车辆轴温智能探测系统(THDS)概论

1、车辆轴温智能探测系统（车辆轴温智能探测系统（thds）：通常称为红外）：通常称为红外 线轴温探测系统，是利用安装在线轴温探测系统，是利用安装在轨边轨边的温度探测的温度探测 装置，采用装置，采用辐射测温技术辐射测温技术，实时检测，实时检测运行运行状态下状态下 的列车轴承温度，发现车辆轴承故障隐患，保证的列车轴承温度，发现车辆轴承故障隐患，保证 铁路运输安全的车辆安全防范系统。铁路运输安全的车辆安全防范系统。 70年代：开始研制一代机，年代：开始研制一代机，热敏电阻测温热敏电阻测温，交流，交流 放大，放大，不定量测温不定量测温，描笔式记录仪输出，人工判，描笔式记录仪输出，人工判 断热轴。断热轴。

2、85年后：研制二代机早期产品，年后：研制二代机早期产品，热敏电阻测温热敏电阻测温， 直流放大，直流放大，定量测温定量测温，计算机进行数据采集和处，计算机进行数据采集和处 理，自动判别预报热轴。理，自动判别预报热轴。 90年代：大面积推广使用二代机，探测站无人职守，实现年代：大面积推广使用二代机，探测站无人职守，实现 分局中心、复示站、探测站的分局中心、复示站、探测站的网络连接网络连接。主要代表机型有。主要代表机型有 哈科所（威克）哈科所（威克） htk-391、广汉厂（科峰）、广汉厂（科峰）htz-2000、 航天部航天部502所（康拓）所（康拓）hbds-。 98年以后，采用年以后，采用光子

3、器件光子器件，研制推广适应高速列车的探测，研制推广适应高速列车的探测 系统。主要代表机型有哈科所（威克）系统。主要代表机型有哈科所（威克） htk-499、广汉厂、广汉厂 （科峰）（科峰） htz-2000、航天部、航天部502所（康拓）所（康拓） hbds-。 2001年，利用办公网络，实现铁道部、铁路局、铁路分局年，利用办公网络，实现铁道部、铁路局、铁路分局 的的全路联网全路联网。 2004年，主要干线陆续增加车号检测装置，实现年，主要干线陆续增加车号检测装置，实现智能跟踪智能跟踪， 车号检测也是车号检测也是“5t”综合预报的前提。综合预报的前提。 2006年，加紧完成设备年，加紧完成设备

4、统型统型工作，实现工作，实现网络传输、自适应网络传输、自适应 标定、双探测角度标定、双探测角度等，其设备型号统一为等，其设备型号统一为thds-a型。型。 2010年年8月，铁道部组织各设备厂家，将现有月，铁道部组织各设备厂家，将现有thds-a型设型设 备各项成熟、先进技术进行集成，形成了备各项成熟、先进技术进行集成，形成了统一制造标准统一制造标准， 具备完全具备完全互换性互换性的的thds-b型设备型设备。 轴承在运转过程中由于材料缺陷、加工或装配不当、润滑轴承在运转过程中由于材料缺陷、加工或装配不当、润滑 不良、水份和异物侵入、腐蚀剥落以及过载等原因都可能不良、水份和异物侵入、腐蚀剥落以

5、及过载等原因都可能 导致损坏。当然，即使在安装、润滑和使用维护都正常的导致损坏。当然，即使在安装、润滑和使用维护都正常的 情况下，经过一段时间的运转，轴承也会出现疲劳剥落和情况下，经过一段时间的运转，轴承也会出现疲劳剥落和 磨损等现象影响轴承的正常工作。磨损等现象影响轴承的正常工作。 铁路车辆在运行过程中，如果轴承内部损伤或外部不合理铁路车辆在运行过程中，如果轴承内部损伤或外部不合理 受力，会导致轴承发生部件过度磨耗或损坏、卡滞等故障，受力，会导致轴承发生部件过度磨耗或损坏、卡滞等故障， 如果不及时对这些轴承故障发出警告，最终会导致发生严如果不及时对这些轴承故障发出警告，最终会导致发生严 重的

6、列车安全事故。重的列车安全事故。 铁路车辆轴承温度过高是车辆轴承出现故障的一个重要表铁路车辆轴承温度过高是车辆轴承出现故障的一个重要表 征，而且征，而且轴承故障的严重程度与轴承温度的高低有着复杂轴承故障的严重程度与轴承温度的高低有着复杂 而密切关系而密切关系。 根据机械故障诊断原理，滚动轴承诊断的物理方法主要有温度、根据机械故障诊断原理，滚动轴承诊断的物理方法主要有温度、 振动、声学、油液分析等方法。因此，轴承温度并非轴承故障振动、声学、油液分析等方法。因此，轴承温度并非轴承故障 唯一唯一的表征。的表征。 当轴承故障处于点蚀、剥离等早、中期状态时，由于轴承润滑当轴承故障处于点蚀、剥离等早、中期

7、状态时，由于轴承润滑 尚为失效，轴承产生的运转热并不突出，温度诊断对这类轴承尚为失效，轴承产生的运转热并不突出，温度诊断对这类轴承 故障的故障的敏感性较差敏感性较差。从全路的统计情况看，每年都有相当数量。从全路的统计情况看，每年都有相当数量 的轴承处在的轴承处在“带病服役带病服役”阶段，在检修中发现许多货车轴承故阶段，在检修中发现许多货车轴承故 障，而红外探测系统并未报警。同时，受轴承密封类型、装配障，而红外探测系统并未报警。同时，受轴承密封类型、装配 时发生的过盈配合、油脂注入量等内部因素影响，以及车辆在时发生的过盈配合、油脂注入量等内部因素影响，以及车辆在 运行过程中的装载情况（超、偏载）

