作者: Richard Robertson

利用智能监控保持列车运行

我们的状态监控专家 Richard Robertson(潘得路在普利茅斯的常务董事)分享了关于利用数据监控来防止秋季列车停运的专门知识

“线路上的落叶是一个常见问题,尤其是在秋季,落叶会给铁路运营商带来严峻的挑战,导致列车晚点,甚至需要临时停运。这种情况在全球一些森林茂密的国家更为严重,例如北美、加拿大、英国部分地区和欧洲。

具体来说,一颗成年树可以落下 10,000 至 50,000 片叶子,每年秋季,光英国就有成千上万吨树叶落到铁路线上。Network Rail,英国铁路基础设施的拥有者和运营商,尝试通过修剪沿轨道侧的树木和植被,以及采用“树叶克星”(通过直接向列车路线喷射强大水流来清除落叶)来尽可能减少列车晚点。

有些铁路运营商甚至采取极端的措施:发布秋季“落叶时刻表”,从而给列车提供更长的时间来完成旅程和在车站减速运行,以帮助列车保持正点运行。但是,撇开更改时刻表不谈,线路上的落叶为何会给铁路运营商造成如此棘手的问题,又有哪些创新成果可以提供解决方案?

了解问题

线路上的落叶会使轨道变得湿滑,导致列车附着力降低。这会造成列车加力时出现车轮滑转,以及在列车制动时出现车轮打滑。虽然,业界在开发更好的列车车轮防滑 (WSP) 系统中取得了很大进步,但这只能优化一般的轮轨附着力。WSP 系统试图在列车停止期间保护车轮,不过有时候,从湿滑轨道快速过渡到干燥轨道(反之亦然)会导致在制动期间车轮出现扁疤。

当车轮/车轴停止旋转后,如果轨道车辆的轮对被沿着轨道拖行,则会出现扁疤点。扁疤点一般是由紧急制动或车轮滑动或打滑情况(导致车轮在列车仍移动时锁定)所导致。扁疤点在秋冬季(轨道变得湿滑)更为常见,但有故障的制动器或轮对轴承也可以导致扁疤。一旦产生了这些扁疤,车轮就会发出“怦怦怦”响声,铁路乘客可以在秋季听到这种声音,因为受损的车轮会碰撞下面的坚硬钢轨。车轮扁疤边缘冲击钢轨会发出声音,但是,扁疤的锐角会随着时间推移被磨平,冲击力会增加,而噪声会降低,因此使得人工检查很难发现。

如果扁疤点非常小,轨道车辆将能够继续使用。该故障将在之后的轮对旋修过程中消除。但是,由于在被沿着轨道拖行时产生的热量以及在之后承受的冲击力,这些轮对很有可能因为合金结构变化而发生破裂。如果扁疤点非常大,熔融金属可能卡在扁疤一侧,导致滚动面与刹车块之间的间隙不够,从而使车轮无法转动。在此情况下,必须立即更换轮对。在极端情况下,未处理扁疤的车轮可以损坏轨道和导致脱轨。另外,光滑但“失圆”的车轮会随着车轮运行速度加快而产生更大的力,直到该力量变得对钢轨极具破坏性。在极端情况下,这些力量足以损坏已有小裂纹或缺陷的钢轨。

持续注意车轮和车轴状况

纽约的大都会北方铁路就是一个车轮扁疤造成极端情况的典型例子:扁疤在车轴内产生了非常大的“失衡”力量,导致车轴断裂,进而使车轮飞到了哈德逊河里。要是列车从高架桥上经由曼哈顿驶向纽约中央车站时发生以上情况,后果将不堪设想。因此,联邦铁路管理局 (FRA) 命令大都会北方铁路对其车轮进行定期外观检查。这不是一项容易的工作,因为这意味着每天需要检查总共 13 英里的行驶面!

大都会北方铁路没有采用外观检查方法,而是选择分别为曼哈顿的公园大街地下隧道中的四条轨道安装了效率更高的自动检测系统 (AIS) – WheelChex®,该系统由 32 个 Vortok MultiSensors™ 组成;总共安装了 128 个传感器。与使用难以安装且维护量大的粘贴式应变仪的传统 AIS 不同,Vortok 传感器嵌入钢轨并形成一个阵列,以测量各车轮在经过该系统时的力量曲线。通过监测车轮的平均重量和峰值力(冲击力),该力量曲线用于确定各车轮的圆度和平滑度。

“Vortok 传感器嵌入钢轨并形成一个阵列,以测量各车轮在经过该系统时的力量曲线。”

车轮状况的良好测量方法是计算平均负荷与峰值负荷的比率,并以简单的数字形式表示。凡是高于二比一的情况都需要注意并传输给列车维护者,凡是高于五比一的情况都属于紧急情况,此时,需要在确保安全的前提下尽快停止列车。通过将这些信息与车轮数据分析相结合,大都会北方铁路的车轮管理系统能够提前测量车轮扁疤,然后跟踪随着时间推移而发生的任何车轮损坏情况。

在 Vortok 传感器的支持下,WheelChex 系统展现出了可靠性能,因此,大都会北方铁路公司与长岛铁路公司合作发出了建造和交付三个“列车故障探测器 (TFD)”设施的招标书,以在原先成果的基础上增加高温车轮和轴承检测,以及增强的数据分析。Vortok International 获得了这份合同,并将现有 WheelChex 技术与 Progress Rail 的高温轴承和车轮检测系统进行了结合,从而成为美国轨道交通行业内首家将这些测量整合到一个位置的公司。

这款创新型 TFD 系统提供车轮和车轴状况的综合概览,使铁路部门受益于以消息形式提供的运行信息,同时还会在特定车辆可能对基础设施造成危险时予以提醒。通过全新的趋势算法,在最容易发生车轮损坏的秋季,将能够针对落叶提前作出计划并避免一些问题的发生。

这一领域内的创新所催生的解决方案不仅能够克服最初的突出问题,例如在秋季发生的车轮扁疤,而且还可以解决复杂问题,例如高温车轮和轴承检测。有了 TFD 提供的统计数据,铁路部门还可以提前计划物料采购,并获得更好的价格和交付周期。这项技术的发展前景令人非常期待。

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