適用于無砟軌道的TEDS系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

仰永華

（南寧鐵路局車輛處，工程師，廣西 南寧，530029）

1 設(shè)計目的

近年來我國高速鐵路迅猛發(fā)展，各型動車組大量上線運(yùn)行。伴隨動車組長交路運(yùn)行、一站直達(dá)、停站時間短、途中檢修困難等，給動車組安全運(yùn)行帶來了巨大壓力。為解決動車組在線運(yùn)行故障監(jiān)控的問題，中國鐵路總公司組織開發(fā)、運(yùn)用了動車組運(yùn)行故障圖像檢測系統(tǒng)（簡稱TEDS，下同），并于2012年將其入動車組“五防”設(shè)備之一（運(yùn)輛管驗函［2012］122號文），2013年列為鐵路總公司運(yùn)輸局安全專項整治掛牌督辦的項目之一（鐵總安監(jiān)函［2013］321號）。

目前既有成型的TEDS設(shè)備均為在有砟軌道基礎(chǔ)上設(shè)計開發(fā)的，軌旁設(shè)備底箱的設(shè)計高度為500 mm（有砟軌道可以向下開挖道床，高度不受限）。隨著以無砟軌道為標(biāo)志的客運(yùn)專線的不斷投入使用，既有成型TEDS軌旁設(shè)備底箱已不適用于軌枕面至車輛限界底部僅為210 mm的無砟軌道（無砟軌道道床不可下開挖道床，高度受限），因此急需研發(fā)適用于無砟軌道的TEDS設(shè)備。

2 設(shè)計思路

遵循滿足現(xiàn)場需要、服務(wù)安全生產(chǎn)的設(shè)計理念，確立了解決存在問題、凸顯針對性和實(shí)用性的設(shè)計思路。

2.1 需要解決的基本問題 由于在無砟軌道上安裝TEDS軌旁設(shè)備，軌內(nèi)、外底箱的高度尺寸受限，導(dǎo)致軌內(nèi)箱體安裝方式發(fā)生變化，需要解決以下問題：

1）由于高度受限，軌內(nèi)底箱設(shè)置的1個線陣相機(jī)、1個3 D相機(jī)、2個激光光源；2個軌外底箱分別設(shè)置的1個線陣相機(jī)、1個3 D相機(jī)、2個激光光源及輔助的電源、連接線等元件的安裝位置均需重新優(yōu)化布局。

2）基于3 D成像需從不同的位置獲取同一被測部件的兩幅圖像的原理，軌內(nèi)、外底箱的同組兩個3 D攝像頭和激光光源的探測角度需重新優(yōu)化設(shè)置，實(shí)現(xiàn)將同一空間物理點(diǎn)的映像建立對應(yīng)關(guān)系，使系統(tǒng)能獲得高清晰的立體三維圖形。

3）由于在無砟軌道上無法進(jìn)行混凝土澆筑，需要采用其它可靠的方式進(jìn)行軌內(nèi)底箱安裝，確保其安全穩(wěn)固。

2.2 設(shè)計方案 研發(fā)適用于無砟軌道的TEDS系統(tǒng)，主要包括以下內(nèi)容和措施：

1）利用特殊鏡面反射，實(shí)現(xiàn)在底部空間極其有限的條件下，進(jìn)行3 D成像。

2）通過激光三角法提升攝像精度。

3）采用玻璃鍍膜，強(qiáng)力吹風(fēng)、進(jìn)行玻璃吹風(fēng)除塵，并通過電加熱進(jìn)行玻璃無損除霧等消除周圍環(huán)境和天氣對設(shè)備成像的影響。

4）利用化學(xué)錨栓安裝固定軌內(nèi)箱體，滿足時速250 km∕h動車組安全通過的要求。

3 系統(tǒng)設(shè)計

3.1 系統(tǒng)組成與功能 系統(tǒng)設(shè)備由線陣圖像采集模塊、3 D成像模塊、自動識別報警模塊，以及無砟軌道軌旁安裝防護(hù)裝置等組成，用于無砟軌道動車組運(yùn)行故障圖像檢測。系統(tǒng)采用特殊鏡面反射成像、激光三角法、多角度立體建模等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在無砟軌道底部空間有限條件下的3 D成像；采用化學(xué)錨栓、框架緊固等技術(shù)固定底部箱體，滿足軌旁和軌中設(shè)備在無砟道床上安裝的強(qiáng)度要求。系統(tǒng)設(shè)備整體性能滿足中國鐵路總公司《動車組運(yùn)行故障圖像檢測系統(tǒng)（TEDS）探測站設(shè)備暫行技術(shù)條件》要求。

