軌道幾何動態(tài)檢測項目及病害成因分析

【摘 要】近年來，隨著我國鐵路建設的快速發(fā)展以及鐵路精細化管理的推行，對鐵路線路的質(zhì)量提出了更高的要求。因此，加強軌道動態(tài)檢測力度，提高軌道檢測數(shù)據(jù)質(zhì)量，及時掌握軌道質(zhì)量狀態(tài)，正確指導線路養(yǎng)護維修，確保鐵路運輸安全，提升鐵路服務質(zhì)量已成為鐵路工務工作的一項重要基礎工作。本文通過對GJ-6型軌道檢測系統(tǒng)和波形圖的介紹，結合蘭州鐵路局WX999335號軌道檢查車的運用情況，從軌道幾何動態(tài)檢測項目入手，淺析了鐵路線路病害的主要形成因素及消除方法，對提高軌道檢測數(shù)據(jù)質(zhì)量，指導一線對鐵路線路進行科學合理地養(yǎng)護維修具有積極作用。

【關鍵詞】軌道；動態(tài)檢測；波形圖

1.軌道幾何動態(tài)檢測系統(tǒng)測量原理

GJ-6型軌道幾何測量系統(tǒng)使用激光攝像組件測量鋼軌相對于檢測梁的縱橫向位移，使用位移計、陀螺、加速度計等多種傳感器測量檢測梁及車體的姿態(tài)變化，將需要檢測的位移、速度、加速度等物理量轉(zhuǎn)換為相應的電模擬信號，通過信號轉(zhuǎn)接及監(jiān)視單元輸入到信號處理單元。信號處理單元對信號進行放大和濾波處理后，再經(jīng)過信號轉(zhuǎn)接及監(jiān)視單元輸入到數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理計算機，并進行A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換、存儲、濾波、修正和補償處理，最后經(jīng)過綜合運算、得到所需要的軌道幾何參數(shù)，在Waver機上實時顯示軌道幾何波形圖。另外，軌道幾何狀態(tài)參數(shù)通過網(wǎng)絡傳輸給數(shù)據(jù)應用計算機，將軌道幾何參數(shù)和超限數(shù)據(jù)存放到數(shù)據(jù)庫中，同時顯示軌道幾何波形，或顯示超限數(shù)據(jù)并可對超限數(shù)據(jù)進行編輯，形成檢測報表，軌道幾何參數(shù)波形圖和檢測報表可由網(wǎng)絡打印機隨時打印。

2.軌道幾何動態(tài)檢測波形圖

GJ-6型軌道幾何測量系統(tǒng)的測量結果可通過Waver軟件顯示，該軟件以波形曲線的形式實時顯示測量結果，即通常所說的“波形圖”。波形圖可以通過不同的通道實時顯示不同的測量項目和參數(shù)，并可以自定義顯示比例和顯示顏色。歷史檢測數(shù)據(jù)也可以在實時檢測數(shù)據(jù)上重疊顯示，以對同一線路不同檢測時間的檢測結果進行比對，觀察線路病害的整治或發(fā)展情況，可作為現(xiàn)場查找病害的依據(jù)。

3.軌道幾何動態(tài)檢測項目及病害成因分析

軌道的實際幾何測量項目有軌距、軌向、水平、高低和三角坑，其中高低分左高低和右高低，軌向分左軌向和右軌向。同時，系統(tǒng)還可以記錄行車速度、里程、地面標志等信息。在實時動態(tài)檢測的過程中，軌道幾何測量系統(tǒng)對軌道檢測結果進行分析，并根據(jù)軌道動態(tài)管理標準判斷出軌道幾何檢測項目的超限值，即線路病害。每公里扣分可通過超限編輯界面的小窗口顯示，每處Ⅰ級超限扣1分，每處Ⅱ級超限扣5分，每處Ⅲ級超限扣100分，每處Ⅳ級超限扣301分。每公里扣分為各級、各項偏差扣分總和。公里扣分在50分及以內(nèi)為優(yōu)良，扣分51～300為合格，扣分300分以上為失格。

