轨道检测技术原理及应用培训教程

轨道检测技术原理及应用培训教程中国轨检车的发展史1953年第一代机械式轨检车80km/h弦测法，用钢丝绳，三轴转向架1970年第二代TSK15型电子轨检车100km/h弦测法，用旋转变压器，三轴转向架1985年第三代GJ-3型轨检车120km/h惯性基准原理、无接触方法，分离式1996年第四代GJ-4型轨检车160km/h惯性基准原理、无接触方法、捷联式、双微机我国自主研发轨检车我国引进轨检车1968~1991年从美国ENSCO公司引进轨检车120km/hXGJ-1型轨检车1993~1996年美国ENSCO公司160km/hXGJ-1型2001至今，美国ImageMap160km/h、200km/h，GJ-5型轨检车早期的弦测法原理轨检车早期轨检车利用车轮和测量轮的位移拉动钢丝绳和弹簧，经滑轮、杠杆的导向和计算，在通过拉条带动圆珠笔实现检测波形输出。是一种简易机械式检测车，检测项目少、精度低。中期由旋转变压器输出电压，通过电路计算和传导检测信号，运用磁笔记录仪输出检测波形。是一种简易电气式检测车。惯性基准法原理轨检车：为消除弦测法原理检测数据存在失真的影响，轨检车技术不断更新。将惯性基准引入轨检车技术中，伴随电子技术、计算机技术发展。采用CP-3、DCZ4、电平调节、速度里程等装置，由PC机进行数据处理合成输出检测结果。1986年研制成功GJ-3型轨检系统。我国于1986年成功引进美国ENSCO公司的轨检设备，将激光、伺服、陀螺、电磁、小型计算机技术引入到轨检车中。由此带动了我国轨检车技术的进步和发展。在引进、消化吸收的过程中，经过几年进口设备国产化的开发研究，1993年成功研制出目前全路广泛使用的主型轨道检测设备GJ-4型轨检车。为适应我国提速、高速发展需要，采用当今高新检测技术，弥补以前轨检车的检测缺陷，将激光、图像处理、计算机网络技术应用于轨检车，2002年引进美国ImageMap公司检测设备，成为目前技术领先、功能强大的国内一流GJ-5型轨检车。轨检车检测设备结构图检测坐标系的定义轨检车检测项目正号定义轨检车正向：检测梁位于轨检车二位端，定义二位端至一位端方向为轨检车正向，轨检车行使方向与轨检车正向一致时为正向检测，反之为反向检测。轨距（偏差）正负：实际轨距大于标准轨距时轨距偏差为正，反之为负；高低正负：高低向上为正，向下为负；轨向正负：顺轨检车正向，轨向向左为正，向右为负；水平正负：顺轨检车正向，左轨高为正，反之为负；曲率正负：顺轨检车正向，右拐曲线曲率为正，左拐曲线曲率为负；车体水平加速度：平行车体地板，垂直于轨道方向，顺轨检车正向，向左为正；车体垂向加速度：垂直于车体地板，向上为正。轨检车动态检查项目轨道不平顺动态检查的主要设备是轨道检查车，检查包括轨道动态不平顺和车辆动态响应。中国轨检车检查项目主要包括左右高低、左右轨向、水平、三角坑、曲线超高、曲线半径、轨距、车体水平和垂直振动加速度、左右轴箱垂直振动加速度等。轨检车根据轨道动态不平顺和车辆动态响应综合评价轨道状态。新型轨检车还增加了钢轨断面、波磨、断面磨耗、轨底坡、表面擦伤、道床断面、线路环境监视等项目检测。轨道不平顺定义：轨距点“线规”规定实际钢轨顶面以下钢轨内侧16mm处轮轨接触点。目前轨检车检测的是16mm点轨道不平顺定义：轨距同一轨道横截面内左右钢轨两轨距点之间的最短距离。目前轨检车检测16mm点间距离。轨道不平顺定义：轨向钢轨内侧轨距点垂直于轨道方向偏离轨距点平均位置的偏差。分左右轨向两种。轨向也称作方向。轨道不平顺定义：高低钢轨顶面垂直于轨道方向偏离钢轨顶面平均位置的偏差。分左右高低两种。轨道不平顺定义：水平、超高中国水平：同一轨道横截面上左右钢轨顶面所在水平面的高度差。不含圆曲线上设置的超高和缓和曲线上超高顺坡量。UIC水平Ⅲ型轨检车车相对水平超高：曲线地段外轨顶面与内轨顶面设计水平高度之差。