（交通运输工程专业论文）大秦线thds运用改进及发展研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 ii_ii_iii ii n 摘要 本文从红外线轴温探测系统历史发展过程中形成的在运用理念上与我国铁路重 载、高速发展要求存在不适应性、滞后性入手，针对大秦线在我国重载铁路建设中的 特殊地位、技术特点和运输需求，指出提高车辆轴温智能探测系统( 简称t h d s ) 热轴 预报准确率的紧迫性和必要性。论文以红外线测温系统理论和t h d s 工作原理为理论基 础，采用大量现场运用数据、典型案例作例证，阐述了影响大秦线t h d s 运用水平的主 要因素，从系统工作原理上详尽分析和论证了问题产生的根本原因，采取突破系统结 构、设计理念，创新建立和改进热轴判别数学模型的方法，实现大秦线t h d s 运用水平 显著提升。同时提出充分利用车辆运行安全防范预警系统( 简称“5 t ”系统) 其它“t 的预报信息，进一步完善t h d s 运用水平的研究方向和建议。本论文研究内容主要有以 下几方面：一是对c 7 6 、c 8 0 型重载车辆误报热轴原因进行分析、论证，提出滚滑“轴 距判”法和制定专用车型热轴判别数学模型的解决方法；二是对密封圈热造成误报热 轴原因进行分析、论证，提出改进轴承密封装置和“双角度下探”的解决方法；三是 对微热级热轴跟踪升级误报热轴、空车较重车热轴预报多的原因进行分析、论证，提 出区分空、重车修订跟踪热轴判别数学模型的解决方法；四是对季节环温变化对热轴 预报数产生影响原因进行分析、论证，提出增加“温度调整系数”的解决方法；五是 对滚动轴承故障热发展速度快存在安全隐患进行分析、论证，采取建立“防突变”热 轴判别数学模型和探测站“加密”( 增加密度) 方法予以控制；六是通过对“5 t 系统 功能以及t h d s 与其它“t ”的关联性、信息共享可行性的分析、论述，提出t h d s 发挥 车辆运行安全预警作用实现安全关口前移的新观点，运用综合防范理念，发挥车辆安 全防范体系整体优势。 关键词大秦线；铁道车辆；轴温探测；红外线 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s tr a c t t h eu r g e n c ya n dn e c e s s i t yf o ri m p r o v i n gt h eh o t b o xp r e d i c t i o na c c u r a c yo ft h et r a c e h o t b o xd e t e c t i o ns y s t e m ( t h d s ) a r ep r e s e n t e di nt h i sd i s s e r t a t i o ni nv i e wo f t h es p e c i a l r o l e ，t e c h n i c a lc h a r a c t e r i s t i c sa n dt r a n s p o r t a t i o nd e m a n d so fd a q i nl i n ei nc h i n e s eh e a v y l o a dr a i l w a yc o n s t r u c t i o n ，w h i c hb e g i n sw i t ht h ei n a d a p t a t i o na n dl a gb e t w e e nt h e a p p l i c a t i o np r i c i p l e sf o r m e dd u r i n gt h eh i s t o r i c a ld e v e l o p m e n tc o u r s eo ft h ei n f r a r e dh o t b o x d e t e c t i o ns y s t e ma n dt h er e q u i r e m e n to fh e a v yr a i l w a ya n dh i g hs p e e dd e v e l o p m e n t t h e p r i m a r yf a c t o ra f f e c t i n gt h ea p p l i c a t i o nl e v e lo ft h d si nd a q i nl i n ei se x p o u n d e db yu s i n g l a r g ea m o u n t so ff i e l dd a t aa n dt y p i c a le x a m p l e so nt h eb a s i so fi n f r a r e dt e m p e r a t u r e m e a s u r e m e n ts y s t e mt h e o r ya n dt h eo p e r a t i n gp r i n c i p l e so f t h d s t h ef u n d a m e n t a lc a u s eo f t h ep r o b l e mi sa n a l y z e da n dd e m o n s t r a t e di n d e t