铁路轨道线路质量动态检测方法的研究

铁路轨道线路质量动态检测方法的研究

江培柱

江培柱青藏铁路公司西宁机务段810006

摘要：轨道线路是高速铁路运输必不可少的组成部分，若出现故障，会影响高速铁路运输的正常安全运行，甚至会造成整个铁路运输的瘫痪。因此，对高速铁路轨道线路质量动态检测方法的研究具有现实意义。文中详细阐述了几种重要的检测方法的理论依据与性能，比较了其优缺点，并对每种检测方法在实际应用中的可行性和效果进行了论述，对我国高速铁路轨道线路质量动态检测指明了未来发展方向。

关键词：轨道线路；动态；检测方法

引言

随着世界高速铁路的快速发展，铁路列车的密度和速度大幅度提高，对轨道线路提出了更高的要求，同时也对轨道线路的动态检测提出了越来越严格的要求。轨道系统是高速铁路运营设备的基础,它直接承受列车荷载，引导列车前行。在列车的动力作用下，轨道会发生一定的弹性变形和永久变形。这种变形的大小是不固定的，它随着列车的速度和质量的不同而变化。因此，轨道几何状态一直处于动态变化中，仅仅依靠人工检查,已经不能全面真实地反映。我国铁路历来重视对轨道的检查和监测，并有完整的检查制度和严格检查标准。我国目前已摆脱人工检测，主要以动态检测为主。动态检测能够快速定期巡查线路，检测出病害区段，主要包括轨检车检测、车载添乘检测以及便携式添乘检测三种。世界各国都在开展各自轨道检测技术，一般情况下，在严格控制线下设备质量和强化轨道结构的基础上，根据高速铁路的运输特点，经过科学研究和系统分析，制定轨道动态检测的专门技术标准。我国也初步形成了国内轨道检测技术体系，使用超限峰值评分法和轨道质量指数（TrackQualityIndex，简称TQI)对轨道状态进行分析、管理和评定。超限峰值评分法是测量轨道各参数每个测点的幅值大小，来判断测点的幅值是否超过管理，并根据超限的不同等级进行扣分。本文主要对目前的动态检测方法进行详细分析,并比较各种方法的优缺点。

1轨检车检测方法

目前国际上轨检车采用的轨道动态检测主要有激光伺服技术和激光视像技术两种,本文将对两者检测方法进行概略性的阐述,分析两者之间的差异和优缺点。目前我国形成了铁路总公司、地方铁路局两级轨道检查体系，都釆用激光伺服技术和激光视像技术，检测周期根据不同的速度等级和轨道平顺状态而定。目前武汉铁路局管内京广高铁武广段每个月检查两次，沪蓉线合武段每个月检查两次。

1.1激光伺服技术

目前国内使用的轨检车主要采用的是构架式光电伺服测量装置，俗称GJ-4型检测系统，该系统属于捷联式检测系统。系统将所有传感器信号经过模拟信号预处理后直接由A/D转换成数字信号，然后进入计算机数据处理系统，根据数学模型进行信号解偏、修正、补偿、滤波、合成，计算出轨道几何参数，同时进行检测数据统计分析、摘取超限值、打印报表、存贮显示。在TGMS系统中使用了基于视像的传感器探头。每个传感器设置为从钢轨一侧测量钢轨横断面的边界。轨顶点的高度和轨距点间的水平距离可以从朝向轨距点的传感器探头输出获得。每根钢轨上方的探头将探测每根钢轨相对于检测梁的垂直和水平位置。所测得的参数在检测梁内部的惯性包内整合,并最终计算出所有的轨道几何参构架式光电伺服测量装置