8、、轮对踏面情况、运行环运行过程中的装载情况（超、偏载）、轮对踏面情况、运行环 境等外部因素影响，容易出现某一轴承运转热相对过高的情况，境等外部因素影响，容易出现某一轴承运转热相对过高的情况， 此时并不意味着轴承出现了故障。因此，轴承温度并非轴承故此时并不意味着轴承出现了故障。因此，轴承温度并非轴承故 障障必然必然的表征。的表征。 当轴承故障处于后期状态时，由于轴承润滑失效，轴承内部发当轴承故障处于后期状态时，由于轴承润滑失效，轴承内部发 生生结构性损伤，继续运转会出现保持架、滚子断裂、破碎、融结构性损伤，继续运转会出现保持架、滚子断裂、破碎、融 化等情况，进而失去滚动作用，轴承卡死，导致车轴与

9、轴承内化等情况，进而失去滚动作用，轴承卡死，导致车轴与轴承内 圈装配处的圈装配处的温度急剧上升，车轴强度下降、变形，最终切断车温度急剧上升，车轴强度下降、变形，最终切断车 轴。此时，轴承温度能够轴。此时，轴承温度能够准确准确反映故障的后期状态。因此，轴反映故障的后期状态。因此，轴 承温度是轴承后期故障恶化的承温度是轴承后期故障恶化的必然必然的表征。的表征。 轴承温度并非轴承故障轴承温度并非轴承故障唯一和必然唯一和必然的表征。的表征。 这也是利用轴承温度判断轴承故障的最大不足。这也是利用轴承温度判断轴承故障的最大不足。 一是温度检测一般具有一是温度检测一般具有简单、成熟、易于实现简单、成熟、易于

10、实现的特点，的特点， 具备具备非接触性、灵敏度高、检测速度快非接触性、灵敏度高、检测速度快的优点。能够满足的优点。能够满足 我国铁路运输安全监控的需要。我国铁路运输安全监控的需要。 二是通过准确测量轴承温度，科学、合理的对异常轴二是通过准确测量轴承温度，科学、合理的对异常轴 温进行温进行判别判别，并与其它车辆安全防范，并与其它车辆安全防范系统综合利用系统综合利用，同样，同样 可以准确的发现轴承早、中期故障。更重要的时，通过对可以准确的发现轴承早、中期故障。更重要的时，通过对 轴承温度的监测是及时发现车辆轴承后期严重故障，防止轴承温度的监测是及时发现车辆轴承后期严重故障，防止 热切轴的热切轴的重

11、要手段重要手段和和最后关口最后关口。 由于物体的由于物体的温度温度与其与其红外线辐射能量红外线辐射能量有关，利用将红外线辐射有关，利用将红外线辐射 转换为其它信号的红外传感器，就能够以非接触的方式测量物转换为其它信号的红外传感器，就能够以非接触的方式测量物 体的温度。红外线测温具有非接触性、灵敏度高、检测速度快体的温度。红外线测温具有非接触性、灵敏度高、检测速度快 的优点，但也有材料、制造成本高，以及难以精确测量物体某的优点，但也有材料、制造成本高，以及难以精确测量物体某 一点确切的温度值的不足之处。一点确切的温度值的不足之处。 车辆轴温智能探测系统通过车辆轴温智能探测系统通过实时测量实时测量

12、行进中列车车辆的轴承温行进中列车车辆的轴承温 度，并根据是否出现异常轴温（热轴）判断车辆轴承状态是否度，并根据是否出现异常轴温（热轴）判断车辆轴承状态是否 异常，及时发出警告，从而防止出现列车热切轴事故的车辆安异常，及时发出警告，从而防止出现列车热切轴事故的车辆安 全防范系统。全防范系统。 经过多年的发展，车辆轴温智能探测系统目前已形成保障列车经过多年的发展，车辆轴温智能探测系统目前已形成保障列车 运行安全的一个运行安全的一个智能化、网络化、信息化智能化、网络化、信息化的系统，综合运用红的系统，综合运用红 外探测技术、自动控制技术、计算机技术、信息处理技术、网外探测技术、自动控制技术、计算机技

13、术、信息处理技术、网 络通信技术，实现络通信技术，实现分散探测，集中报警，联网运行，信息共享分散探测，集中报警，联网运行，信息共享， 防止铁路车辆热切轴事故的发生，成为保障铁路运输安全与畅防止铁路车辆热切轴事故的发生，成为保障铁路运输安全与畅 通的一个重要体系。通的一个重要体系。 由于轴承温度并非轴承故障由于轴承温度并非轴承故障唯一和必然唯一和必然的表征。的表征。 因此，因此，thds系统通过测量轴承温度以此判断系统通过测量轴承温度以此判断 轴承故障是存在不足的。轴承故障是存在不足的。 货车滚动轴承早期故障轨边声学诊断系统（简货车滚动轴承早期故障轨边声学诊断系统（简 称称tads系统）是采用声

14、学诊断技术和计算机系统）是采用声学诊断技术和计算机 网络技术，通过对运行中货车轴承噪声信号的网络技术，通过对运行中货车轴承噪声信号的 采集和分析，识别轴承的工作状态，可提供有采集和分析，识别轴承的工作状态，可提供有 效的轴承内部故障诊断结果，并能够准确分辨效的轴承内部故障诊断结果，并能够准确分辨 滚动轴承故障部位。滚动轴承故障部位。系统预报准确率系统预报准确率97%。 正确解读正确解读tadstads系统预报准确率系统预报准确率 97% 预报准确率预报准确率探测准确率探测准确率 从系统名称的定义上看，货车滚动从系统名称的定义上看，货车滚动 轴承轴承早期早期故障轨边声学诊断系统。故障轨边声学诊断

15、系统。 早期早期微小微小 局部局部 从从tadstads系统的原理分析系统的原理分析 当轴承零件的滚动工作面上出现故障（如剥离、碎裂、当轴承零件的滚动工作面上出现故障（如剥离、碎裂、 点蚀、塑性变形等）时，在轴承运转中滚动体碾压到点蚀、塑性变形等）时，在轴承运转中滚动体碾压到 故障部位，就会产生故障部位，就会产生冲击振动冲击振动。这种冲击振动与正常。这种冲击振动与正常 情况下的振动有所不同，具有很宽的频率范围，常能情况下的振动有所不同，具有很宽的频率范围，常能 激起轴承零件的共振，引发异常声响。这种信号的特激起轴承零件的共振，引发异常声响。这种信号的特 点是每个冲击的作用点是每个冲击的作用时间