a i li nt e r m so ft h eo p e r a t i n gp r i n c i p l eo ft h e s y s t e m i ti sp u tf o r w a r db yt a k i n gm e a s u r so fb r e a k i n gt h es y s t e ms t r u c t u r ea n dd e s i g ni d e a ， e s t a b l i s h i n ga n di m p r o v i n gt h em a t h e m a t i c a lm o d e lo ft h eh o t b o xd i s c r i m i n a t i o nt or a i s et h e a p p l i c a t i o nl e v e lo ft h d si nd a - q i nl i n es i g n i f i c a n t l y m e a n w h i l e ，t h ed i r e c t i o na n d s u g g e s t i o nt ot h ea p p l i c a t i o nl e v e lo ft h d sa r ef u r t h e rp e r f e c t e du n d e rf u l l yu t i l i z i n gt h e p r e d i c ti n f o r m a t i o no fo t h e rt si nt h es e c u r i t yp r e d i c t i o ns y s t e mo fv e h i c l eo p e r a t i o n ( i s c a l l e d5 ts y s t e mf o rs h o r t ) t h er e s e a r c hc o n t e n t so ft h i sp a p e ra r ea sf o l l o w s ：f i r s t l y , a c c o r d i n gt oa n a l y z i n ga n dd e m o n s t r a t i n gt h er e a s o n sf o rm i s r e p o r t i n gt h eh o t b o xo fh e a v y v e h i c l e ss u c ha sc 7 6a n dc 8 0 ，t h em e t h o do fr o l l i n ga n ds l i p p i n gw h e e lb a s ed i s t i n g u i s h i n g i sp r o p o s e da n dt h es o l u t i o nt ot h em a t h e m a t i c a lm o d e lo fh o t b o xd i s c r i m i n a t i o nf o rs p e c i f i c v e h i c l et y p e si se s t a b l i s h e d s e c o n d l y , t h em e t h o d st oi m p r o v et h eb e a r i n gs e a l i n gu n i ta n d t h ed u a l - a n g l eb o t t o md e t e c t i o na r ei n t r o d u c e dt h r o u g h a n a l y z i n ga n dd e m o n s t r a t i n gt h e r e a s o n sf o rm i s r e p o r t i n gt h eh o t b o xc a u s e db yt h eh e a to ft h es e a lr i n g t h e n ，b ym e a n so f a n a l y z i n ga n dd e m o n s t r a t i n gt h er e a s o n sf o rm i s r e p o r t i n gt h eh o t b o xw h e nt h et e p e f a c t i o n h o t b o xt r a c k i n gf o ru p g r a d e ，a n dp r e d i c t i o n st ot h eh o t b o xo fe m p t yv e h i c l e sa r em o r et h a n t h o s eo ff u l lv e h i c l e s ，t h es o l u t i o ni sg i v e n ，w h i c hm o d i f i e st h em a t h e m a t i c a lm o d e lo f t r a c k i n gh o t b o xd i s c r i m i n a t i o nw i t hd i s t i n g u i s h i n gt h ev e h i c l ei se m p t yo rf u