1.2激光视像技术

激光视像检测系统是目前国际上轨道检测的新一代产品，采用构架式激光视像测量装置。其轨道几何参数测量是由一个图象基准的钢轨位置和下面所描述的钢轨断面系统所提供。左、右钢轨的图象传感器安装在检测梁上，保持固定的相对几何位置。利用光电传感器感受轨道位移变化，并输出相应电压信号。该信号经过一系列电子处理后，驱动伺服马达转动，并通过滚珠丝杠副的转动推动光电传感器去跟踪钢轨的变化，同时带动位移传感器转动，测量出光电传感的跟踪距离，并根据这些参数来计算所有的轨道几何参数。装置的主要部件是图像传感器，包含一个激光平面发生器和两个数字照相机。

2车载添乘检测方法

车体振动加速度是轨道不平顺激扰引起的车辆响应，振动加速度大小与人的舒适性感觉和行车安全都有密切关系。为了确保列车平稳舒适和行车安全，弥补轨道检查车对各种复合不平顺的检测评定尚不成熟、检测周期较长等不足。国内外用来测量车体垂向振动加速度的频率范围多为0~20Hz，测量车体横向振动加速度的频率范围为0~10Hz。

目前有单位研制开发了基于车载添乘检测的机车车载式添乘仪，由安装在机车上的监控装置和地面接收系统组成。列车运行过程中由于线路不平顺引起机车振动，产生水平、垂直两个方向的加速度。车载添乘仪根据水平、垂直加速度大小来综合判定线路的质量状态。原理是通过车载检测设备动态测量机车车体的垂直、横向加速度，综合集成机车监控TAX平台公共信息（如时间、公里标、速度等），经过特殊的信息处理技术和模式识别来消除机车特性及振动的影响，准确检测、记录轨道线路的动态变化情况。机车车载式添乘仪的传感器是固定在机车上的，因此可以实现对线路较高频次的自动检查。目前武汉铁路局管内实现了车载设备全覆盖，主要干线每天检测至少一次，支线每周至少检测一次。

3人工添乘检测方法

人工添乘检测方法的实现方法是便携式添乘仪的研发。目前，安装在机车上的便携式添乘仪已达1300多台，覆盖了六大铁路干线，可实现每天对六大干线进行一遍动态检查。便携式添乘仪与车载添乘仪原理基本相同。它通过对车体振动数据的实时采集、记录和运算，量化判断线路状况，直观（图形化）反映检测结果。便携式添乘仪较车载添乘仪的优点是里程、速度、行别等线路信息可随时调整，能进行波形回放，可根据需要对重点线路地段进行检测，操作方便快捷，门限值可随时调整。

4总结

本文详细综述了高速铁路轨道线路质量动态检测的主要方法，详细分析了传轨检车检测、车载添乘检测以及便携式添乘检测等方法的基本原理，并比较了各种方法的优缺点和非检测区的大小。便携式添乘仪在动态监控线路状态方面发挥了重大作用，能够较好地识别线路存在的较大问题。为便携式添乘仪设定合理的门限值，有利于线路状态的监控，添乘仪的检查数据可以有效指导线路的养护维修。人工添乘仪携带方便、使用灵活，在一定程度上弥补了轨检车两次检测间的监测真空，但存在需要专人操作安装，花费较多的人工，公里标定位较为困难以及精度较低等因素的影响，也不能满足现场生产的需要。轨检车检测方法的两种轨道检测技术都能满足基本的轨检需求。其中激光视像技术先进，抗干扰性能较好，测量精度高，产品基本实现了模块化，还可以提供钢轨全断面测量、波磨测量，适用于高速铁路或对线路状态要求较高的轨道检测。激光伺服技术较原先GJ-3型有了较大提高，通过国内铁路长期实际使用，亦证明该方法可靠实用，比较适用于检测中高速以下线路。基于激光视像技术的铁路轨道线路质量动态检测方法具有很大的发展前景，随着轨检技术的不断发展，激光像技术终将替代激光伺服技术，因此在资金许可情况下,可以优先考虑采用激光视像技术。基于激光视像技术的铁路轨道线路质量动态检测将是未来发展的一个新方向。