3.1 軌距

軌距是鋼軌頭部踏面下16mm范圍內(nèi)兩股鋼軌工作邊之間的最小距離。軌距的靜態(tài)測量比較直觀，利用道尺就可以逐點測量，但測量效率低，且是軌道在空載情況下的測量結果。GJ-6型軌距測量系統(tǒng)是由激光攝像組件（激光器、攝像機、溫控系統(tǒng)、光學部件等）建立如圖1所示的坐標系，進而推導出鋼軌輪廓上任意一點的坐標（x，y）與其在圖像中的像點坐標（u，v）的對應關系，即

a1.a2，a3，b1，b2，b3，c1，c2為視覺測量系統(tǒng)參數(shù)，通過標定獲取。

通過對視覺圖像處理可得到鋼軌輪廓，進而可以得到鋼軌相對于測量坐標系的橫向、垂向位移，由兩根鋼軌的橫向位移合成軌距。橫向位移和垂向位移分別是測量軌向和高低的重要分量，其數(shù)據(jù)的準確性和軌距標定的準確度及系統(tǒng)的精度有關。

軌距病害主要出現(xiàn)在曲線區(qū)段鋼軌側磨后的大軌距（尤其是小半徑曲線區(qū)段）和道岔區(qū)轉(zhuǎn)折部位的小軌距。圖2為2017年1月12日蘭州鐵路局WX999335號軌檢車動態(tài)檢測蘭新線下行時K936道岔區(qū)的小軌距病害。曲線的鋼軌側磨可以通過調(diào)整合理的曲線超高、鋼軌側面涂油來減少。道岔區(qū)轉(zhuǎn)折部位的小軌距主要是轉(zhuǎn)折部位的拉桿距離偏小造成的。拉桿受氣溫變化而熱脹冷縮，造成拉桿長短變化。所以，冬季道岔區(qū)轉(zhuǎn)折部位的小軌距病害較多，調(diào)整拉桿距離可以調(diào)整軌距大小。

3.2三角坑

三角坑和水平是與高低相關聯(lián)的病害，病害數(shù)值較大時往往同時出現(xiàn)。道岔、道口、曲線和線橋結合部是水平和三角坑病害容易產(chǎn)生的地方。圖3為2017年1月12日蘭州鐵路局WX999335號軌檢車動態(tài)檢測蘭新線下行時K936道岔區(qū)的三角坑病害。此處由于鋼軌垂磨加空吊造成高低超限，并伴隨形成水平和三角坑病害。消除了高低病害，也就消除了水平和三角坑病害。軌枕空吊一般采取搗固道砟來消除，必要時可采取道砟清篩處理。岔心垂磨較大的可采取焊補處理，磨耗嚴重時必須更新。普通道岔岔心部位存在有害空間，輪軌作用時為非連續(xù)性的滾動，車輛通過時車輪對岔心部位產(chǎn)生沖擊作用，加大了岔心磨耗（尤其是垂向磨耗），加上岔心部位的共用性承載頻率高，因此容易造成岔心部位的空吊現(xiàn)象，形成單股鋼軌高低病害，如不及時消除，將加劇岔心磨耗和空吊程度。

3.3 軌向

軌向是在鋼軌內(nèi)側，軌距點沿軌道延長方向的橫向凹凸不平順，由激光攝像組件及慣性組件的輸出計算測得，軌向的濾波原理與高低相同。軌向病害的形成因素很多，尤其在線路曲線區(qū)段的直緩點、緩圓點、圓緩點、緩直點易形成軌向病害，在道岔區(qū)段也容易出現(xiàn)軌向病害。在曲線區(qū)段，由于輪軌的作用力變化較大，易產(chǎn)生曲線橫向滑移和鋼軌側磨，從而形成軌向病害。在道岔區(qū)段，特別是普通道岔的岔心部位和轉(zhuǎn)折部位，因軌距的變化易形成軌向病害。圖4為道岔區(qū)的軌向病害。

