網(wǎng)絡(luò)評(píng)判系統(tǒng)，仍然可以形成最終的檢測報(bào)告。

3） 故障處理流程：首先檢查車載電臺(tái)和無線MODEM 電源是否正常。若不正常。讓其接觸可靠或更換相應(yīng)的電源，整個(gè)線路流程如框圖4 所示。

圖4 無線數(shù)傳流程Fig.4 Wireless data transmission process

若電源一切正常，檢查車載天線是否良好以及安裝是否標(biāo)準(zhǔn)， 與天線連接的75 Ω 電纜饋線是否連通良好， 無線MODEM 的指示燈是否正常指示。PWR 燈 （綠燈） 表示 “電源”， 若不亮表示電源（DC5V）不正常，檢查開關(guān)是否打開或者電源線是否插好。 RTS 燈（紅燈）表示“發(fā)送請(qǐng)求信號(hào)”用來表示DTE （微機(jī)接口電路） 請(qǐng)求DCE （數(shù)字設(shè)備電路——設(shè)備為MODEM）發(fā)送數(shù)據(jù)，即當(dāng)終端要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，使該信號(hào)有效（ON 狀態(tài)），向MODEM 請(qǐng)求發(fā)送。 它用來控制MODEM 是否要進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)。TXD 燈（紅燈）表示“發(fā)送數(shù)據(jù)”，無線MODEM 發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)此燈亮，若不正常，檢查RS232 接口是否接觸良。 CD 燈（紅燈）表示“載波指示”表示在線路上（無論發(fā)送數(shù)據(jù)還是接收數(shù)據(jù)） 有信號(hào)時(shí)此燈亮。RXD 燈（紅燈）表示“接收數(shù)據(jù)”無線MODEM 接收數(shù)據(jù)時(shí)此燈亮，若不正常，檢查RADIO/LINE 是否接觸良好。

若以上所有正常， 檢查工控機(jī)里的板卡PCI-1610B 是否插好，以及PCI-1610B 板卡的驅(qū)動(dòng)程序是否安裝良好。

4 結(jié)論

1） 鐵路網(wǎng)紅外線檢測系統(tǒng)的普遍安裝及使用極大降低了鐵路列車相關(guān)事故的發(fā)生，紅外線檢測車能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)紅外線檢測系統(tǒng)的故障并及時(shí)上報(bào)鐵路網(wǎng)安全運(yùn)維中心，能夠使紅外線檢測系統(tǒng)得到最及時(shí)的維修。 紅外線檢測車可對(duì)地面紅外線探測系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測，對(duì)提高紅外線探測系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)用質(zhì)量和維修水平有著重要作用。

2） 通過統(tǒng)計(jì)分析紅外線檢測車及檢測設(shè)備的常見故障，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)紅外線檢測車故障并快速處理。 避免檢測車因運(yùn)行途中發(fā)生故障而影響檢測任務(wù)的情況發(fā)生，從而達(dá)到維護(hù)鐵路安全高效運(yùn)行的目的。

3） 對(duì)紅外線檢測車日常故障發(fā)現(xiàn)及快速維修的論述可幫助相關(guān)從業(yè)人員高效掌握相關(guān)知識(shí)并在實(shí)際工作中應(yīng)用，從而解決作業(yè)中遇到的各類問題，同時(shí)也啟發(fā)紅外線檢測車設(shè)計(jì)人員對(duì)故障頻發(fā)的部件進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。