16、很短时间很短，能量不大能量不大，但，但频谱丰频谱丰 富富，且冲击具有，且冲击具有周期性周期性。 正常状态的轴承在运转中也有十分复杂的振动和噪声，正常状态的轴承在运转中也有十分复杂的振动和噪声， 其信号总体上表现出其信号总体上表现出随机特性随机特性，虽含有周期成分，但，虽含有周期成分，但 频率较低频率较低，能量较弱。一旦轴承内部出现局部损伤，能量较弱。一旦轴承内部出现局部损伤， 则振动和噪声信号的结构将发生变化，出现周期性的则振动和噪声信号的结构将发生变化，出现周期性的 冲击脉冲，引起轴承系统的高频共振响应。冲击脉冲，引起轴承系统的高频共振响应。 利用利用声传感器声传感器拾取轴承的声音（噪声）信

17、号，采用特定的拾取轴承的声音（噪声）信号，采用特定的 信号分析技术，可以从时域、频域或幅域提取出轴承的信号分析技术，可以从时域、频域或幅域提取出轴承的故故 障特征障特征，再应用各种模式识别方法，就能够实现滚动轴承，再应用各种模式识别方法，就能够实现滚动轴承 的故障诊断。幅域特征可以反映故障的程度，频域特征则的故障诊断。幅域特征可以反映故障的程度，频域特征则 可以反映故障的部位。因为故障部位不同，其产生的重复可以反映故障的部位。因为故障部位不同，其产生的重复 冲击频率是不一样的。根据轴承运动学原理，如果已知轴冲击频率是不一样的。根据轴承运动学原理，如果已知轴 承的承的几何参数和转速几何参数和转速

18、，就可以，就可以 计算出各轴承零件产生故障时计算出各轴承零件产生故障时 的特征频率。对实测信号进行的特征频率。对实测信号进行 分析，查找特征频率成分，即分析，查找特征频率成分，即 可判别故障所在可判别故障所在。 反例： 反例： n年 年n月月n日日4时时43分分45393次货物列车编组次货物列车编组39 辆，通辆，通 过外线探测站下行方向时，过外线探测站下行方向时，thds系统预报机后系统预报机后11辆辆c62k 4927507右侧右侧2轴热轴，等级微二。经分解检查，发现该轴承存轴热轴，等级微二。经分解检查，发现该轴承存 在外圈裂纹、内外圈滚动面剥离、滚子裂损、保持架融化等故在外圈裂纹、内外圈

19、滚动面剥离、滚子裂损、保持架融化等故 障。从轴承分解结果看，该轴承外圈裂纹障。从轴承分解结果看，该轴承外圈裂纹37mm、内外圈滚动面、内外圈滚动面 大面积剥离；大面积剥离；5颗滚子发生破碎，滚子呈不规则颗粒状，保持架颗滚子发生破碎，滚子呈不规则颗粒状，保持架 折断、融化，属轴承恶性故障，如继续运行将要发生车辆热切折断、融化，属轴承恶性故障，如继续运行将要发生车辆热切 事故。事故。 查询查询tads系统预报情况如下：系统预报情况如下： tads系统主要针对轴承早期故障，当局部故障系统主要针对轴承早期故障，当局部故障 的形状比较规则时，产生的周期性冲击明显，系统的形状比较规则时，产生的周期性冲击明

20、显，系统 较为敏感；但是对于故障现象较为复杂的后期故障，较为敏感；但是对于故障现象较为复杂的后期故障， 其诊断能力有限，此时其诊断能力有限，此时thds系统的安全防范力就系统的安全防范力就 能得到很好的体现。因此，能得到很好的体现。因此，thds系统与系统与tads系统系统 相互互补，不可替代，共同铸就了铁路运输的安全相互互补，不可替代，共同铸就了铁路运输的安全 防线。防线。 目前，全路目前，全路thds探测站设备共有探测站设备共有4700余台，其中余台，其中 哈科所约占哈科所约占51.44，康拓公司约占，康拓公司约占31.88，科峰，科峰 公司约占公司约占16.68。每年对全路超过。每年对全

21、路超过7000万列列车、万列列车、 100亿条轴的轴温状态进行并探测做出准确的判断。亿条轴的轴温状态进行并探测做出准确的判断。 自动监测运行车辆的热轴故障；自动监测运行车辆的热轴故障； 自动判别列车运行方向；自动判别列车运行方向； 自动识别机车；自动识别机车； 自动测速；自动测速； 自动识别客、货车辆及动车组；自动识别客、货车辆及动车组； 自动识别滑动轴承和滚动轴承；自动识别滑动轴承和滚动轴承； 自动计轴、计辆；自动计轴、计辆； 具有系统自检功能；具有系统自检功能； 数据自动存储；数据自动存储； 配备车辆智能跟踪装置，正确读取机车、车辆车号信配备车辆智能跟踪装置，正确读取机车、车辆车号信 息，

22、识别轴位。息，识别轴位。 轨边设备主要包括红外探头、探头箱、卡轨器、车轮轨边设备主要包括红外探头、探头箱、卡轨器、车轮 传感器、智能跟踪装置微波天线等。传感器、智能跟踪装置微波天线等。 红外探头红外探头也称为也称为红外线传感器红外线传感器，一般由，一般由光学系统光学系统，红外探红外探 测器测器、信号放大及处理电路信号放大及处理电路等部件组成，交流放大传感器还有等部件组成，交流放大传感器还有 调制盘及电机，某些探测器需要在低温条件下工作，因此有的调制盘及电机，某些探测器需要在低温条件下工作，因此有的 红外线传感器还包括探测器的制冷装置。红外线传感器基本上红外线传感器还包括探测器的制冷装置。红外线

