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第十三章 货车运行状态地面安全监测系统 ﻫ 第一节 货车运行状态地面安全监测系统 TPDS 一 TPＤS 的原理 货车运行状态地面安全监测系统 TPDＳ是针对货车空车直线脱轨问题而开发的一种轨边监测系统利用设在轨道上的检测平台,实时监测运行中货车轮轨间的动力学参数，并对其运行状态进行分级评判，在此基础上各ＴPDS 探测站联网识别运行状态不良车辆通过对运行状态不良车辆预警、追踪、处理，货车运行状态地面安全监测系统 TPDS 可以减少货车提速后空车脱轨事故的发生TＰDS 兼有货车超偏载报警和踏面损伤报警功能它能识别运行状态不良的车辆;识别车轮踏面损伤;测量车辆装载的超偏载状态 TPDS 是利用设在轨道结构中的测试系统对过往车辆进行轮轨力检测，根据检测结果判定车辆的运行状态、超偏载、车轮擦伤等传统轮轨力测试方法——钢轨剪力法，一般有效检测区长度只有 3０0～４０0 mm，行车速度较高时，轮轨间垂直力和横向力的检测精度、车轮踏面擦伤的检测率都很低TPDS 采用移动垂直力测试、板式传感器等新技术,实现了轮轨垂直力和横向力的连续测试,再加上高平顺测试平台、状态不良车辆识别技术、车号自动识别技术等，不但大幅度提高了较高速度条件下垂直力的检测精度，增长了测量区,还可对车轮全周长范围内的踏面擦伤进行检测,提高踏面擦伤的检测率;最重要的是增加了车辆横向性能测试功能。

该装置安装在直线段,可准确地识别货车是否蛇行失稳及失稳的严重程度 二 ＴPDS 联网及数据传输 TPＤS 采用分散检测、集中报警、联网运行、信息共享的运行模式,所有探测站联网运行，构成了由铁道部查询中心、铁路局监控中心、分局监测中心，列捡所复示终端、探测站等组成的监测网络TPDS 的联网充分利用了铁路通信网既有网络信道以及铁道部、路局、分局、站段四级机关局域网，构成了一个四级的树型网络，铁道部查询中心、铁路局监控中心、铁路分局监测中心通过接入同级机关局域网，利用ＴMIS 主干网实现互联传输速率在 2Mb／s 以上各探测站及各列检复示终端与所属分局中心间的广域网的接入， 根据实际情况， 提供 64 kｂ/s 以上传输信道， 与最近的通信机械室相联 TＰDS 采用ＴCP/ＩP 通信协议,系统所有联网节点(中心服务器和监控终端、列检复示终端、探测站服务器和测点机)均按照铁道部统一的ＩＰ地址分配原则分配相应的地址TPDS 联网图如图 1３-1 所示 全路 TPDS 的建设应本着重点突破、干线先行、整体推进的实施原则，先在四纵两横(京沪、京哈、京广、京九、浙赣,陇海、兰新)提速干线上实施，初步构成覆盖全路的网络，布局上要求做到局间互控。

在联网形式上要充分体现“分散检测、集中报警、网络监测、信息共享”的基本要求,实现三级联网、三级复示三级联网就是探测站与分局监测中心联网、分局与路局监控中心联网、路局与铁道部查询中心联网三级复示为列检所复示、车辆段复示、红外所复示分局向上数据传输采用办公网，车辆段到分局采用专线,上部线２M，下部线不低于 5６ k，充分利用既有的网络资源通过直接有效、布局合理、覆盖全路的安全防范、预警体系的建设,势必大大促进车辆安全防范手段从传统向现代、由人控向机控、由粗放管理向集约管理跨越  图１3-1 TPDS 联网图 三 货车运行状态地面安全监测实现方法与测试原理 （一)货车运行状态地面安全监测实现方法 1 车辆运行状态识别：通过轮重减载系数、轴横向力/垂直力比值、轴横向力大小及变化特征实现; 2 车轮踏面擦伤识别:通过踏面擦伤车轮引起的冲击荷载的大小识别; 3 超偏载检测：通过车辆各轮轮载、轴载、转向架荷载大小与分布实现； 4 当量累计通过总重:通过列车总重与累计通过列车总重累加得到 （二）测试原理 1 垂直力测试原理 系统采用了“移动垂直力综合检测的方法”(如图 1３-２)进行轮轨垂直荷载的测量，在现有超偏载装置使用速度(低于 4０km／ｈ)的条件下，可达到现有超偏载装置的测量精度。

