轨道检查列车的现状及发展趋势

1、轨道检查列车的现状及进展趋势张育飞2007-11-5目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc182107488 第一章 绪论 PAGEREF _Toc182107488 h 3 HYPERLINK l _Toc182107489 第二章 国外轨道检查车技术 PAGEREF _Toc182107489 h 4 HYPERLINK l _Toc182107490 2.1 日本Easti综合检测列车 PAGEREF _Toc182107490 h 4 HYPERLINK l _Toc182107491 2.2 美国Ensco和ImageMap公司轨检车 PAGEREF

2、 _Toc182107491 h 5 HYPERLINK l _Toc182107492 2.3 奥地利Plasser公司EM250型轨检车 PAGEREF _Toc182107492 h 5 HYPERLINK l _Toc182107493 2.4 德国OMWE和RAILAB轨检车 PAGEREF _Toc182107493 h 5 HYPERLINK l _Toc182107494 2.5 意大利“阿基米德号”综合检测列车 PAGEREF _Toc182107494 h 6 HYPERLINK l _Toc182107495 2.6 法国MGV综合检测列车 PAGEREF _Toc182

3、107495 h 7 HYPERLINK l _Toc182107496 第三章 我国的轨道检测车 PAGEREF _Toc182107496 h 8 HYPERLINK l _Toc182107497 3.1 GJ-3型轨检车 PAGEREF _Toc182107497 h 8 HYPERLINK l _Toc182107498 3.2 GJ-4型轨检车 PAGEREF _Toc182107498 h 8 HYPERLINK l _Toc182107499 3.2.1 GJ-5的原理及应用 PAGEREF _Toc182107499 h 18 HYPERLINK l _Toc18210750

4、0 3.2.2 GJ-5型软件的自主研发 PAGEREF _Toc182107500 h 19 HYPERLINK l _Toc182107501 3.3 轨检车的应用情况及优缺点 PAGEREF _Toc182107501 h 22 HYPERLINK l _Toc182107502 3.3.1 上海局的治理 PAGEREF _Toc182107502 h 22 HYPERLINK l _Toc182107503 3.3.2 济南局的治理 PAGEREF _Toc182107503 h 23 HYPERLINK l _Toc182107504 3.3.3 TQI指数的优缺点 PAGEREF

5、_Toc182107504 h 25 HYPERLINK l _Toc182107505 3.4 我国轨检车技术进展方向 PAGEREF _Toc182107505 h 27 HYPERLINK l _Toc182107506 3.5 轨检车进展趋势 PAGEREF _Toc182107506 h 29 HYPERLINK l _Toc182107507 第四章 结论与建议 PAGEREF _Toc182107507 h 31 HYPERLINK l _Toc182107508 4.1 运用综合检测列车是必定选择 PAGEREF _Toc182107508 h 31 HYPERLINK l _

6、Toc182107509 4.2 提高检测可靠性是轨道动态检测技术的进展方向 PAGEREF _Toc182107509 h 32 HYPERLINK l _Toc182107510 4.3 建立科学合理的轨道动态检测评价体系 PAGEREF _Toc182107510 h 34 HYPERLINK l _Toc182107511 致 谢 PAGEREF _Toc182107511 h 36 HYPERLINK l _Toc182107512 参考文献 PAGEREF _Toc182107512 h 37第一章 绪论轨道检测的设备要紧是轨检车。我国XGJ-1准高速（1410m/)轨检车可检测1

7、3项内容,包括:左右轨的前后高低、左右轨的轨向、水平、左右轨的不平顺、曲线外轨超高、曲线半径、轨距、线路扭曲、车体水平和垂直振动加速度、左右轴箱垂直振动加速度等。除检测轨道几何形位外，还能够从轮轨相互作用和行车平稳性等方面对轨道状态作出综合评价。轨检车由检测装置和数据处理系统两大部分组成。检测装置包括:惯性基准轨道不平顺测量装置、光点轨距测量装置和多功能振动测量装置等。数据处理系统包括:模数转换器、计算机、打印机等组成。轨距检测采纳光电式轨距测量装置,应用光学、磁学和电学原理，通过不同的传感器把轨距几何量值的变化转换成电容、电感和电流或电压等电气参数的变化，实现动态条件下轨距的无接触测量，这种