轨道不平顺定义：三角坑轨道平面的扭曲，沿轨道方向前后两水平代数差。也称作扭曲轨道不平顺定义：复合不平顺在轨道同一位置上，垂向和横向不平顺共存时称为轨道复合不平顺。目前主要指轨向不平顺与水平不平顺组合的逆向不平顺。复合不平顺的计算如下：复合不平顺＝∣X-1.5Y∣式中:X为轨向不平顺值；Y为水平不平顺值。水平为正，轨向为负，不利情况轨道不平顺定义：钢轨断面磨耗垂直磨耗：标准钢轨断面宽度内侧1/3处实际钢轨垂向磨耗。侧面磨耗：标准钢轨顶面以下16mm处实际钢轨垂向磨耗。总磨耗：垂直磨耗+1/2侧面磨耗垂直磨耗侧面磨耗轨道不平顺定义：钢轨波磨波形磨耗是指钢轨顶面上出现的波状不均匀磨耗。按其波长分为短波（或称波纹型磨耗）和长波（或称波浪型磨耗）两种。波纹型磨耗为波长约50～100mm，波幅0.1～0.4mm的周期性不平顺；波浪型磨耗为波长100mm以上，3000mm以下，波辐2mm以内的周期性不平顺。新增评分项目轨距变化率曲率变化率横向（水平）加速度变化率轨距变化率只要满足列车通过条件连续不变轨距小轨距有利车辆动力性能。轨距检测受标定误差影响，常产生检测系统误差。由相隔2.5m的两点实际测量的轨距差除以2.5m得到。选择2.5m主要考虑车辆轴距和滤波。轨距变化率直接影响轮轨接触几何，危机行车安全和舒适性。曲率测量方法曲率是以列车走行的单位距离轨道的方向角的变化表示。即：由摇头陀螺陀螺可以测量摇头速率vvdsddsdtdtddsdZbbb1曲率变化率目前轨检车是由相隔18m的两点实际测量的曲率差除以18m计算得到。选择18m主要考虑车辆定距和滤波。曲率可以通过测量20m正矢得到，简化近似公式为：，C为曲率(1/m)，δ为20m正矢(mm)。曲率变化率静态测量时，基长取20m，则曲率变化率为:。即弦长20m正矢变化为1mm时，曲率变化率为。这只是简单计算，还要做些数据处理，消除测量误差和不需要的成分。曲率变化率主要考虑直线段长波长轨向和曲线段曲线不圆顺，是舒适性控制指标。620,10CR610δC＝－5102横向（水平）加速度变化率由相隔18m的两点实际测量的横向加速度差除以18m走行时间。选择18m主要考虑车辆定距和滤波。是舒适性控制指标。轨检车地面标记识别轨道上的道口、道岔、桥梁、轨距拉杆等会含有金属部件，安装于轨检梁上ALD传感器可以探测到这些金属部件，其输出的信号可以和里程、轨道不平顺同步显示在轨道检测波形图上。由于道口、道岔、桥梁、轨距拉杆等会含有金属部件大小、形状、位置不同，ALD信号反应就有所区别。因此根据ALD信号特征可以识别就可以道口、道岔、桥梁、轨距拉杆位置，根据这些位置可以方便准确地找出轨道病害的位置。实际应用时可以结合曲率和超高波形图来共同确定轨道病害位置。设备ALD信号图例单开道岔复交道岔桥梁道口道岔区ALD信号特征轨检车直向或侧向过道岔时，安装在轨检梁上的ALD传感器经过转辙器尖轨拉杆和导曲线钢轨或连接部分直股连接钢轨产生高电压信号。拉杆较细，ALD反应持续时间短，ALD信号表现为两根小刺；导曲线钢轨和连接部分直股连接钢轨较粗，ALD反应持续时间较长，同时ALD通过轨迹斜交钢轨，因此ALD经过导曲线钢轨和连接部分直股连接钢轨时产生等边梯形信号曲线桥头ALD信号特征轨检车通过桥时，安装在轨检梁上的ALD传感器在通过桥两头护轨梭头时产生感应产生一对高电压信号，并且当ALD传感器偏离轨检梁中心较大时ALD还能感应到桥梁护轨产生高电压信号。护轨处ALD信号波动是由于检测梁随转向架横向摆动引起ALD与护轨距离变化产生的。现在许多新建桥梁无护轨，这时桥梁位置较难识别。桥头常见的轨道不平顺超限是路桥过渡段不均匀下沉产生的高低超限，特别是长波长高低不平顺超限。平交道口ALD信号特征平交道口处在轨道中心一般有钢筋混凝土板和其钢板约束，当ALD传感器从上面经过时产生感应，产生高电压信号。