3.2 工藝與尺寸 經(jīng)研究設(shè)計，TEDS軌內(nèi)外底箱均采用扁平式一體化設(shè)計，樣機(jī)實(shí)際安裝高度控制在212 mm。圖1、圖2、圖3、圖4分別是TEDS無砟軌道內(nèi)和軌道外底箱設(shè)計圖和實(shí)物圖。TEDS無砟軌道整體設(shè)備見圖5。

圖1 TEDS無砟軌內(nèi)底箱設(shè)計圖

圖2 TEDS無砟軌外底箱設(shè)計圖

圖3 TEDS無砟軌道軌內(nèi)底箱實(shí)物圖

圖4 TEDS無砟軌道軌外底箱實(shí)物圖

圖5 TEDS無砟軌道整體設(shè)備

其中，考慮到現(xiàn)場環(huán)境不同，軌內(nèi)外底箱與軌中底箱安裝方式不同：軌中底箱的安裝位置地面平整，便于安裝；而軌兩側(cè)因考慮排水問題是傾斜的，所以為保證設(shè)備的穩(wěn)固，軌內(nèi)外底箱的安裝先安裝一個底板，底板及底部箱體均采用化學(xué)錨栓固定。

4 系統(tǒng)應(yīng)用

首套TEDS無砟設(shè)備已經(jīng)在貴廣客運(yùn)專線桂林西站安裝調(diào)試完畢，并投入試用，圖像效果達(dá)到設(shè)計要求，圖6為設(shè)備平臺顯示截圖。

圖6 平臺顯示效果圖

TEDS無砟設(shè)備在桂林西站的應(yīng)用效果表明：

1）設(shè)備底部箱體均采用扁平式一體化設(shè)計，樣機(jī)實(shí)際安裝高度212 mm，基本符合無砟軌道軌枕面至車輛底部的限界標(biāo)準(zhǔn)，滿足動車組安全通過的要求。

2.）砟軌道軌枕上。投入試用至今，經(jīng)南昌局車輛段維修人員定期巡檢，未發(fā)現(xiàn)錨栓、底箱松動的現(xiàn)象，底箱安裝牢固。

3）設(shè)備底部箱體采用特殊鏡面反射成像等關(guān)鍵技術(shù)，克服了扁平式一體化設(shè)計高度受限的問題，實(shí)現(xiàn)了3 D成像。設(shè)備采用模塊化設(shè)計，便于拆裝，節(jié)省作業(yè)人員上道作業(yè)時間；設(shè)備具備自動除塵功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對各個相機(jī)鏡頭自動除塵，減少維護(hù)人員上道維護(hù)頻率，提高了檢修工作效率。設(shè)備采用玻璃鍍膜、強(qiáng)力吹風(fēng)、電加熱等措施，排除周圍環(huán)境和天氣對設(shè)備成像的影響，可適應(yīng)全天候環(huán)境。

4）設(shè)備投入試用至今，共探測動車組4 800余列（按16列∕日計），完整采集了運(yùn)行動車組的車體底部、側(cè)部裙板、連接裝置、轉(zhuǎn)向架等可視部位的高清圖像，并實(shí)時傳輸至南寧動車所TEDS檢測中心，基本無丟圖、錯圖等故障現(xiàn)象。

5）系統(tǒng)設(shè)備采用三維檢測技術(shù)，明顯提高了故障自動識別準(zhǔn)確率，減少了TEDS動態(tài)檢車員工作量，提高了動車組運(yùn)行故障監(jiān)測和預(yù)警能力。在貴廣客運(yùn)專線桂林西站上、下行安裝的TEDS無砟設(shè)備自2016年4月試用至今，發(fā)現(xiàn)動車組各類運(yùn)行故障分別為43件、21件，其中，發(fā)現(xiàn)攔停列車的故障分別為2件、3件，對確保動車組安全運(yùn)行發(fā)揮了重要作用。

5 結(jié)束語

本文介紹所研發(fā)的適用于無砟軌道動車組運(yùn)行故障圖像檢測系統(tǒng)（TEDS），具有軌旁設(shè)備樣機(jī)設(shè)計合理、現(xiàn)場安裝規(guī)范，系統(tǒng)技術(shù)性能良好，滿足動車組安全運(yùn)行檢測要求等特點(diǎn)，經(jīng)現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了服務(wù)現(xiàn)場需要、服務(wù)安全生產(chǎn)的研發(fā)預(yù)期。