23、传感器基本上 是一个是一个光学光学电子电子系统，将接受到的红外辐射转换为电压信号，系统，将接受到的红外辐射转换为电压信号， 再通过后续其他系统对该电型号进行采集、处理、计算，达到再通过后续其他系统对该电型号进行采集、处理、计算，达到 测温的目的。因此，红外探头是测温的目的。因此，红外探头是thds系统的核心部件，是实系统的核心部件，是实 现现thds系统功能的基础。关于红外探头，我们将从以下几个系统功能的基础。关于红外探头，我们将从以下几个 方面展开讨论。方面展开讨论。 探头的种类探头的种类 红外探测器件红外探测器件 光子探头的致冷光子探头的致冷 探头的角度探头的角度 轴温波形轴温波形 按照红

24、外探测器件的种类区分按照红外探测器件的种类区分 热敏电阻探头，探测器件为热敏电阻热敏电阻探头，探测器件为热敏电阻 光子探头，探测器件为碲镉汞光子探头，探测器件为碲镉汞 按照放大电路的种类区分按照放大电路的种类区分 直流探头，放大电路为直流放大电路直流探头，放大电路为直流放大电路 调制探头，放大电路为交流放大电路调制探头，放大电路为交流放大电路 红外探测器红外探测器是红外线传感器的核心，利用红外线辐射与物质相互作是红外线传感器的核心，利用红外线辐射与物质相互作 用所呈现的用所呈现的物理效应物理效应来探测红外线辐射。根据对红外线辐射响应方来探测红外线辐射。根据对红外线辐射响应方 式的不同，红外线探

25、测器分为式的不同，红外线探测器分为热探测器热探测器和和光子探测器光子探测器两大类。两大类。 热探测器和工作原理是入射的热探测器和工作原理是入射的红外线能量红外线能量使得探测器温度升高，而使得探测器温度升高，而 导致探测器的某些导致探测器的某些物理性质发生变化物理性质发生变化，并进而转化成可测量的信号，并进而转化成可测量的信号， 就可确定入射红外线能力的大小。热探测器主要有四类：热释电型、就可确定入射红外线能力的大小。热探测器主要有四类：热释电型、 热敏电阻型、热电阻和气体型。热敏电阻型、热电阻和气体型。 热敏电阻是利用某些热敏电阻是利用某些金属或半导体材料金属或半导体材料的的电阻率随温度有较大

26、变化电阻率随温度有较大变化 而制成的探测器。当热敏电阻吸收红外线辐射而温度变化时，其电而制成的探测器。当热敏电阻吸收红外线辐射而温度变化时，其电 阻率也发生变化。将热敏电阻串联在恒流电路中，电阻率的变化可阻率也发生变化。将热敏电阻串联在恒流电路中，电阻率的变化可 转化为电压的变化，此时红外线辐射能量可转化为电压输出。由于转化为电压的变化，此时红外线辐射能量可转化为电压输出。由于 热探测器温度变化后才会导致其物理性质变化，因此热探测器的热探测器温度变化后才会导致其物理性质变化，因此热探测器的响响 应速度较慢应速度较慢。热敏电阻的响应时间常数为毫秒级。热敏电阻的响应时间常数为毫秒级。 光子探测器是

27、利用入射的光子探测器是利用入射的红外线光子流与探测器材料红外线光子流与探测器材料（如碲镉汞材（如碲镉汞材 料）中的电子直接相互作用，物质内部的料）中的电子直接相互作用，物质内部的电子会被光子激发电子会被光子激发出来而出来而 形成电流，使得探测器的电子能量状态发生变化，从而导致各种电形成电流，使得探测器的电子能量状态发生变化，从而导致各种电 学现象，称为光电效应。由于光电效应中没有热探测器温度变化的学现象，称为光电效应。由于光电效应中没有热探测器温度变化的 过程，所以光子探测器的过程，所以光子探测器的响应速度响应速度比热探测器比热探测器快快很多，响应时间常很多，响应时间常 数为微秒级。数为微秒级

28、。 光子探测器的一个特性就是需要在低温光子探测器的一个特性就是需要在低温 条件下工作，以条件下工作，以降低噪声降低噪声，以此保证探，以此保证探 测器的灵敏度。因此采用碲镉汞器件制测器的灵敏度。因此采用碲镉汞器件制 作的光子探头要对碲镉汞进行致冷，降作的光子探头要对碲镉汞进行致冷，降 低器件温度，确保获得比较高的响应率低器件温度，确保获得比较高的响应率 和信噪比。和信噪比。 由于碲镉汞器件的由于碲镉汞器件的响应率随器件温度变响应率随器件温度变 化化，因此在实际应用中，既要使器件温，因此在实际应用中，既要使器件温 度尽可能低，又要在一段时间内使器件度尽可能低，又要在一段时间内使器件 温度保持稳定，

29、因此要对器件温度进行温度保持稳定，因此要对器件温度进行 控温控温，将碲镉汞的温度控制在设置温度，将碲镉汞的温度控制在设置温度 上。当环境温度变化过大而使器件温度上。当环境温度变化过大而使器件温度 不能稳定在该温度时，再重新设置器件不能稳定在该温度时，再重新设置器件 温度。这样，使探测器件的响应率在一温度。这样，使探测器件的响应率在一 段时间内保持稳定不变。段时间内保持稳定不变。 从从20 世纪世纪70 年代红外线探测开始运用以来年代红外线探测开始运用以来，红外线探头探测角度红外线探头探测角度 经历了几次变化经历了几次变化，存在过存在过上探、下探上探、下探等探测方式等探测方式，下探又有下探又有外

30、探和内外探和内 探探2 种探测角度。目前红外线探测都采用下探的方式。种探测角度。目前红外线探测都采用下探的方式。 外探：探头光学中心距钢轨内侧距离为外探：探头光学中心距钢轨内侧距离为415mm，与钢轨呈微小夹角，与钢轨呈微小夹角, 探测货车轴承前盖密封部位。探测货车轴承前盖密封部位。 内探：探头光学中心距钢轨内侧距离为内探：探头光学中心距钢轨内侧距离为260mm， 与钢轨平行与钢轨平行, 探测轴探测轴 承中隔圈部位。承中隔圈部位。 由于探头光学中心距钢轨内侧距离较远，探头光由于探头光学中心距钢轨内侧距离较远，探头光 学路径主要扫描轴承端盖密封罩附近。学路径主要扫描轴承端盖密封罩附近。 由于探头

