重载铁路综合检测列车和数据综合分析系统研究

王贵鑫

(国能朔黄铁路发展有限责任公司检测救援分公司，河北 肃宁 062350)

0 引言

社会经济飞速发展以及科学技术的更新升级为重载铁路综合检测列车的创新发展提供了充足的动力，但从目前的实际情况来看，其在综合检测分析的过程中依然面临着一定的不利因素，在极大程度上影响了后续各项检测维修工作的高质量开展，基于此，有必要对其展开更为深入的探究。

1 研究背景

对于重载铁路来说，有着列车密度大以及荷载大等特点，这便在一定程度上提高了其线路维护检测的要求，这不仅在原有的基础上增加了维护检测方面的工作量，还面临着不断提升的技术要求。以往所使用的线路维护检测技术和手段无法与当前铁路高速发展相适应，有必要对其采取相应的调整。从目前的情况来看，西方发达国家在重载铁路检修方面更加注重预防性保养工作，例如美国和加拿大等国家往往会通过钢轨探伤车以及轨道检查车的应用检查钢轨的伤损、磨耗以及轨道几何形态等情况，利用车载新型探地雷装置对路基病害实时监测。从养护维修的角度来看，西方发达国家更加侧重于使用大型养路机械展开综合维修工作，同时采取涂油等措施避免轮轨过度磨耗，为线路质量提供充分的保障[1]。

2 重载铁路综合检测列车组成和关键技术分析

2.1 车体

2.1.1 转向架

本文所述重载铁路综合检测列车的转向架采用了两种类型，其中1 号车转向架为超声波钢轨探伤车所设计的转向架。这一转向架的最大运行速度是120km/h，主要包括构架、牵引装置、轴箱以及轮对等部件，其结构所使用的固定轴距以及轴盘制动单元有着相对较大的尺寸，此举能够对两轴的空间进行增加，以更好地同检测小车安装的需求相适应。而2、3号车的转向架则是基于SW220K 转向架，设计人员在保障基础安全性要求的同时优化开展了相应的设计工作，其结构特点为无旁承、无摇动台以及无摇枕。

2.1.2 制动系统

在该重载铁路综合检测列车的制动系统方面，其所选用双管供风的形式，主要包括电子防滑、104 型电空制动装置、盘形制动以及缓解显示装置等。在制动管路方面使用整体管排的吊装形式。在每一节车中都对弹簧停车装置以及弹簧停车控制单元进行设置，在电控控制盒上对相应的状态显示和操作开关进行设置，每一个车都采用单独的方式进行操作，并且能够对其他车辆弹簧停车装置当前所处状态进行显示。

2.1.3 发电机组

在该列车上采用了两台柴油发电机组，其中主发电机组采用的是P220HE2 型，其在应用的过程中能够充分同列车整体的供电需求相符合。一旦主发电机组运行故障，或者是不再需要各种高负载设备，便可以采用P88-1 型的辅助发电机组进行供电。

2.1.4 检测系统

钢轨探伤系统是重载铁路综合检测列车检测系统中至关重要的组成部分，其由信号处理系统和轮式探伤设备所构成，其通过耦合水的应用在超声波探轮和钢轨之间进行超声波传递，车上计算机系统在获取钢轨探测信号之后会对信号展开自动化处理工作，并根据相关信息数据对其进行伤损判别，明确伤损位置、类型、程度等实际情况，并将其同原有记录进行对照分析[2]。

在无线场强检测系统方面，其在实际应用的过程中涉及测试控制主机、场强测试信号处理分配器等设备，在1 号车上进行安装。可以实时动态地开展对于铁路沿线通信设备场强的具体分布情况测试、处理以及记录工作，同时还能够依照相应的标准形成文件和报表。路基道床检测系统中包含着多个设备，例如数据采集处理单元、雷达主机、探地雷达天线等。该检测系统的应用能够采用非侵入式检测的形式检测路基层、道床层等内部结构和质量等，实现各项指标的科学评估，进而精准定位道床和路基所存在的缺陷。综合检测系统中包括定位同步系统、列车数据网络和环境监视系统几部分，在2 号车上对检测设备进行安装，以更加精确地进行检测车定位，对列车的里程信息、时钟以及速度等进行发布，实时开展对于对列车运行环境的监测工作。