l l n e x t ，b y m e a n so fa n a l y z i n ga n dd e m o n s t r a t i n gt h er e a s o n so fp r e d i c t i o nn u m b e r sf o rt h eh o t b o x a f f e c t e db yt h ec h a n g eo fs e a s o n ，c i r c u m s t a n c ea n dt e m p e r a t u r e ，t h em e t h o df o ra d d i n gt h e 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 fi 页 t e m p e r a t u r ea d j u s t m e n t c o e f f i c i e n ti s p r e s e n t e d f u r t h e r m o r e ，a f t e ra n a l y z i n g a n d d e m o n s t r a t i n gt h eh i d d e nd a n g e rw i t hr a p i dd e v e l o p m e n to ff a u l th e a to fr o l l i n gb e a r i n g s ， m e a s u r e st oe s t a b l i s ht h em a t h e m a t i c a lm o d e lo fh o t b o xd i s c r i m i n a t i o nw i t ht h ep r e v e n t i o n o fa b r u p tc h a n g ea n di n c r e a s et h ed e n s i t i e so fs o u d i n gs t a t i o n sa r et a k e n f i n a l l y , i n a c c o r d a n c ew i t ha n a l y z i n ga n dd e m o n s t r a t i n gt h es y s t e mf u n c t i o n so fs t , t h er e l e v a n c e b e t w e e nt h d sa n do t h e rt s ，a sw e l la st h ef e a s i b i l i t yo fi n f o r m a t i o ns h a r i n g ，t h en e w v i e w p o i n ti sp u tf o r w a r d t h i sp o i n tu s e st h d st op l a yar o l ei nt h es e c u r i t yp r e d i c t i o n s y s t e mo fv e h i c l eo p e r a t i o ns ot h a tt h es e c u r i t yg a t e w a ym o v e df o r w a r d ，f r o mw h i c ht h e c o m p r e h e n s i v ep r e v e n t i o ni d e ai su s e d ，a n dt h ew h o l es u p e r i o r i t yo ft h ev e h i c l es e c u r i t y p r e v e n t i o ns y s t e mi se x e r t e d k e yw o r d s ：d a q i nl i n e ；r a i l w a yv e h i c l e ；h o t b o xd e t e c t i o n ；i n f r a r e d 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授 权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在 年解密后适用本授权书； 2 不保密囱，使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名： 日期： 指导柳躲翮幼 日期：幽侈，易 角铲群“ e 。 扫忖秒 西南交通大学硕士学位论文主要工作( 贡献) 声明 本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下： l 、突破规章，将热轴级别设为激热、强热、微热三个等级，微热级不设多级别， 解决了“连微升级预报”造成热轴误报多的问题，提高热轴预报准确性； 2 、突破探测站沿铁路线3 0 公里间隔设置，针对大秦线特点采取2 0 公里间隔“加 密”措施，解决滚动轴承故障发展速度快、大区间、2 万吨列车区间停车检查难的 矛盾； 3 、突破热轴等级门限值，创新制定c 7 6 、c 8 0 型重载车辆专用热轴判别数学模型， 提高热轴预报准确性； 4 、突破同列同辆比的传统热判方式，对c 7 6 、c 8 0 型车辆的激热、强热两个等级 的热轴采用绝对温度的判别方法，提高热轴预报准确性； 5 、热判模型精细化，充分考虑影响轴温探测的各种因素，如空车较重车热轴预 报多、冬季较夏季热轴预报多等现象，在数学模型上采取针对措施予以解决； 6 、突破系统原有结构，采取“双角度”探测，解决s k f l 9 7 7 2 6 轴承密封圈处热误 报热轴问题，降低设备故障率，满足大秦线高密度列车追踪运输模式下的探头“冗 余”设计，综合提高大秦线t h d s 热轴预报准确性。 