3.4 高低

高低是鋼軌頂面沿軌道延長方向的垂向凹凸不平順，由垂向加速度計、垂向位移和滾動速率陀螺儀來測得。垂向加速度計和滾動陀螺測量車體和鋼軌水平（垂向光點）之間的關系。高低和軌向測量采用慣性基準法，檢測原理相同。以高低為例，主要傳感器為加速度計，其信號經(jīng)二階模擬濾波器濾波，計算機采樣后經(jīng)解偏濾波器解偏消除低頻分量，再由數(shù)字濾波器處理后輸出為高低短弦中支距（SMCO）值。由于其值受到了車體滾動、搖頭、離心及重力加速度的影響，因此由水平、曲率測量系統(tǒng)中提供的信息進行修正或補償。修正后的加速度SMCO信號經(jīng)處理得到位移SMCO信號，再與視覺測量法測得的位移信號一起計算出的相應SMCO信號結合，分別得到左、右軌的高低信號。endprint

高低病害主要出現(xiàn)在線橋結合部、曲線、道岔的岔心位置和道口位置。線橋結合部由于路基的結構不同造成地面的沉降不同，從而形成高低病害。曲線區(qū)段由于軌道的承載力不均勻容易形成高低病害。道岔區(qū)段的岔心部位由于承載力比較集中，磨耗大且形成沖擊載荷，容易形成岔心處的鋼軌空吊，從而造成單股鋼軌高低病害，并伴隨出現(xiàn)水平和三角坑病害。

3.5 水平（超高）

超高是軌道同一橫截面上左右軌頂面相對所在水平面的高度差。水平是軌道同一橫截面上左右軌頂面相對所在水平面的高度差，但不含曲線上按規(guī)定設置的超高值及超高順坡量，由慣性組件的輸出量或CAS及位移傳感器的輸出量計算測得。GJ-6型軌道幾何測量系統(tǒng)采用加速度自動補償系統(tǒng)測量水平和超高，測量傳感器主要有傾角計和滾動陀螺，用于測量車體的滾動角。安裝在檢測粱上的慣性組件用于測量檢測梁的運動姿態(tài)。另有檢測梁相對于鋼軌位置的激光攝像組件和測量車體相對于構架位置變化的光電位移傳感器，可以測量車體、構架、軌道相對位置的變化。車輛運行過程中，測量車體、檢測梁姿態(tài)時，考慮了離心加速度、搖頭加速度、滾動加速度、橫向水平位移產(chǎn)生的加速度等因素的修正補償，保證了測量精度。

4.軌道不平順管理標準

我國軌道不平順管理標準分為五級：I級（日常保養(yǎng)） 、II級（舒適度）、III級（緊急補修） 、IV級（限速）、作業(yè)驗收標準。運營維護標準軌道不平順超限共分四級。區(qū)段評價采用區(qū)段軌道不平順偏差等級及個數(shù)、區(qū)段平均扣分、百公里偏差個數(shù)、優(yōu)良公里百分比等評定方法。我國軌道質(zhì)量指數(shù)管理值如下表。

5.結束語

軌道幾何動態(tài)測量是指導線路養(yǎng)護維修的重要依據(jù)，是新線調(diào)試、驗收的主要手段，是高速鐵路管理的重要組成部分。做好軌道幾何動態(tài)測量結果的數(shù)據(jù)和波形圖分析，及時消除線路病害，能有效提高鐵路線路設備質(zhì)量，切實保障鐵路運輸?shù)陌踩?、高速、平穩(wěn)和舒適性。

參考文獻：

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作者簡介：趙旭江（1981-），男，工程師，學士學位，現(xiàn)從事鐵路線路檢測工作。endprint