8、测量方法不仅适用于常速轨检车，在高速轨检车内也普遍适用。测量前后高低和左右水平常，采纳惯性基准轨道不平顺测量装置。该装置应用质量-弹簧-阻尼系统构成惯性基准，对轨道不平顺和水平进行测量。车体和轴箱振动加速度检测采纳多功能振动测量装置。轨检车载数据处理系统能对测试结果进行实时处理。由各检测装置测得的模拟信号通过模数转换器转化为数字信号,输入计算机进行分析和处理。处理结果打印成图表，给出某段线路上各检测项目的平均值、标准值、各级超限峰值几最大超限值、累计超限罚分值等。同时,模拟信号还被记录在波形记录仪或模拟磁带机上，供进一步分析和处理用。发达国家大多数拥有自己研制生产的中高速或高速轨检车。在高速轨

9、检车内，激光、数字滤波及图象处理技术得到广泛应用,以计算机为数据处理主体，对轨检信号进行模拟与数字混合处理,确保检测结果不受轨检车运行速度和运行方向的阻碍。与发达国家相比,我国轨检车的性能和应用标准还存在一定差距，要紧表现在:尚没有高速轨检车,现有的准高速轨检车也要紧靠引进国外技术制造；部分关键传感器未能国产化;对轨检车的检测数据还不能充分利用。这些差不多上急待研究和改进的地点。第二章 国外轨道检查车技术2.1日本sti综合检测列车Est是日本完全利用其国内技术开发的综合检测列车,由6辆检测车组成，能够检测轨道几何参数、接触网、通信信号、轮轨作用力、环境噪声等，最高检测速度可达 275km/h

10、。该轨道检测系统安装在列车的第号车辆上，那个车辆采纳了与实际运行车辆相同的两个二轴拖动转向架结构。Eat-综合检测列车可在一次运行过程中实现对线路的综合检测功能，但各检测项目之间的检测数据并不综合到一个统一的中心，各检测单元有各自独立的数据显示、记录、转储和地面分析、处理、维护治理决策等系统,全系统仅有位置、时刻和速度是统一的。图2-1 日本asti综合检测列车 Est-综合检测列车是相对成熟的产品，在保障日本高速铁路的运行安全中发挥了重要的作用。其轨道检测方法为弦测法，而目前国内轨检车和世界绝大多数国家轨检车普遍采纳惯性基准法，在测量原理上采纳两种不同的技术路线。一般认为，弦测法传递函数收敛

11、性差,Eas-i采纳了相应的修正方法。由于弦测法不能全部真实反映轨道状况，在复原及逆滤波处理时仅能换算到40 波长的测值,因此该方法存在一定的缺陷。惯性基准法受速度阻碍较大，不适宜低速检测，在高速时更具优势。另外，Easti整套设备及软件均为日本的品牌和自主开发的产品,与我国设备和软件的兼容性差,不利于系统的后续使用和二次开发。. 美国Ens和Imgeap公司轨检车美国各铁路公司均拥有自主研发的轨检车，美国联邦铁路署还托付Eco公司研制了技术先进的T10型轨检车，用于抽查各铁路公司的线路质量。10型轨检车采纳惯性基准测量原理和非接触式测量方法,应用光电、伺服、数字滤波、局域网技术，最近还增加了