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下独立进行研究工作所取 得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其它个人或集体已经发表 或撰写过的研究成果。对本人的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的 说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 鬻嚣蒡脚f 1 期： 矽多易 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 曼曼曼! 曼! 曼曼曼曼皇曼鼍曼曼皇曼曼兰 _一im_iii i o 皇曼 第1 章引言 1 1 概述 我国铁路自2 0 0 7 年4 月1 8 日实施第六次大面积提速以来，提速线路已达1 6 5 0 0 公里。 随着全路客车专线建设步伐的加快，我国铁路发展正逐步向高速、重载、客货分离方 向迈进。截止2 0 0 9 年底，我国铁路运营里程达8 6 万公里，约占世界铁路营业里程的6 ， 但我国铁路的运量却达到了世界铁路总运量的2 5 ，铁路运输列车密度高居世界第一。 尽管运输效率已经很高，但仍然无法满足国民经济的发展需要，中国铁路仍然需要继 续挖潜提效。 大秦线作为“三西”地区煤碳能源专用运输通道，自2 0 0 3 年以来重载列车普遍丌 行、货物列车提速、密集到发、长交路直通，等等这些因素都对车辆轴温智能探测系 统( 以下简称t h d s ) 提出了更高的要求；部分既有车站拆除后站问距离加大，这些变 革给既有红外线预报工作提出新的难题，既有红外线轴温探测系统运用表现出不适应 性。因此，确保铁路运输安全的任务十分艰巨。 为适应铁路改革发展的步伐，确保车辆运行安全，提高运输效率，必须全面进行 技术创新，不断提高t h d s 运用水平，实现以科技保安全的目标，更好地满足铁路快速 发展的需求。 1 2 国内外红外线轴温探测系统发展 车辆轴温智能探测系统( t r a c eh o t b o xd e t e c t i o ns y s t e m ) 简称t h d s ，是在红外 线轴温探测系统的基础上发展演变而来，它是铁路车辆部门发现运行列车中车辆热轴， 防止热切轴事故发生的地面动态安全监测设备，是运行车辆安全防范预警系统( 简称 “5 t 系统) 之一。 1 2 1 国外红外线轴温探测系统发展现状 自2 0 世纪6 0 年代，以美国为代表的重载运输发达国家，为防止货车轴承的燃轴和 切轴，保证行车安全，开发了基于热辐射原理的红外线轴温探测系统，并很快得到应 用。 美国1 9 5 2 年研制出第一台红外线轴温探测仪，随后美国的s e r v o ( 伺服公司) 、g e ( 通用电器公司) 及r a i l t r o n 公司分别为自己的红外线轴温探测仪申请了专利。7 0 8 0 年代各公司相继完善各自的设备，在8 0 年代末9 0 年代初，由于微型计算机和微处理器 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 i i 的出现，美国公司完成了红外线轴温探测系统的升级换代，系统能够实现自动热轴判 别、语音报警等。目前，国外红外线轴温探测设备的主要生产厂家为美国g e 公司( 原 s e r v o 公司，已被g e 公司收购) 、美国s o u t ht e c h n o l o g y 公司、法国c s e e 公司、法国a l s t o m 公司、瑞典费郎泰克公司( f r o n t e cc o m p s w e d e n ) 、奥地利a v i 公司和德国t c 公司。 1 9 8 9 年开始中国铁路从美国哈曼电子公司( h a r m o ne l e c t r o n i c si n c ) 定购了多 批红外线轴温探测设备，安装在广铁集团公司管辖的京广、广深线，由于我国铁路车 辆在探测轴温技术条件方面较为复杂，其软件不能满足中国铁路的要求，所以未能取 ， 得令人满意的效果，目前正在逐步被国产设备所替换。 1 2 2 国内红外线轴温探测系统发展现状 我国从2 0 世纪5 0 年代末开始研制第1 代红外线轴温探测设备，红外线探测技术首先 在上海试制成功，1 9 7 7 年这项技术通过铁道部技术鉴定，1 9 7 8 年被列为国家重点推广 项目。我国铁路t l1 9 7 8 年开始推广具有自主知识产权的红外线探测技术以来经过3 0 多 年的发展，红外线探测设备总量达至u 2 8 0 0 多台，目前已经全部覆盖中国铁路8 6 万公罩 的营业里程，实现了营业线路平均每3 0 公里左右设置一处红外线轴温探测站的布点密 度，形成了世界上最大甚至是最先进的红外线轴温探测网络。