31、光学中心距钢轨内侧距离较进，探头光由于探头光学中心距钢轨内侧距离较进，探头光 学路径主要扫描轴承中隔圈附近。学路径主要扫描轴承中隔圈附近。 内、外探运转热对比内、外探运转热对比 对于轴承正常运转所产生的运转热，一般来说对于轴承正常运转所产生的运转热，一般来说内探平均温升比外探平均内探平均温升比外探平均 温升略高温升略高，这是由于内探探测的轴承中隔圈位置距离轴承两排滚子比较近，这是由于内探探测的轴承中隔圈位置距离轴承两排滚子比较近， 而外探探测的轴承前盖密封罩位置在轴承端部，距离滚子比较远，因此内而外探探测的轴承前盖密封罩位置在轴承端部，距离滚子比较远，因此内 探的轴温应比外探的轴温高；而且铁路

32、货车晃动有可能使轴承前盖位置不探的轴温应比外探的轴温高；而且铁路货车晃动有可能使轴承前盖位置不 能充满外探探头视场，影响外探的探测，而内探则不受铁路货车晃动的影能充满外探探头视场，影响外探的探测，而内探则不受铁路货车晃动的影 响，说明内探对于轴承正常运转热的探测精度更为精确。响，说明内探对于轴承正常运转热的探测精度更为精确。 内、外探热轴预报对比内、外探热轴预报对比 从全路热轴统计来看，外探改为内探后，从全路热轴统计来看，外探改为内探后，thds热轴预报数量热轴预报数量明显下降明显下降。 外探预报的强、激热轴承，经确认绝大多数技术状态正常，这说明在轴温外探预报的强、激热轴承，经确认绝大多数技术

33、状态正常，这说明在轴温 超过正常运转热而进行热轴预报时，外探无法滤除由于轴承密封罩与密封超过正常运转热而进行热轴预报时，外探无法滤除由于轴承密封罩与密封 座之间的摩擦热或密封罩脱出与其他配件摩擦而导致的假热轴。座之间的摩擦热或密封罩脱出与其他配件摩擦而导致的假热轴。 内探的优点是探测位置为滚动轴承中内探的优点是探测位置为滚动轴承中 间，两个保持架中隔圈的位置，间，两个保持架中隔圈的位置，探测探测 充分、温升高充分、温升高，不会受到列车运行中，不会受到列车运行中 的摆动影响。内探存在的风险是：的摆动影响。内探存在的风险是： x1k型车和长大货车等型车和长大货车等带轴箱套带轴箱套的轴的轴 承造成的

34、遮挡而导致无法直接探测到承造成的遮挡而导致无法直接探测到 轴承表面，造成漏探。轴承表面，造成漏探。 相对于内探，外探的优点是相对于内探，外探的优点是兼容兼容滚动轴承与滑动轴承，滚动轴承与滑动轴承，不受不受车种、车型的车种、车型的 限制限制。存在的问题是对探头角度要求严格，由于货车晃动或探测角度偏差。存在的问题是对探头角度要求严格，由于货车晃动或探测角度偏差 易易产生漏探产生漏探。同时容易受到轴承类型、轴承端盖密封罩摩擦产生的热量影。同时容易受到轴承类型、轴承端盖密封罩摩擦产生的热量影 响而响而误报热轴误报热轴。 采用内探与外探的优点和风险采用内探与外探的优点和风险 集合内、外探的优点集合内、外

35、探的优点，相互互补，实际探测中，相互互补，实际探测中以内以内 探为主，外探为辅探为主，外探为辅。 ，41216次货车编组次货车编组46辆，过辆，过thds探测站上行方向时机后探测站上行方向时机后 26辆辆g17dk 6104545左侧左侧3轴，外探预报激热，内探未预轴，外探预报激热，内探未预 报，综合预报微三。其中珠江源内探外探报，综合预报微三。其中珠江源内探外探15、外探、外探96； 内探内探52、外探、外探129。经分解鉴定，存在轴承密封罩脱。经分解鉴定，存在轴承密封罩脱 出故障出故障 。 故障轴承图故障轴承图1 故障轴承图故障轴承图2 正常轴承正常轴承 密封罩脱出实物图密封罩脱出实物图

36、与前盖摩擦后露出油封金属骨架与前盖摩擦后露出油封金属骨架 g17dk 6104545热轴波形热轴波形 无论内探、外探还是双探，通常采用无论内探、外探还是双探，通常采用沿着列车运行方向沿着列车运行方向 探测探测，即探测位置是轴承的背风面，而非迎风面。这样做，即探测位置是轴承的背风面，而非迎风面。这样做 的原因主要有：的原因主要有： 轴承的背风面，温度比较稳定，受到车速风速的影响轴承的背风面，温度比较稳定，受到车速风速的影响 较小，温度较真实。较小，温度较真实。 受车上坠物的影响较小。受车上坠物的影响较小。 当然，迎着列车运行方向探测，在技术上也是可以实当然，迎着列车运行方向探测，在技术上也是可以

37、实 现的。例如在青藏线有些探测站就是采用的单个探测站双现的。例如在青藏线有些探测站就是采用的单个探测站双 向探测。向探测。 普普通货车滚动轴承波形特点是标准的通货车滚动轴承波形特点是标准的3232点梯形波点梯形波 首先扫描车底架首先扫描车底架5 56 6个点，扫描轴承轴径个点，扫描轴承轴径15151616个点，接个点，接 着扫描车底架着扫描车底架9 91313点点 标准的货车滚动轴承波形大致上左右对称，前沿部标准的货车滚动轴承波形大致上左右对称，前沿部 分大约为分大约为1 1至至3 3个点，尾部大约为个点，尾部大约为3 3至至5 5个点，个点， 为波形平顶属轴承热区部分为波形平顶属轴承热区部分