12、钢轨断面测量系统,使轨检车的功能更加齐全,检测速度可达192km/h。Imaeap公司研制的Laserail轨道测量系统采纳激光摄像、高速图像处理技术取代了光电伺服技术,体现了轨道检测技术的进展方向。它采纳惯性基准原理、非接触式测量方法，系统包括两个光纤陀螺和两个加速度计及其模拟处理板,4个激光器、1台摄像机等,可测量轨距、左右轨向、左右高低、超高、水平、三角坑、曲率、钢轨顶磨和侧磨等。检测速度可达30m/h。.3 奥地利Passer公司E-25型轨检车为适应奥地利高速铁路的检测需要，奥地利EM0型轨检车检测速度为5km/h，其要紧技术特点是采纳惯性基准原理、光电转换技术和多处理技术等,除了测

13、量轨道几何参数和车辆振动参数外，还能测量钢轨断面、轮轨作用力并记录环境图像EM250 型轨检车有两种途径评定轨道质量:1)采纳ADA- 程序来获得轨道质量系数,评定轨道区段的整体不平顺状态;2）采纳DA-程序来推断超过规定限界值的幅值大小，并对不同等级轨道病害进行分类和统计并能及时发觉危及行车安全的轨道病害，又能评定单元区段的线路质量。 德国OMW和RALAB轨检车德国WE轨检车和RAIAB轨检车的技术特点是在车下建立测量框架，在车内安装与框架相连的三轴稳定性平台，采纳3个陀螺和3个伺服加速度计组成了惯性导航系统，为轨道几何参数的测量构建了惯性平台，结合安装在测量框架上的光电传感器，测量相对平

14、台的位移量,经计算机处理合成即可得出轨道的高低、水平、轨向值。检测速度可达30m/h。轨道质量状态的评定方法包括:摘取超限峰值，推断和统计超过A、B、 三个等级的个数和长度，以及计算50m区段的轨道质量指数I、起拨道指数和捣固指数。5意大利“阿基米德号”综合检测列车“阿基米德号”综合检测列车又称 Rogr2，是 MER ME公司和TECNOGMMA公司为意大利铁路设计制造的，检测速度可达20km/h。检测项目包括轨道几何参数、钢轨断面、钢轨波浪磨耗、接触网及受流状态、通信和信号、车体和轴箱加速度、轮轨作用力等。车内有57台计算机,每秒钟可处理0G数据,有24个激光器、43个光学摄像传感器、47

15、个加速度计以及大量的强度速度、定位以及温度传感器，以及用于航空电子领域的惯性平台。图2-2 意大利“阿基米德号”综合检测列车意大利高速铁路使用“阿基米德号”综合检测列车差不多形成了一整套检测和维修养护体制。综合检测列车各子系统有独立的存储数据库,在速度、时刻、空间上保持同步，所有子系统的检测数据集成到车载中央数据库,由中央数据库将数据通过无线网络传输到地面的R数据处理中心进行综合分析、比较,从而制定科学的维修保养打算，指导养护维修。其轨道检测在较低速度时采纳弦测法，在较高速度时采纳惯性基准法,较好地发挥了两种测量原理的优势。2. 法国综合检测列车目前在法铁的线路上要紧应用着三种检查车,分不为M

16、auzn、lene和Musin。Muin要紧用于轨道几何参数的检测,能够检测轨面高低、断面、方向、扭曲、轨距等项目,采纳13m和5m弦，检测速度能够达到200km，目前在法铁的高速线上有辆Main,每年对线路检测23次。elen要紧用于信号的检测，能够测量轨道电路中电流的强度、纵横向交叉对话、轨道的横向阻抗等,检测速度20km/,每两个星期对线路检测一次。Melusi要紧用于检测列车的舒适度以及钢轨断面的绘制，能够测量列车的位置和速度、转向架和车体的加速度、受电弓、钢轨表面、接触网电流等到项目,检测速度30km/h，每1到30天对线路进行一次检测。M是专为法国高速铁路研制的综合检测列车，该列车