我国红外线轴温探测技 术的发展主要经历了以下四个阶段： 1 、一代机阶段( 1 9 7 8 年- 1 9 8 7 年) 从1 9 5 8 年开始，我国进行应用红外线技术探测铁路车辆轴温的研究工作，通过路 内外有关人员1 5 年的共同努力，于1 9 7 3 年试制出第一台样机，1 9 7 7 年铁道部完成对 h z t - 1 型描笔式红外线轴温探测器的技术鉴定，1 9 7 8 年全路推广运用红外线轴温探测 器，先后在各编组站、区段站配备了红外线轴温探测器。h z t - 1 型描笔式红外线轴温探 测器一般由安装在进站咽喉区外边的一对探头、探头附近的发送端机和列检所内的接 收端机三大部分组成，轴温信号由接收端机的描笔式记录仪绘出轴温波形供值班员判 别后通知列检人员处理，探测器不具备数据处理和贮存记忆功能，以探测滑动轴承为 主，适应列车运行速度5 7 0 l ( i i l h 。 2 、二代机阶段( 19 8 7 年- 2 0 0 2 年) 随着铁路运输的发展和车辆技术结构的变化，全路客、货车辆逐步实现了滚动轴 承化，一代机已不能适应新的形势要求。1 9 8 5 年研制出二代机的第一台样机后经不断 完善改进，于1 9 8 7 年通过铁道部技术鉴定并定型推广使用，生产厂家为哈尔滨铁路局 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 科研所、航天部五o 二研究所和广汉电务修配厂。 二代机由下探式探头、探测站主机和中央处理系统三大部分组成，可适应列车运 行速度5 1 6 0 k m h ，探头测得的轴温信息由探测站主机存储、处理后，经铁路通信信道 传输至监测中心中央处理系统，对热轴进行跟踪、报警提示，由监测中心值班员通知 有关部门拦停列车并现场检查、确认、处理。第二代红外线轴温探测设备具有星型网 络布局、热轴跟踪、探测站无人值守、人机对话等特点，具有自动探测热轴、测量车 速、计轴计辆、识别客货型车辆、识别滚动、滑动轴承的功能，可连续跟踪、实时报 警、预报微i 、微i i 、微i i i 、强i 、强i i 、激热六个等级热轴并存储一定时间内探测列 车的有关信息，热轴判别采用按照温升倍比进行定性判别的模式。 3 、三代机阶段( 2 0 0 2 年一2 0 0 6 年) 为适应铁路提速战略的实施，铁道部组织生产厂家研发了能够适应2 0 0 k m h 车速的 高速热敏元件直流探头、适应2 4 0 k m h 车速的交流探头和适应3 6 0 k m h 车速的光子探头， 并采用了自适应测量技术，提高了探测轴温的适应速度和精度。由于对元器件采用半 导体制冷，使得探头的精度、可靠性和使用寿命也逐步提高。在货车车辆都加装车号 标签后，红外线轴温探测系统也加装了车号识别装置，从根本上实现了精确跟踪，彻 底解决了误甩车的情况，提高了热轴跟踪的准确性。将高速探头和车号自动识别技术 运用在二代机上，俗称三代机，这种机型于2 0 0 2 年通过了铁道部组织的技术鉴定。 4 、四代机阶段( 又称统型机) 随着铁路高速、重载、长交路直通列车的开行以及和谐铁路的建设、通信技术的 进步，红外线轴温探测系统取得了又一次突破，通过采用双探头技术，解决了“4 1 5 ” 下探角度存在的“阳光干扰”和“密封罩摩擦热 导致热轴预报多的物理缺陷。2 0 0 5 年铁道部安排在大秦线的东城乡站进行双角度探测试验，取得了宝贵的技术数据。2 0 0 6 年哈尔滨铁路局科研所、北京康拓公司和广汉科峰公司按照铁道部提出的统一标准、 统一制式的要求，研制出了新一代红外线轴温探测设备，并通过了铁道部组织的技术 鉴定，俗称四代机或统型机。 四代机的突出特点，一是部分零部件实现了互换，便于统一维护标准，使跨局跟 踪数据更有可比性；二是采用双探头技术，既能避免部分车型结构性漏探，又能避免 阳光和接触式密封装置摩擦热造成的干扰，进一步提高热轴预报的准确性；三是利用 数据库和网络智能化技术，加强了数据统计分析功能，完善了设备常见故障的自检功 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 能，实现远程维护和技术支持。 从一代机到四代机，红外线轴温探测系统从热轴“人工判别”到“设备自动判别”、 设备故障从“人工检查”到“系统自检”完成了质的飞跃，因此我们将红外线轴温探 测系统称作“车辆轴温智能探测系统( t h d s ) ”。 1 3 选题背景及意义 1 3 1 大秦线运输概况 大秦线西起塞北重镇大同韩家岭，东至渤海之滨秦皂岛，纵贯晋冀京津四省市， 全长6 5 3 公里，于1 9 8 8 年投入运营，是中国第一条单元电气化重载运煤专线。煤运量占 全国铁路总煤炭运量的近1 7 ，是山西、陕西和内蒙古西部等“三西”地区煤炭外运的 主要通道。将大秦铁路打造成世界一流的重载煤运大通道，是中国铁路跨越式发展的 标志性、示范性、样板性工程。 大秦线自开通以来，相继开行了5 0 0 0 吨、1 万吨及2 万吨重载列车。2 0 0 3 年9 月 1 日由安太堡到柳村南站试开行第一列万吨列车，l o 月2 0 日试丌行长交路直通万吨列 车。2 0 0 4 年1 2 月1 2 日，刘志军部长亲自登乘大秦线2 万吨试验列车指挥试验，标志着 大秦线重载运输成套技术装备取得巨大突破，跨入世界一流货运重载铁路行列。