38、 内探探测角度扫描曲线为滚动轴承底部，两副保持架中心内探探测角度扫描曲线为滚动轴承底部，两副保持架中心 （中隔圈）位置，波形顶部比较平直。（中隔圈）位置，波形顶部比较平直。 部分货车由于挡键遮挡的缘故，故波形的顶部宽度较窄（约为部分货车由于挡键遮挡的缘故，故波形的顶部宽度较窄（约为 标准波形的一半），标准波形的一半），约为约为6 6至至8 8点，点，此类波形属于正常波形。此类波形属于正常波形。 阳光干扰波形阳光干扰波形特征：前高后低，常见于白天探测的罐车。特征：前高后低，常见于白天探测的罐车。 尖峰波形尖峰波形特征：波形中有一个峰值很高。特征：波形中有一个峰值很高。 多尖峰波形多尖峰波形特征：

39、波形中有多点跃升。特征：波形中有多点跃升。 抱闸波形抱闸波形特征：由于内探角度受抱闸摩擦热干扰造成，特征：由于内探角度受抱闸摩擦热干扰造成， 波形易抬起，表面不够圆滑，有凸起有凹陷。波形易抬起，表面不够圆滑，有凸起有凹陷。 1#磁头为磁头为开机磁头开机磁头。系统采集到。系统采集到1#磁头信号，系统开磁头信号，系统开 机，进入接车状态，探头保护门打开。机，进入接车状态，探头保护门打开。 车轮压过车轮压过2#磁头，系统采集到磁头，系统采集到2#磁头信号，系统磁头信号，系统开始开始 探测探测。 2#、3#磁头信号结合可使系统测量车速和轴距。系统磁头信号结合可使系统测量车速和轴距。系统 采集到同一个车

40、轮压过采集到同一个车轮压过2#、3#磁头之间的时间，去除磁头之间的时间，去除 以以2#、3#磁头之间固定的距离，即为该车轮通过时的磁头之间固定的距离，即为该车轮通过时的 速度速度。相邻车轮压过。相邻车轮压过2#或或3#磁头间隔的时间，乘以速磁头间隔的时间，乘以速 度，即为这两个车轮之间的度，即为这两个车轮之间的轴距轴距。 室内设备主要包室内设备主要包 括括主机箱、控制主机箱、控制 箱、电源箱、智箱、电源箱、智 能跟踪装置、通能跟踪装置、通 信单元、防雷设信单元、防雷设 备、不间断电源备、不间断电源。 1发展历程发展历程 2010年年8月月11-12日铁道部运输局在沈阳组织铁路局及日铁道部运输局

41、在沈阳组织铁路局及thds设备设备 厂家研究确定了厂家研究确定了thds统一制造标准设备采用的各项技术和系统一制造标准设备采用的各项技术和系 统集成要求，并组织统集成要求，并组织thds-a型设备生产厂家成立联合研发项型设备生产厂家成立联合研发项 目组进行集中开发。目组进行集中开发。 2010年年9月月16日项目组完成了设备样机的集成和室内联调，形成日项目组完成了设备样机的集成和室内联调，形成 了了thds统一制造标准设备技术资料（含技术条件、图样、软统一制造标准设备技术资料（含技术条件、图样、软 件）。件）。2010年年9月月21日，设备样机安装在北京铁路局与既有日，设备样机安装在北京铁路局

42、与既有 thds-a型设备进行在线对比试验和现场试用。型设备进行在线对比试验和现场试用。 2010年年10月月10日，通过铁道部运输局组织的日，通过铁道部运输局组织的thds统一制造标准统一制造标准 设备样机通过技术审查。设备样机通过技术审查。 2011年年1月月12-13日，各设备厂家通过了铁道部运输局组织的日，各设备厂家通过了铁道部运输局组织的 thds-b设备生产、产品审查。设备生产、产品审查。 3thds-b设备的特点设备的特点 北京局试用总结北京局试用总结 1、thdsb型红外线轴温探测系统由探测站轨边设备、探测站室内型红外线轴温探测系统由探测站轨边设备、探测站室内 设备和监测中心设

43、备等组成，具有车速与轴距测量、计轴计辆、轴温设备和监测中心设备等组成，具有车速与轴距测量、计轴计辆、轴温 探测、热轴预报等功能，能适应探测、热轴预报等功能，能适应1至至360公里探测要求。公里探测要求。 2、系统采用全息数据采集、双下探、车轮传感器冗余、智能自检、探、系统采用全息数据采集、双下探、车轮传感器冗余、智能自检、探 头自适应标定、远程管理和宽带通讯等技术。系统运行稳定，各项技头自适应标定、远程管理和宽带通讯等技术。系统运行稳定，各项技 术指标符合铁道部技术标准。术指标符合铁道部技术标准。 3、探测站主界面分环境信息区、示波器区、接车数据区、自检信息区。、探测站主界面分环境信息区、示波

44、器区、接车数据区、自检信息区。 环境信息区实时显示系统当前工作环境参数；示波器区在接车时，可环境信息区实时显示系统当前工作环境参数；示波器区在接车时，可 以实时显示以实时显示4路探头模拟信号和路探头模拟信号和4路磁头模拟信号；接车数据区实时显路磁头模拟信号；接车数据区实时显 示当前最近示当前最近1000列车的简单报文；自检信息区实时显示系统各模板的列车的简单报文；自检信息区实时显示系统各模板的 工作情况。工作情况。 4、探测站系统具有强大的自检功能，能准确区分探测站通信故障与探、探测站系统具有强大的自检功能，能准确区分探测站通信故障与探 测站停电故障。系统采用总线通信技术，对探测站设备各模板电