17、的要紧特点是集成以上各系统,并实现检测速度达到32m/h，如此在正常运营（发车间隔34分）的情况下就能够对线路设备进行检测,轨道几何的检测实现无接触化。在MGV检测列车中采纳采纳法国既有成熟的动力集中式GV动车组，节车辆的编组:Coach ：用于测量车体、轴箱等加速度，测量钢轨断面并进一步计算轨道的几何形位；Coach2:用于接触网检测,受电弓接收到的电流、弓网的动力学参数以及磨耗情况;Cac 3:用于信号检测，信号的传播、信号传播的速度、同轨道的固定接触; Coac ：其它杂项，如列车与轨道的通话,S,列车定位、列车速度、风力等。其它车辆分不由餐车、卧铺车等组成。该车检测项目比较齐全，几乎包

18、括了从接触网及受流状态、通信信号、轨道几何、钢轨断面、钢轨表面、线路环境数字图像、扣件、轨枕、道碴等各项基础设施和运行状态。第三章 我国的轨道检测车随着我国铁路提速战略的实施，对列车的安全、舒适性提出了更高的要求,同时运行速度的提高和重载列车的开行，对轨道的破坏作用加大，导致轨道状态的恶化加剧。因此，加强轨道动态检测力度，及时掌握轨道质量状态，正确指导线路养护维修,确保铁路运输安全，已成为铁路工作中的一项重要基础工作。截至004年底，中国铁路现役轨检车按检测系统类型划分为四类共计26辆:J-型(7辆）、GJ型（12辆）、GJ-4G型(1辆)、J-5型（6辆）；按车辆速度等级划分为:20k/h

19、等级(1辆）、10kmh 等级(12辆）、160mh 等级（3辆)。31G-型轨检车G-3型轨检车的技术特点是采纳惯性基准原理、运用传感器技术和计算机技术,直接以传感器电压信号作为不平顺超限依照,计算机直接采集超限等级和数量计算扣分，笔式绘图仪记录不平顺波形，能够检测高低、水平、三角坑、车体垂直和水平振动加速度,但轨距、轨向尚无法检测。J-3轨检车的电路大多采纳20世纪年代末至80年代初的分离式元件,稳定性差，加之安装时刻跨度大,即使同一种仪器使用的元器件也不尽相同，接口也不完全一样,造成了备件选择和备用上的极大困难，养护维修难度专门大。3.2G4型轨检车GJ-4型轨检车在美国T1型轨检车的基

20、础上,采纳惯性基准原理，应用“传感器模拟信号处理数字信号处理”组成的综合补偿系统对各种误差信号进行补偿修正，检测项目比较齐全，除评价线路质量状态的轨距、轨向、高低、水平、三角坑以及车体水平和垂直振动加速度等指标外，还可识不道岔、道口、桥梁等地面具有显著特征的标志物,方便工务人员查找轨道病害处所。图-1 J- 轨道检测车GJ-在测量轨距、轨向的光电伺服机构存在以下3个方面的问题:1 3轨距吊梁对行车安全构成威胁。随着轨检车运行速度的提高,轨距吊梁所受的振动和冲击力大大增加，严峻恶化了工作环境,加速了轨距吊梁的疲劳断裂。目前繁忙干线行车间隔只有几分钟,一旦出现轨距吊梁断裂、脱落，将对后续列车的行车

21、安全构成重大威胁。 = 2 B3 装在轨距吊梁上的检测设备故障率较高。随着列车运行速度的提高，安装在轨距吊梁上的光电伺服机构的故障率呈现增长态势。另外,北方严寒地区一年有36个月光电伺服机构由于结冰而无法正常工作,部分地区由于风沙也经常导致光电伺服机构移动失常。 =3 * G3 轨距吊梁在特定检测速度下产生共振,导致检测数据失真。运用中发觉，检测速度达11m/ 甚至140km/h时,由于轨距吊梁产生共振,导致轨距轨向波形出现典型的谐波波形，检测数据严峻失真。 GJ-型轨检车检测系统，采纳了先进的模拟-数字混合处理系统。传感器信号首先进入信号转接及监视装置后，送入信号模拟预处理装置进行预处理。预

