一种接触网作业车制动闸瓦温度监测与报警系统

2022-05-24王文斌

机械工程与自动化 2022年2期

王文斌,冯莉

(太原中车时代轨道工程机械有限公司，山西太原 030027)

0 引言

近年来，我国铁路建设得到了蓬勃发展，营运里程不断增加，铁路检修工作日益繁重。接触网作业车作为铁路供电系统施工、维修的主要行车设备，为了保证其使用安全，铁路部门采取了各种强化措施。车辆在长大坡道行车时，制动可靠性一直是困扰乘务员的一个问题，制动闸瓦作为制动系统的重要组成部分，其温度状态直接影响车辆的制动性能，从而影响行车安全。通过在车下轮对附近增加监测装置，实现闸瓦及轮对区域的温度监控，可以提醒司机在长大坡道带闸操作或长时间制动时，避免出现车轮及闸瓦过热，提高了行车及制动的安全性。

1 接触网作业车制动闸瓦温度监测与报警系统的组成及工作原理

接触网作业车制动闸瓦温度监测与报警系统主要由红外测温仪、信号采集模块、显示屏和电缆组成，如图1所示。红外测温仪安装在转向架上，每个转向架上配置4路测温仪，整车共8路。Ⅰ端和Ⅱ端司机操作台内各配置一套4路温度采集模块，可直接采集红外测温仪输出的电流模拟信号，并通过通信网络将温度信号传输给显示屏实时显示。显示屏通过安装座固定于司机台台上，显示集中直观，便于司机观察。

图1 制动闸瓦温度监测及报警系统组成

该温度监测及报警系统的工作原理是：利用安装在转向架轮对制动闸瓦附近的红外测温仪实时监测制动闸瓦与车轮摩擦面侧缝附近的温度(间接反馈闸瓦温度)；安装在驾驶室内的温度采集模块采集测温仪测量的温度信号并实时显示；当闸瓦实际温度达到预设的过温报警值时，该装置输出报警信号，显示模块提示相关报警信息。

2 制动闸瓦温度监测及报警系统组成部件设计选型

2.1 测温仪

接触网作业车闸瓦标准报警温度为300 ℃，温度测量点为闸瓦与轮毂的结合面侧缝。采用西安固泰测温仪有限公司生产的C-350-0-B型红外测温仪，其外形及尺寸如图2所示，基本参数如表1所示，电气参数如表2所示，测量参数如表3所示。

图2 C-350-0-B型红外测温仪

表1 C-350-0-B型红外测温仪基本参数

表2 C-350-0-B型红外测温仪电气参数

表3 C-350-0-B型红外测温仪测量参数

红外测温仪是一种光电子测温仪，它可以不接触目标而通过测量目标发射的红外辐射强度计算出物体的表面温度。非接触测温是红外测温仪最大的优点，用户可以方便地测量难以接近或移动目标的温度。红外测温仪一般使用波长为0.8 μm～18 μm范围内的红外辐射能量。

图3为C-350-0-B型红外测温仪的测量光路，可以看出，被测目标的尺寸和红外测温仪的光学特性决定了被测目标和测量头之间的最大距离。为了避免测量误差，被测目标应尽量充满探测头的视场。因此，应保持被测点始终小于被测物体或至少与被测目标相同尺寸。

图3 C-350-0-B型红外测温仪的测量光路

另外，根据闸瓦的磨损情况，应当定期调整校准测温仪的测温点，使测量区域的圆心保持在闸瓦与车轮踏面的摩擦结合面侧缝上。

车轮闸瓦附近的被测点为制动闸瓦和轮毂结合面的侧部，不考虑磨损时，轮毂侧面的最大宽度约为48.5 mm；考虑最大磨损量(27 mm)时，轮毂侧面的最大宽度约为21.5 mm。根据最大磨损的情况进行估算，被测点到测温仪安装点的距离不宜超过300 mm。

2.2 温度采集模块及显示屏

温度采集模块可直接采集红外温度探头的电流模拟信号，每个温度采集模块有4路模拟信号输入的数据采集接口，同时具有DC24 V电源输出接口,为测温仪提供DC24 V电源，并具有网络通信功能。

显示屏选用7英寸触摸式液晶显示屏，具有较强的抗电磁干扰能力，可实现温度信号的实时显示和超温报警功能，同时还具有温度记录及报警记录存储功能。

两套温度采集模块和显示屏可联机工作，Ⅰ端和Ⅱ端显示屏均显示8个采集点的温度。显示屏主界面如图4所示。

图4 显示屏主界面

3 测温仪的安装

红外测温仪的安装应尽量考虑测量点的可调整能力，便于在产品调试过程中根据实际情况来调整温度测量点的最佳位置和角度。本测温仪的安装位置为车底接近制动闸瓦的转向架侧壁上，如图5所示。红外测温仪安装时主要由两个M18×1的螺母夹固在安装支架的安装孔上。安装与调整被测目标与测量头时，必须确保光路无遮挡。

图5 红外测温仪安装位置

在安装红外测温仪时，为了保证辅助安装人员将测量头对准测量部位，因此需要安装校准器，校准器及校准方法如图6所示。校准器的圆环表面自带两个红点发射源，其中心位置即测温仪测量区域中心。使用时，将校准器套装在测温仪探头前端部位，校准器上自带开关与电池盒，安装时需要调整测温仪位置，保证检测区域应在校准器发出的两个红外红色圆点中间。