大秦 线初期设计能力为年运量1 亿吨，后期经过多次扩能改造，运输能力得到快速提升， 继2 0 0 4 年运量实现1 5 亿吨之后，2 0 0 5 年至2 0 0 9 年相继突破2 亿吨、2 5 亿吨、3 亿吨、3 2 亿吨、3 4 亿吨的年运量目标，2 0 1 0 年年运量目标3 8 亿吨并向4 亿吨目标 迈进。 为全面完成大秦线运输任务，2 0 1 0 年大秦线运输计戈, j t l e 施工同湖东二场每日开行 列车9 5 列，其中2 万吨列车4 5 列，单元万吨列车1 2 列，组合列车3 8 列，运量1 1 0 万吨。维修施工日每同运量按9 3 万吨组织，完全取消了5 0 0 0 t 及以下的货物列车。空、 重列车速度最高均达到8 0 公里小时，每秒钟的平均运量约1 2 吨。大秦本线装车车辆 周转时间平均为1 9 天，列车跟踪间隔平均为1 0 分钟左右。开行列车密度之高、运量 之大处于世界领先地位。 为不断提高大秦线运能，2 0 0 4 年我国自主研发的2 5 t 轴重专用敞车( c 7 6 、c 8 0 型) 开始在大秦线上线运用，截止2 0 0 9 年5 月份大秦线货车保有量3 5 2 4 9 辆，其中c 6 3 型 车6 4 3 1 辆、c 7 6 、c 8 0 型车2 8 8 1 8 辆，c 7 6 、c 8 0 型车占货车总保有辆的8 1 8 。 大秦线作为重载煤运第一通道，2 0 0 9 年拆除既有车站9 个，保留车站2 1 个，其中具 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 备停靠2 万吨列车的车站1 1 个，2 力吨车站站问距平均5 9 4 公里，最大间距为涿鹿站至 延庆站问7 9 8 4 k m 。全线采用c t c 调度集中指挥系统、微机联锁控制、复线单向运输组 织模式，开往秦皇岛方向的下行列车为重车，开往湖东方向的上行列车为空车，图定 取消客车，属货车专线。配属车辆固定循环车底运行，具有区间大、密度高、编组长、 重载、闭环、车型统一等特点。 1 3 2t h d s 运用中存在问题 1 、运用理念的不适应性 红外线轴温探测系统从一代机发展n - 代机用了9 年时间，从二代机发展到三代 机用了1 5 年时间，这2 4 年( 1 9 7 8 年一2 0 0 2 年) 的时间是红外线轴温探测系统运用探索、 研究时期，作为非接触式、无人远程自动测温设备，系统研究的内容首先是杜绝漏报 热轴，其次是减少误报热轴。因此，红外线运用工作理念定位成“宁可错杀一千，绝 不放过一个”。但在中国铁路持续实施重载、提速、高密度追踪的运输形势下，这一理 念已激化了安全与运输的矛盾，表现出其不适应性。 2 、热轴预报准确性长期得不到质的提高 据统计，全路红外线轴温探测系统投入运用以来，强热、激热轴预报准确率始终 低一# 5 0 9 6 。反言之，约有5 0 以上的强热、激热轴预报属于误报、误拦、误停、误甩， 对运输秩序、机力调配、车辆周转产生很大影响，还会造成其它列车晚点。在中国铁 路持续实施重载、提速、高密度追踪的运输形势下，这一矛盾愈发突出。 造成热预报准确性长期得不到质的提高的原因，一是受“宁可错杀一千，绝不放 过一个”理念的影响，认为提高准确性以后存在安全风险，保持现状可以规避责任， 主观上没有动力；二是热轴判别模型针对性不强。经过3 0 多年发展，车辆技术发生了 突飞猛进的变化，滚动轴承取代滑动轴承、工程塑料保持架取代钢保持架、重载r e 2 b 型车轴的出现等等，加之货车重载、提速，这些变化都会体现在轴温讵常运转热的变 化上。而用同一标准的热轴判别模型，涵盖范围大，造成源头上存在误报因素；三是 个别红外线调度员业务水平不高，不具备分析能力，无法对异常预报数据和异常轴温 温波做出准确判断。 3 、区间拦停故障判断缺乏科学手段 据统计，全路平均每月预报强热、激热轴中，经机车乘务员鉴定后直接放行的仅 占1 0 左右，9 0 左右鉴定甩车。在这9 0 鉴定甩车的热轴车中，经列检人员检查确认后 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 皇曼! 皇曼曼曼曼曼皇曼! 曼曼! 曼曼! ! 舅曼曼曼曼! ! ! ! ! ! 曼! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 曼! 曼! 曼! 曼曼曼! 曼曼曼曼曼曼曼曼! 曼! 曼曼皇! 曼曼皇m m ml 璺曼曼曼 放行的占5 0 左右，即约有4 5 左右的强热、激热轴预报车辆可以放行。 造成区间误甩车的原因，一是机务乘务员跨专业检查、鉴定经验不足；二是机车 乘务员没有相应判断工具，仅凭眼观轴承外观、手摸轴温进行人工判断。为保险起见， 定性感觉温度高就甩。这样处理的结果是没有科学定量检测依据，随意性强，误甩车 多。 1 3 3 选题意义 大秦线作为处于世界领先地位的重载运输铁路，其特点之一是区间大、密度高、 长大编组的运输组织方式，这对t h d s 的预报准确性提出更高的适应需求，不能仅仅满 足于( t h d s 设备检修维护管理规程( 2 0 0 9 版) 规定的“区间热轴预报兑现率不低于7 0 ” 的要求，原因如下： 原因之一：大秦线2 万吨编组的c 8 0 型车辆，每三辆车为一组，组与组之间采用车 钩连接，一组内中间车辆与前后车辆采用牵引杆连接，遇有热轴预报需甩车处理时， 必须3 辆车同时甩下，这对车辆周转产生很大影响； 原因之二：大秦线2 万吨列车编组2 1 0 辆全长约2 6 0 0 多米，遇有热轴预报，机车乘 务员现场检查确认约需4 0 分钟左右，致使列车滞留现象发生，打乱正常运输秩序和计 划： 原因之三：大秦线全长6 5 3 k m 仅有1 1 个具备停靠2 万吨列车的车站，热轴甩车困难。 