22、处理后的信号再通过信号转接及监视装置后进入计算机数据处理系统,依照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。几何参数经DA变换，再经信号转接及监视装置后送到绘图仪记录波形。系统框图如图2所示。图3-2 GJ4型轨检车检测系统框图图注：A车体垂直振动加速度传感器；BA车体水平振动加速度传感器；JBA左轴箱振动加速度传感器；RJ右轴箱振动加速度传感器;A陀螺平台:ROLL滚动速率陀螺；YA摇头速率陀螺；INL倾角计;D1车辆一位转向架构架与车体间位移计；D车辆二位转向架构架与车体心盘间前位移计;DT3车辆三位转向架构架

23、与车体心盘间后位移计;PT测量轴左侧轴箱与车体间垂向位移的位移计；LACCLT车体固定端上方安装的垂向加速度计;P测量轴右侧轴箱与车体间垂向位移的位移计;RACCRDT车体固定端上方安装的加速度计;AGN轨距测量梁中央部位安装的轨向测量加速度计；LD地面标志测量传感器;TH/R右光电编码器；TACH/L左光电编码器；LKAM左轨距光电传感器;LGD左轨距位移计;RKAM右轨距光电传感器; T右轨距位移计；LMOT左轨距驱动马达;ROTO右轨距驱动马达；PTCH ANEL信号转接及监视装置;OSCDM轨距调制解调装置；SCU模拟信号处理装置;SP轨距功放装置；MFI多功能接口板;POWER UP

24、PLY电源装置。(1) 轨距如图33所示,轨距测量装置由原理和结构完全相同的左右两个子装置组成。它们各自测量左轨及右轨的轨距变化重量。两个轨距重量之和可得到轨距值。左右轨距测量子装置均包括五个部分：光电传感器、调制解调器、信号处理器、功放、伺服机械。光电传感器和伺服机械安装在车体下面的测量梁上。调制解调器、信号处理器及功放安装在车内。光电传感器位于轨顶面斜上方,与钢轨内侧面轨距点之水平距离为 ()，与测量梁上伺服马达水平距离为 ()。左右马达间距为。光电传感器发出的光束以角投射到左(右)轨面下6处,漫反射光被光电接收器接收。当钢轨产生位移使轨距变化时，光电传感器感受其变化并输出相关电信号，经调

25、制解调器处理后，成为与轨距变化成线性比例的电压信号。再经信号处理器、功放、驱动马达、使光电传感器在伺服机械的推动下,跟踪钢轨位移。轨距计算如下：式中：为左轨距重量；为右轨距重量。图3-3 轨距测量装置（) 曲率曲率定义为一定弦长的曲线轨道(如30m）对应之圆心角(度3m)。度数大，曲率大,半径小。反之，度数小，曲率小，半径大。轨检车通过曲线时（直线亦如此),测量车辆每通过30m后车体方向角的变化值，同时测量车体相对两转向架中心连线转角的变化值，即可计算出轨检车通过3m曲线后的相应圆心角的变化值。测量曲率的传感器分布如图3-4。摇头速率陀螺YAW,测量车体摇头角速率;位移计DT1测量车体一位端的

26、心盘处与一位转向架构架间的相对位移；位移计DT、DT测量车体二位端心盘前后两侧与二位转向架构架之间的相对位移；光电编码器CH提供速度距离信息。图3-4 测量曲率的传感器分布由于一阶模拟滤波器在处理模拟时刻域信号时,其频率特性是固定不变的，但在处理A所表示的空间域频率信号时，其频率特性确实是变化的了。因此,一阶模拟滤波器输出信号经采样，进入计算机还需进行数字滤波处理。数字滤波的作用,是对一阶模拟滤波器引起的频率特性变化进行校正，使得模拟滤波和数字滤波混合处理后，在设计的通带范围内,空间域幅值特性不受列车运行速度的阻碍。曲率测量的信号流程如图3-5。摇头速率陀螺输出信号经B(s)一阶模拟滤波处理后