2.2 关键技术

重载铁路综合检测列车有着多重数据处理功能，具体包括数据综合存储、分析和显示等，可以更好地与当前重载铁路运用要求相适应，所以研究人员需要针对数据处理这一关键技术展开更为深层次的探究，真正明确基础设施及其损伤成因和变化规律，并探究其在列车运行方面的影响，而动力学仿真技术则是其中至关重要的组成部分。工作人员需要使用相关动力学仿真软件对高速列车模型进行构建，同时还要与有关实测数据相结合，对轨道不平顺与车辆横向加速度超限之间所存在的关系产生明确了解。除此以外，工作人员还需要应用神经网络达到轮轨力预测的效果，基于BP 神经网络对轮轨力与轴向加速度之间的关联模型进行建立。多层感知层BP 神经网络包含输入层、隐层以及输出层，其中输入层主要是负责向隐层传递输入信号，而隐层则需要利用输入层对信号进行接收，在完成数学处理之后便向输出层进行传输，通过对输出信号的加权聚合使其转化成神经网络的输出信号。

3 重载铁路综合检测列车数据综合分析系统的应用

3.1 管理模式

该数据综合分析系统主要是综合考虑各种监测数据的实际特点，并充分与日常监测业务管理的相关规定结合，针对整合存储管理机制以及多专业动态监测数据的统一接口进行深入研究，以更好地与多样化监测数据关联分析的实际需求相适应，通过数据仓库技术的应用搭建起相应的检测数据管理平台，并确保其具有高效性和稳定性，为其更好地应用奠定坚实的技术基础。

3.2 综合分析技术

3.2.1 钢轨伤损分析

疲劳应力是钢轨伤损的主要原因，其会造成一定的内部核伤，而在接触应力的作用下，钢轨表面也会产生裂纹，进而造成轨面伤损。当其遭到锈蚀时，则有可能会发展成重伤，对行车的安全性和稳定性有着不利影响。工作人员需要全面分析钢轨表面的各种伤损数据，并充分与人工观测数据、探伤仪检测数据等结合，进而对钢轨内部、表面伤损以及磨耗情况进行针对性的探究，明确其产生及其变化规律，形成数据为后续相关工作人员对其进行更换、修理等操作提供参考。

在钢轨损伤方面主要是采用超声波探测的方式，分别配备4 个A 型和2 个B 型探轮，以便针对钢轨各个位置和取向的伤损展开科学检测工作。压电晶体在经过高电压脉冲激励之后，将基于特定的频率震动，若是将这一震动引入钢轨内部便会使其在钢轨中进行传播，若钢轨本身面临着一定的空洞和缺陷，便会反射部分超声波，当晶片接收到超声波能量后便是回波。超声晶片在收到回波之后会利用超声换能器促使其向电信号转化，并通过模拟处理、数字处理等一系列措施，在完成伤损识别之后，将其展现在控制计算机上，实现对各种形态、各个部位钢轨伤损的有效检测[3]。

3.2.2 轨道大值病害分析

轨道大值病害主要指的是设备的各种不良状态，其会对运营的稳定性和安全性产生严重的负面影响，其中比较典型的便是大幅值的钢轨内部伤损以及轨道不平顺等问题，若是未能第一时间发现并采取妥善的处理措施，便会为其正常运行埋下严重的安全隐患。为了充分保障运营效果，相关工作人员在检测环节需要加大力度精准识别各种大值病害，同时还要对其实施相应的作业管理。与此同时还要充分与各种历史检测数据相结合，针对项目的各种静态检查数据展开综合分析工作，对大值病害产生成因进行确定，以便提出科学可行的整治意见，为现场维修工作的高质量开展提供指引，以免大值病害反复出现影响重载铁路持续平稳运行。