45、路参测站停电故障。系统采用总线通信技术，对探测站设备各模板电路参 数进行实时检测，能够精确定位故障电路模板。探测站系统各组件、数进行实时检测，能够精确定位故障电路模板。探测站系统各组件、 模板的检测参数，可以通过铁路光纤专用网或模拟通道方式上传至监模板的检测参数，可以通过铁路光纤专用网或模拟通道方式上传至监 测中心、复示中心，实现系统对探测站设备进行远程监控、实时数据测中心、复示中心，实现系统对探测站设备进行远程监控、实时数据 采集和故障诊断。采集和故障诊断。 5、室外设备安装完成后，不用再进行调整。探测站软件提供界面修改、室外设备安装完成后，不用再进行调整。探测站软件提供界面修改 磁钢距离和

46、探头采样延时距离。现场取消了以前的轨边箱，降低了设磁钢距离和探头采样延时距离。现场取消了以前的轨边箱，降低了设 备故障，减少了轨边作业的时间。备故障，减少了轨边作业的时间。 6、系统具有强大的远程维护功能。在局中心和段复示可远程上传探测、系统具有强大的远程维护功能。在局中心和段复示可远程上传探测 站各种原始数据和下载探测站主执行文件和配置文件，进行远程升级站各种原始数据和下载探测站主执行文件和配置文件，进行远程升级 和维护。和维护。 7、轨边设备具有良好的防雪除雪功能，可以通过高压风机吹雪或加热、轨边设备具有良好的防雪除雪功能，可以通过高压风机吹雪或加热 方式溶雪，安装方便，便于维护。局中心可

47、通过采集图象观察轨边设方式溶雪，安装方便，便于维护。局中心可通过采集图象观察轨边设 备，可远程启动除雪功能。备，可远程启动除雪功能。 部评审意见部评审意见 thds-b型设备采用联合开发的方式，将现有型设备采用联合开发的方式，将现有thds-a型设备各项成熟、型设备各项成熟、 先进技术进行集成，形成了技术条件、产品图纸、设计文件（含软件先进技术进行集成，形成了技术条件、产品图纸、设计文件（含软件 开发文档、源代码）、使用说明等全套技术资料，实现了探头、探头开发文档、源代码）、使用说明等全套技术资料，实现了探头、探头 箱、控制板件等室内外设备和系统软件及制造标准的完全一致。箱、控制板件等室内外设

48、备和系统软件及制造标准的完全一致。 设备采用全息数据采集、双下探、车轮传感器冗余、智能自检、探头设备采用全息数据采集、双下探、车轮传感器冗余、智能自检、探头 自适应标定、远程管理和宽带通讯技术，具有测速与轴距测量、计轴自适应标定、远程管理和宽带通讯技术，具有测速与轴距测量、计轴 计辆、轴温探测、热轴预报、车号智能跟踪、吹风除雪、远程视频监计辆、轴温探测、热轴预报、车号智能跟踪、吹风除雪、远程视频监 控和多路电源控制等功能。控和多路电源控制等功能。 设备轨边部件结构合理，设备轨边部件结构合理， 便于设备的测试和维护；探测站软件界面友便于设备的测试和维护；探测站软件界面友 好，功能全面，方便设备使

49、用与维护。好，功能全面，方便设备使用与维护。 新安装新安装thds设备必须使用经部批准转让技术生产的设备必须使用经部批准转让技术生产的thds-b型设备。型设备。 thds检修维护管理的总体目标是：实现对运行车辆检修维护管理的总体目标是：实现对运行车辆 轴温的实时监测、全程跟踪和热轴自动报警，防止热轴温的实时监测、全程跟踪和热轴自动报警，防止热 切轴事故；建立系统网络监控、集中报警、日常维护切轴事故；建立系统网络监控、集中报警、日常维护 和定期检修相结合的设备维修体系，建立现场维护、和定期检修相结合的设备维修体系，建立现场维护、 专业检修、专家支持的系统设备维护保障机制；实现专业检修、专家支持

50、的系统设备维护保障机制；实现 设备质量达标、人员素质达标、基础管理达标。设备质量达标、人员素质达标、基础管理达标。 thds设备检修维护管理工作按照设备检修维护管理工作按照“以车辆部门为以车辆部门为 主，相关部门为辅主，相关部门为辅”的原则，实行铁道部、铁路局的原则，实行铁道部、铁路局 和车辆段三级管理。和车辆段三级管理。 铁道部车辆主管部门负责全路铁道部车辆主管部门负责全路thds统一规划布局及统一规划布局及 管理，制定技术标准、规章制度。管理，制定技术标准、规章制度。 铁路局车辆处负责全局铁路局车辆处负责全局thds全面工作，明确专人负全面工作，明确专人负 责责thds规划、新建、改造、技

51、术、检修等管理工作，规划、新建、改造、技术、检修等管理工作， 组织人员技术培训，并负责与相关部门协调。组织人员技术培训，并负责与相关部门协调。 铁路局监测站由车辆处负责业务管理，负责铁路局管铁路局监测站由车辆处负责业务管理，负责铁路局管 内热轴预报，实时监控系统运行状态，系统网络、供内热轴预报，实时监控系统运行状态，系统网络、供 电及铁路局监测站设备出现故障时通知相关部门处理，电及铁路局监测站设备出现故障时通知相关部门处理， 督促探测站设备故障处理，汇总、统计、分析及上报督促探测站设备故障处理，汇总、统计、分析及上报 相关数据相关数据。 车辆段由主管段长负责车辆段由主管段长负责thds全面工作

52、，明确专人负全面工作，明确专人负 责责thds新建、改造、设备维护等具体工作。车辆段新建、改造、设备维护等具体工作。车辆段 动态检测车间负责动态检测车间负责thds设备的日常维护和故障抢修。设备的日常维护和故障抢修。 车辆段复示站实时监控车辆段复示站实时监控thds探测站设备的运行状态，探测站设备的运行状态， 出现故障时组织处理，汇总、统计、分析及上报相关出现故障时组织处理，汇总、统计、分析及上报相关 数据。数据。 在昆明局车辆检测所职能调整后，原车辆检测所负责在昆明局车辆检测所职能调整后，原车辆检测所负责 的的thds设备的安装和大、中修；局级设备的安装和大、中修；局级thds动态检动态检