其特点之二是车体固定循环使用、车型单一，这为研究、探索车辆轴温规律，制 定符合大秦线实情、具有大秦线特色的、科学的热轴判别标准，提高大秦线t h d s 热轴 预报准确性提供可能。再者每年误报热轴、拦停造成上千万运费损失，给车辆段带来 额外的检修费用，浪费大量人力、物力。 因此，如何提高大秦线t h d s 热轴预报准确性，以减少对大秦线运输秩序的影响， 满足大秦线运量增加的需求，降低车辆段检修成本具有重要意义。 1 4 本论文研究主要内容 本论文在大秦线安装使用的h t k 一3 9 1 红外线轴温探测设备的基础上，以“杜绝漏 报、确保准报”为主导思想，为进一步提升t h d s 运用水平，科学处理好安全与运输的 矛盾，适应大秦线技术、设备、管理整体先进化的需求，拟完成以下研究工作： l 、阐述本论文研究内容所依据的理论基础知识； 2 、论述大秦线t h d s 运用现状及存在主要问题； 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 m m mmm m mi i 3 、分析大秦线t h d s 运用存在问题原因，研究解决方法； ( 1 ) 分析新型重载车辆( c 7 6 、c 8 0 型) 误报热轴的原因，研究专用敞车与普通敞 车轴温规律，科学制定热轴判别数学模型，提高热轴预报准确性。 ( 2 ) 分析密封圈热造成热轴误报的原因及各种探测角度原理，研究双角度下探在 大秦线采用的可行性与必要性。 ( 3 ) 分析微热级热轴跟踪升级误报的原因，研究解决方案，提高热轴预报准确性。 ( 4 ) 分析滚动轴承故障热发展速度快存在的安全隐患，研究解决方案。 ( 5 ) 分析空车较重车热轴预报多的原因，研究解决方案，提高热轴预报准确性。 ( 6 ) 分析环温对热轴预报准确性的影响，研究解决方案。 4 、提出大秦线t h d s 研究发展方向，充分利用“5 t 关联信息进行综合预报，进 一步提高t h d s 运用水平，多方位、多角度实现安全关口前移。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 第2 章红外线轴温探测系统理论 2 1 红外线测温基础知识 红外线是一种存在于可见红色光谱外端，用肉眼看不见的光线，它是一种电磁波， 具有热效应，波长范围在o 7 6 微米一7 6 0 微米之间。自然界中的任何物体，只要它本身 具有一定的温度( 即高于绝对零度一2 7 3 。c ) ，都能辐射红外线，被称作红外辐射源。金 属对红外线衰减非常大，即基本不透明；大多数液体对红外辐射的吸收非常大；气体 对于红外辐射也有不同程度的吸收，例如：大气中的雾、雨、雪、烟雾等。 2 1 1 红外线测温“三定律 1 、基尔霍夫定律 物体向周围发射热辐射能时，同时也吸收周围物体所发射的辐射能，如果各个物 体处于热平衡辐射，即当几个物体处于同一温度下，各物体的发射本领正比于它的吸 收本领，这就是基尔霍夫定律。即： e = a e o 式中e 物体在它单位面积和单位时i b j 内发射出的辐射能( 即发射本领) ； a 一物体对辐射的吸收系数( 2 0 8 9 k ( 1 2 8 1 5 - 8 9 7 1 ) ，则预报激热 a d 值 1 5 9 8 k ( 9 8 0 3 一6 8 6 2 ) ，则预报强热 a d 值 1 3 5 2 k ( 8 2 9 4 - 5 8 0 6 ) ，则预报微热3 a d 值 11 0 6 k ( 6 7 8 5 - 4 7 4 9 ) ，则预报微热2 a d 值 8 6 0 k ( 5 2 7 6 - 3 6 9 3 ) ，则预报微热1 2 、下探客车绝对温度热判模 绝对温度值 9 3 则预报激热 3 、下探客车热判模型2 相对温升 6 5 ，则预报强热 相对温升 4 5 ，则预报微热3 四、货车热轴预报标准： ( 一) 滚动轴承： l 、下探滚动第一种模型 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 9 页 当第一大值大于或等于6 5 2 ( 4 0 ) 且第一大值第二大值 2 0 ，则第一大值预报 微热1 2 、下探滚动第二种模型 k = 均值3 2 6 ( 2 0 ) k 限制在0 9 1 0 之间 a d 值该辆侧剩余轴均值 1 8 且温升 5 5 k ( 4 9 5 c - 5 5 ) ，则预报微热1 a d 值该辆侧剩余轴均值 1 8 且温升 6 0 k ( 5 4 c 一6 0 c ) ，则预报微热2 a d 值该辆侧剩余轴均值 1 8 且温升 6 5 k ( 5 8 5 一6 5 ) ，则预报微热3 a d 值该辆侧剩余轴均值 1 8 且温升 7 0 k ( 6 3 c 一7 0 c ) ，则预报强热 a d 值该辆侧剩余轴均值 1 8 且温升 9 5 k ( 8 5 5 c - 9 5 ) ，则预报激热 3 、下探滚动第三种模型 温升 6 0 ，则预报微热3 温升 7 0 ，则预报强热 温升 9 0 ，则预报激热 4 、下探滚动绝对温度判别模型 该轴绝对温度 12 0 ，则预报激热 ( 二) 滑动轴承 1 、下探滑动第一种模型 k = 均值1 8 2 ( 11 1 6 ) k 限制在0 7 - 1 之间 a d 值该辆侧剩余轴均值 8 且a d 值7 5 0 0 k ( 2 1 4 7 - 3 0 6 7 1 2 ) ，则预报激热 a d 值该辆侧剩余轴均值 3 7 且a d 值7 3 5 0 k ( 1 5 0 3 一2 1 4 7 ) ，则预报强热 a d 值该辆侧剩余轴均值 2 8 且a d 值 3 2 0 k ( 1 3 7 4 一1 9 6 3 ) ，则预报微热3 a d 值该辆侧剩余轴均值 2 4 且a d 值 2 9 0 k ( 1 2 4 5 c - 1 7 7 9 ) ，则预报微热2 2 、下探滑动第二种模型 k = 均值1 8 2 ( 11 1 6 ) k 限制在0 7 - 1 之间 a d 值 6 5 2 k ( 4 0 ) 则该轴报微热3 没有次高则次高= 2 9 5 ( 1 8 0 9 ) 次高 4 5 且a d 值 9 7 2 k ( 4 1 7 4 。c - 5 9 6 3 。c ) ，则预报激热 若b 3 0 且a d 值 5 7 9 k ( 2 4 8 6 。c - 3 5 5 2 ) ，则预报强热 若b i 8 且a d 值 4 0 7 k ( 1 7 4 8 。c - 2 4 9 7 c ) ，则预报微热3 若b i 7 且a d 值 3 0 0 k ( 1 2 8 8 c 一1 8 4 ) ，则预报微热2 若b i 7 且a d 值 2 9 0 k ( 1 7 7 9 一1 2 4 5 ) ，则预报微热l 3 、下探滑动第三种模型 滑动列侧均值 3 0 且a d 值 1 6 0 ( 9 8 1 ) ，则预报 微热1 五、机车热轴预报标准( 略) 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 1 页 第3 章大秦线t h d s 运用存在问题及原因分析 31 大秦线t h d s 运用概况 l 9 8 8 年大秦线投入运营时，全线艿安装3 0 台( 套) 哈局科研所生产的h t k 一2 8 9 型( 二代机) 红外线轴温探测设各后经大修改造全部升级为b t k 一3 9 1 型( 三代机) 。 为确保大秦线重载运输安全，从2 0 0 3 年丌始大秦线红外线探测站进行“加密”设计， 截止2 0 0 9 年1 1 月全线共安装6 4 台( 套) h t k 一3 9 1 型红外线轴温探测设备，笈各安装问 隔平均为2 04 k m 。 2 0 0 3 年1 0 , 9 人秦线，i q l - 万口列车后，红外线轴温探测设备的热轴预报兑现率仅为 4 5 ，低于红外线轴温探测系统管理检修运用规程( 简称红规 9 9 9 版) 规定的 “区间热轴预报兑现率不低于6 0 ”的要求，安全与运输的矛盾同益突出。 3 2 大秦线t h d s 系统组成及功能 3 21 t h d s 系统组成 车，刺轴温智能探测系统( t h d s ) 网络示意圈 图31 大秦线t h d s 网络结构示意图 1 h d s 主要由探测站设备、j | ；i 测中心设备和复示中心设备三大部分组成，探测站设 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 2 页 曼曼! 皇蔓曼曼! 曼曼鼍曼曼舅曼曼蔓曼曼曼曼蔓曼曼曼鼍曼皇曼鼍曼皇毫曼皇量! 皇蔓曼曼! 曼! 皇曼! 曼曼曼曼曼曼皇曼曼皇曼! 曼曼曼曼量曼曼鼍曼i i i i i i 曼 备包括轨边设备和探测站主机两部分，监测中心设备包括智能通信管理机和监测中心 主机两部分，复示中心设备为复示终端机。各探测站主机和监测中心主机间采用“星 型网络结构，通过铁通提供的一对一式音频通道，实现探测站主机与监测中心主机 间实时通信与数据传输。监测中心与复示中心间通过铁路局域网实现信息共享。t h d s 网络结构示意图如图3 - 1 所示。 3 2 2t h d s 系统功能 t h d s 应用红外线测温原理和远程自动控制技术完成轴温监测工作。探测站主机利 用轨边磁钢传感器检测、确认来车信息，计算轴距、车速，利用车号识别设备采集车 次、车号信息，控制红外线探头对通过车辆每个轴承温度实时检测，在列车通过后， 对采集数据进行处理、匹配车号信息，形成过车报文上传至监测中心主机，由监测中 心主机完成热轴判别、自动报警提示，因含有车次、车号信息实现了热轴车辆的精确 预报。 t h d s 实现了联网运行，每个探测站过车轴温探测信息可复示到列检所复示中心、 车辆段动态车间复示中心、局域网上传至铁道部控制中心，实现跨局跟踪报警。 热轴分微热、强热、激热三个等级，微热可设置多个级别。监测中心值班员热轴 预报标准为：微热跟踪，热级有升级时按强热级预报、强热预报前方站停车检查、激 热预报立即停车检查。 3 3 大秦线t h d s 运用中存在问题 以2 0 0 7 年数据为例( 见表3 1 ) ，2 0 0 7 全年大秦线共探测列车1 ，9 8 2 ，7 8 4 列、 2 1 l ，7 1 0 ，2 7 3 辆，显示预报热轴1 1 6 7 6 轴，其中显示激热1 6 轴、强热1 3 0 轴，微热 11 5 3 0 轴。大秦线区间预报停车检查1 4 6 轴