在目前货车正线运行速度下，测重相对误差低于 3％，作为超偏载安全报警装置，其精度是足够的 2 横向力测试原理 将钢轨视为传递轮轨横向荷载的载体，而在钢轨的支承点上测量钢轨受车辆作用施加在框架结构中轨枕上的作用力大小根据轮轨作用横向荷载在钢轨上的受力影响线,通过标定获得钢轨支承点处实际承受横向荷载的比例，再依据车轮在测试区的位置,由钢轨支承点处承受横向荷载的组合而得到车轮在整个测试区连续横向荷载及变化情况车体横向加速度均值与 TPDS 横向轴力 H 均值相关 车辆动力学测量系统在 60kｍ/h、65km/h、70km/ｈ、75km/h、80km/h 五个速度级测量的车体横向加速度的平均值与地面安全监测装置测得同一辆车的横向轴力平均值的相关性见下图13-3，表明两者有很强的相关性，说明 TPDS 测定动力学横向参数正确反映了车辆的横向动力学性能 图 13-3 车体横向加速度均值与横向轴力 H 均值相关性 XN17 5273417 车体横向加速度与轴力H相关性01020304060 65 70 75 80km/h km/h km/h km/h km/h轴力H(kN)00.20.40.60.8相关性＝94.6%车体横向加速度(g)轴力H车体横向加速度P62 3125289 车体横向加速度与轴力H相关性01020304060 65 70 75 80km/h km/h km/h km/h km/h轴力H(kN)00.10.20.30.40.50.6相关性＝98.4%车体横向加速度(g)轴力H车体横向加速度图 13-2 垂直力测试原理图  3 车体横向平稳性指标均值与轴脱轨系数均值相关性 评定车辆横向动力学性能的重要参数是车体的横向平稳性指标，而轴脱轨系数是地面安全监测装置评定车辆状态的重要参数之一。

车辆动力学测量系统在60ｋm/ｈ、6５km／h、70km/h、7５km／ｈ、80ｋm/ｈ五个速度级下，测量的车体横向平稳性指标的平均值与地面安全监测装置测得同一辆车的轴脱轨系数的平均值的相关性,部分试验数据见图 13-4 试验表明地面安全监测系统测得横向力/静轴重,与车辆动力学测量系统测量的车体横向平稳性指标有很强的相关性 图 1３-4 车体横向加速度均值与轴力/静轴重均值相关性 图 13-5 车体横向加速度均值与 Pdyｎamiｃ/Pｓtatiｃ均值相关性 C62A 4547081 车体横向加速度与轴力/静轴重相关性00.10.20.30.40.50.6 60 65 70 75 80 km/h km/h km/h km/h km/h轴力/静轴重00.10.20.30.40.50.6相关系数＝97.3%车体横向加速度(g)轴力/静轴重车体横向加速度C62B 4670454 车体横向加速度与轴力/静轴重相关性00.10.20.30.40.50.60.7 60 65 70 75 80 km/h km/h km/h km/h km/h轴力/静轴重00.10.20.30.40.50.6相关系数＝95.2 %车体横向加速度(g)轴力/静轴重车体横向加速度P62 3125289 车体横向加速度与Pdynamic/Pstatic相关性00.20.40.60.81 60 65 70 75 80 km/h km/h km/h km/h km/hPdynamic/Pstatic00.10.20.30.40.50.6相关系数＝-92.3%车体横向加速度(g)Pdynamic/Pstatic车体横向加速度 N17 5040787 车体横向加速度与Pdynamic/Pstatic相关性00.20.40.60.81 60 65 70 75 80 km/h km/h km/h km/h km/hPdynamic/Pstatic00.20.40.60.81相关系数＝-98.4%车体横向加速度(g)Pdynamic/Pstatic车体横向加速度 第二节 TPＤS 探测站 一 探测站设备构成 主要构成：测试平台与传感器、车号自动识别装置、测试间、监测工控机、测点服务器、不间断电源、网络设备、雨量计。

其中关键部件板式传感器如图 13-6 所示 1 测试平台与传感器：平台一套(22 根轨枕,Ａ型轨枕 6 根，B 型轨枕 1６根,间距 7６0ｍm，台面总长 16.7２m,轨枕长２.６m传感器一套(８只剪力传感器，没股钢轨４只；12 只板式压力传感器,分布在六根 B 型轨枕上)、接线箱与接线盒、信号电缆 ２ 车号识别装置：开关磁钢、计轴测速磁钢、天线、电缆 ３ 测试间与监控机柜：机柜、传感器信号调理单元、测试工控机、测点服务器、不间断电源、车号识别工控机、数据远传单元、防雷箱、隔离电源 。