53、测；局监测站设备的维护和检修；专用配件配送、管测；局监测站设备的维护和检修；专用配件配送、管 理和专业检修等工作，均调整由车辆段完成。理和专业检修等工作，均调整由车辆段完成。 供电部门：确保供电部门：确保thds供电正常，两路供电线路不得同时供电正常，两路供电线路不得同时 停电检修。停电检修。 电务部门：负责电务部门：负责thds传输通道的管理与维护。传输通道的管理与维护。 信息部门：负责信息部门：负责thds网络及查询双机群集（联网）服务网络及查询双机群集（联网）服务 器的管理与维护。器的管理与维护。 施工部门：工务、电务、通信等部门在线路上进行施工或施工部门：工务、电务、通信等部门在线路上

54、进行施工或 维修作业时，涉及到维修作业时，涉及到thds时，施工单位应与车辆段签订时，施工单位应与车辆段签订 施工安全协议，并在施工前施工安全协议，并在施工前48小时书面通知车辆段。车辆小时书面通知车辆段。车辆 段安排人员在施工期间到现场进行监护，避免段安排人员在施工期间到现场进行监护，避免thds设备设备 损坏。损坏。 设备检修基本原则设备检修基本原则 设备检修是保障设备检修是保障thds正常运行的基础，基本正常运行的基础，基本 原则是坚持日常维护与定期检修相结合的设备维原则是坚持日常维护与定期检修相结合的设备维 修体制，建立集中监控、分级维修（现场维护、修体制，建立集中监控、分级维修（现场

55、维护、 专业检修、专家支持）的系统设备维护保障机制。专业检修、专家支持）的系统设备维护保障机制。 检修分类检修分类 探测站设备检修分日常维护、定期检修和故障应探测站设备检修分日常维护、定期检修和故障应 急抢修。日常维护包括半月检和春秋季整修，定期检急抢修。日常维护包括半月检和春秋季整修，定期检 修分为中修、大修。定期检修应遵循以下原则：中修修分为中修、大修。定期检修应遵循以下原则：中修 以保持状态为主；第一个大修以恢复设备性能为主，以保持状态为主；第一个大修以恢复设备性能为主， 实行主要部件更新；第二个大修到期更新。定期检修实行主要部件更新；第二个大修到期更新。定期检修 周期：主要干线及运煤通

56、道周期：主要干线及运煤通道thds设备中修年限为设备中修年限为3年，年， 大修年限为大修年限为6年。其他线路设备中修年限为年。其他线路设备中修年限为4年，大修年，大修 年限为年限为8年。年。 铁路局监测站和复示站设备实行寿命管理，检修铁路局监测站和复示站设备实行寿命管理，检修 分为日常维护和故障抢修。分为日常维护和故障抢修。 5t设备维护能力与设备数量不匹配的矛盾具体体设备维护能力与设备数量不匹配的矛盾具体体 现在两的方面：现在两的方面： 一是维修人员的业务素质与新设备的维护要求的不匹一是维修人员的业务素质与新设备的维护要求的不匹 配；配； 二是维修人员的数量与二是维修人员的数量与5t设备的大

57、幅增加不匹配。设备的大幅增加不匹配。 维修人员业务素质的提升虽非一蹴而就，但通过维修人员业务素质的提升虽非一蹴而就，但通过 有效的培训机制，持之以恒，那么绝大多数维修人员有效的培训机制，持之以恒，那么绝大多数维修人员 的业务素质是能满足设备维护要求的。但是因维修人的业务素质是能满足设备维护要求的。但是因维修人 员数量不足，培训工作的开展十分困难。同时，受客员数量不足，培训工作的开展十分困难。同时，受客 观条件的限制，维修人员数量却难以得到有效的补充。观条件的限制，维修人员数量却难以得到有效的补充。 因此，从占有因此，从占有5t维护资源最大的维护资源最大的thds设备维护设备维护 中内部挖潜，在

58、确保安全的前提下，对中内部挖潜，在确保安全的前提下，对thds系统设系统设 备检修模式进一步进行优化，是一条值得探索的道路。备检修模式进一步进行优化，是一条值得探索的道路。 2指导方向指导方向 铁运铁运2008 257号文件号文件车辆轴温智能探测系统车辆轴温智能探测系统 （thds）设备检修维护管理规程）设备检修维护管理规程，在对既有，在对既有thds系系 统设备检修模式进行规范的同时，也提出了如下的指导意统设备检修模式进行规范的同时，也提出了如下的指导意 见：见： “对现场检修特别困难区段的探测站设备，并且通过对现场检修特别困难区段的探测站设备，并且通过 采用远程诊断、视频监控等技术手段可以

59、做到对设备状态采用远程诊断、视频监控等技术手段可以做到对设备状态 监控和加密动态检测频次等，在保证设备质量的前提下，监控和加密动态检测频次等，在保证设备质量的前提下， 可调整检修周期和检修技术标准可调整检修周期和检修技术标准”；“对提速封闭区段和对提速封闭区段和 交通不便的线路的交通不便的线路的thds探测站设备，要充分利用动态检探测站设备，要充分利用动态检 测手段对设备进行检查，减少维护人员上道作业频次，确测手段对设备进行检查，减少维护人员上道作业频次，确 保人身安全保人身安全”。 可见，通过引入新技术、新工艺，利用先进的监控手可见，通过引入新技术、新工艺，利用先进的监控手 段，减少探测站设

60、备的日常维护频率，并辅助以动态检测段，减少探测站设备的日常维护频率，并辅助以动态检测 对设备主要指标的检测、卡控，适度延长现场检修维护周对设备主要指标的检测、卡控，适度延长现场检修维护周 期，是进一步优化既有期，是进一步优化既有thds设备维护模式的指导方向。设备维护模式的指导方向。 3影响延长检修周期的主要因素影响延长检修周期的主要因素 延长现场设备检修周期的基础是延长现场设备检修周期的基础是设备质量处于可控状态设备质量处于可控状态 内因内因外因外因 设计理念设计理念 零部件质量零部件质量 生产工艺生产工艺 检修标准检修标准 检修工艺检修工艺 检修质量检修质量 设备生产质量设备生产质量 设备