平交道口日常较难维修，因此产生空吊，道口常见的病害是三角坑和轨距，但有时因平交道口处因泥土覆盖在轨距点上产生虚假的小轨距超限。电容枕ALD信号特征当ALD传感器通过电容枕时产生感应，产生高电压信号，但持续时间较短，当ALD增益调节恰当时能检测到电容枕位置。电容枕一般等间距布置，根据电容枕位置也可以确定轨道病害确切位置。曲率超高特征曲线根据病害相对于曲线距离确定轨道病害位置。按列车行进方向曲线分左右曲线，右曲线超高曲率均为正，即左轨高。超限编辑在轨检车检测过程中，由于传感器、天气和数据传输等原因产生轨道不平顺常常存在异常值，同时由于标定误差和惯性包漂移等原因使得水平和轨距信号产生基线偏移，影响了计算机自动超限判断，因此在轨道检测过程中需要对异常超限进行编辑。我国轨检车目前正在使用的轨检车有GJ-3、GJ-4、GJ-4G和GJ-5型轨检车几种，不同的类型的轨检车检测方法不同，因此出现的异常超限现象不尽相同。随着GJ-5型轨检车的迅速普及，GJ-5型轨检车已成为轨道动态检测的主要工具。下面结合GJ-5型轨检车检测波形简单介绍异常值超限编辑方法。道岔区处异常轨道不平顺编辑对于固定性辙叉，轨检车通过叉心有害空间时，钢轨实际作用边不连续，对于图像测量方法，检测的轨距点和高低点实际根据有害空间处翼轨计算得出，因此轨距、水平、三角坑和一单侧钢轨高低轨向出现尖刺，此时出现的超限在编辑时应予删除。对于GJ_4(G)型轨检车，高低仍采用接触式测量方法，车轮通过有害空间时，由于车轮半径较大，轨检车检测的高低、水平和三角坑不平顺波形连续正常，这时激光点打到翼轨上，单边轨距异常，因此要删除该位置的轨距和一单侧轨向不平顺超限。对于可动心轨道岔，辙叉区无有害空间，检测结果正常，一般不用编辑。尖轨处异常轨道不平顺编辑尖轨处因基本轨刨切或轨检车通过时尖轨与基本轨不密贴，检测轨距和一单侧轨向波形不连续，这时相应产生的轨距和轨向异常超限应予删除。对于9和12号道岔尖轨处的轨距加宽量，轨检车由于无法自动识别道岔类型并没有消除，这种原因引起的轨距超限应考虑实际的轨距加宽量进行人工编辑。低速侧向过岔轨向超限编辑轨检车低速侧向通过道岔导曲线时，由于导曲线不设超高，超高通道信号较小，但导曲线一般半径较小，曲率信号较大，因此结合ALD信号比较容易确定侧向过叉位置。同时由于没有设超高和导曲线半径较小，惯性包内轨向加速度变化较大，轨向平衡能力差，又由于滤波原因把小半径曲线的部分成分当作轨向输出，因此低速侧向道岔时的轨向超限应予删除。小半径曲线轨距编辑按“线路维修规则”，300~349m的小半径曲线轨距加宽为5mm，200~299m的小半径曲线轨距加宽为15mm。轨检车在检测小半径曲线时，轨检车根据测量的曲率自动识别曲线半径，根据半径大小考虑扣除加宽量然后在进行超限判断，但实际曲率测量总会有误差，如300~349m以内的当作300m半径以下的曲线时，轨距就多扣除10mm，容易误判为小轨距，因此编辑时应删除。波形图上轨距为实际轨距偏差，并没扣除加宽量的影响。运基线路[2007]350号文对曲线设置有了新的规定。设备故障引起的孤立超限判断方法孤立的轨道不平顺主要因为图像干扰引起，一般由于只是单侧钢轨断面受到干扰，其特征主要表现为轨距、水平、三角坑和单侧高低和轨向同时出现尖刺，而对应的加速度信号并无明显反应，这种超限应予删除。车体加速度辅助判断方法一般大的轨道不平顺都可能引起较大的车体加速度响应，但受到列车速度的影响不同波长的轨道不平顺在不同速度下引起的车体加速度也不相同。一般情况高低和车体垂向加速度、轨向和车体水平加速度相关性较好，特别是轨道不平顺波长与车体敏感波长一致时，轨道不平顺与车体加速度能一一对应，只是相位不同。因此，利用车体加速度可以辅助评判超限正确性，以利于超限编辑。阳光干扰对于采用图像处理轨道检测系统，当阳光照射在激光切割断面上时，将引起图像处理困难，很难识别实际的钢轨轮廓，使得检测波形出现剧烈变