3.2.3 接触网与轨道检测数据

若是存在轨道几何不平顺的问题，便有可能对弓网间的动态作用以及受流性能造成影响，在面对特殊线路条件下，若轨道几何不平顺有着较大的幅值还会加剧受电系统的故障。在综合检测列车中，轨道几何本身所具有的变化情况会在极大程度上对接触网动态测试结果造成影响。基于此，工作人员在质量评价以及维修方案制定的过程中，不仅要综合考虑历史数据进行对比分析，还应当全方位分析轨道几何不平顺状态的实际情况，并分析其与接触网状态之间的关系。

对接触网检测来说，其主要是针对弓网动态作用参数展开检测工作，具体包括对于接触导线同受电工硬点、拉出值、垂直接触力等的测量，同时还会全面监测并采集受电弓运行环境的实际情况和相关数据。接触式检测系统的应用需要在原有的基础上改造受电弓，将四个应变式压力传感器分别设置在滑板底部以及支持机构间，针对弓网接触压力展开测量工作。当处在静止状态时，其具体指的是接触线同滑板之间所具有的接触压力，而在动态情况下，工作人员还应对惯性力和空气动力实施修整，以有效促进接触压力测量精度的进一步提升。非接触式检测需要工作人员在任意车辆的抗扭曲光学轨道上对摄像机进行安装固定，结合实际情况对摄像机进行调整，确保其视野能够实现对接触网所在平面的全方位覆盖，并保障其角度的合理性。工作人员可以对图像信号进行科学计算，在此基础上明确摄像机位置同接触线之间的角度，同时还要通过三角关系实现对接触线位置的科学计算。工作人员在正式开展综合分析工作之前应当对维修作业数据、现场复核数据以及各种检测数据展开全方位的搜集工作，进而在此基础上搭建起关联分析模型，针对接触网几何、轨道几何状态以及受流性能等之间的相关性进行深入分析，基于此得出相应的相关指标与综合分析方法，进而通过开展专项试验和实测实现对其的科学验证[4]。

3.2.4 轨道几何、路基道床检测数据分析

在轨道几何检测系统中，工作人员大多会采用非接触测量方法和惯性测量原理等，使用计算机技术、数字滤波、陀螺平台以及图像处理技术等对轨道几何不平顺参数展开全面测量工作，以检测量为准利用激光摄像系统对其横向与纵向实时监测，并采用多样化的传感器实现对车体以及检测梁姿态变化状况的检测。促使加速度、速度以及位移等物理量不断向电模拟信号进行转化，经由信号转接和监视单元向信号处理单元输入，而其则会对信号进行模拟滤波处理，然后输入计算机中，对模拟信号展开A/D 模数转换，同时还要经历存储、修正等一系列步骤，进而通过对其的综合运算最终获取相应的轨道几何参数，并利用显示器完整地显示出轨道几何波形图。

在道床路基检测技术的应用方面，为了切实保障探地雷达所获取数据的质量，则势必要采取相应的措施针对性地应对来自混凝土轨枕所带来的干扰。基于此，应强化对多通道高速扫描探地雷达系统的应用，通过延迟发射时间起到消除干扰的作用，这一过程主要是使用控制单元进行。雷达系统的构成包括控制单元接收天线、发射天线以及工控数据采集计算机，配套软件的灵活应用能够实现数据的有效采集、显示以及存储[5]。

当获取一定时期范围内的检测数据之后，相关工作人员需要综合考虑气候、运量等因素对路基沉降以及道床状态变化的规律和特点展开重点探究，并分析在道床状态、路基沉降以及轨道几何等方面所产生的数据，明确了解钢轨伤损检测数据的实际情况，结合现有条件构建关联分析模型，对综合评价方法和指标进行确定，通过关联分析模型的应用展开方针计算工作，并实现对其的科学验证，综合各方面因素得出整体的评价管理建议。

4 结语

综上所述，重载铁路综合检测列车的开发能够通过技术平台的应用，使用接触网、信号和通信等各种测试手段，基于仿真技术以及计算机网络等开展对数据的综合分析以及处理工作，这对提升铁路的安全性和运营的高效性有着重要意义。基于此，相关研究人员应在实践中不断总结规律和经验，从数据综合分析系统的各个环节着手进行科学合理的掌控，进一步展现出重载铁路综合检测列车的实际应用效果，为铁路运行安全性和稳定性的提升提供充分的技术支持。