27、,进入计算机，再进行数字处理。（z)为一阶数字滤波器。C()的输出,是单位采样距离对应的车体方向角。用安装于一位转向架构架与车体间的位移计DT1测量一位转向架构架与车体间的位移。用安装于二位转向架构架和车体间的位移计DT和D3，测量二位转向架构架与车体间的位移。由和计算出单位采样距离相应的车体与两转向架中心连线间相对夹角。通过和的结合计算出两转向架中心连线对应于单位采样距离的方向角，对信号进行低通滤波,滤除不必要的波长成分，最终获得轨道曲率。图3-5 曲率测量的信号流程(） 水平(超高)水平定义为同一轨道断面两轨顶之高差。曲线上的水平称为超高。测量水平的传感器分布如图。图中倾角计INCL和滚动

28、陀螺ROL用于测量车体的滚动角。OLL测量中的高频成分。INC测量中的低频成分(包括车体静止时的倾角)。与之和为。由于车体摇头会对CL输出产生附加阻碍,YA为INC提供补偿信号。图3-6 测量水平的传感器分布位移计PT和RPT用于测量车体与轮轴间的相对夹角。车体滚动角和车体与轮轴夹角相结合，计算出轨道倾角,由和两轨中心线间距离(100mm)计算出水平值。 首先INC输出的电压信号通过频率响应为F()的二阶模拟抗混迭滤波器处理,然后采样进入计算机进行数字滤波处理。由于二阶模拟滤波器处理模拟时刻域信号时，其频率特性固定不变，但在处理NCL所表示的空间域频率信号时,其频率特性有变化,因此二阶数字滤波

29、器的作用在于校正模拟滤波器引起的空间域特性变化,从而使信号在设计的通带内具有不变的空间域幅值特性。水平测量信号流程如图-。图-7 轨道水平测量信号流程(4） 高低高低指钢轨顶面纵向起伏变化。高低采纳惯性基准原理测量，得到高低变化的空间曲线，同时可换算成弦测值。测量高低用的传感器分布如图27。除了曲率和水平测量用到的传感器外,又增加了两个安装于车体底板上的垂直伺服加速度计LACC和RACC，LACC和RC分不安装于位移计LPDT和PDT顶部的车体底板上。LCC和RACC用于测量安装位的车体惯性位移。LPDT和R分不检测LACC和AC安装位车体与左右轴箱的相对位移。依照它们的测值进行必要处理，得到

30、高低值。惯性基准原理如图3-。M为车体质量，K、C分不表示其弹簧和阻尼。位移计PT(PDT)测量车体与轮轴的相对位移W,加速度计A输出值a的二次积分为车体相对惯性基准的位移。图中加速度计A即为前述LACC(ACC)。轨道高低不平顺值Y的计算式为:因轮子半径R为常量,上式为:图-8 测量高低所用的传感器分布图39惯性基准原理高低的测量结果输出为空间曲线,由空间曲线向20m弦测值的变换,是通过两个低通滤波器U(z)与V()相减来实现的,等价于一个合成滤波器的处理。合成滤波器W(z）的系统函数为：（)方向（轨向)方向指钢轨内侧面轨距点沿轨道纵向水平位置的变化。方向的测量采纳惯性方法。方向测量包括两个

31、部分:一部分是安装于轨距测量梁中央位置的伺服加速度计(LGN),用于测量轨距测量梁中央位置的横向惯性位移;另一部分是左右轨距测量装置所测得的左右轨距重量SL和R。由惯性位移和左右轨距重量计算得到左右轨的轨向。方向测量传感器安装与原理如图3-和图310。方向测量的算式如下：左方向：右方向：图310方向的测量原理伺服加速度计输出信号先通过频率响应为F（s)二阶模拟滤波器进行预处理,处理后的信号被采样进入计算机解偏后，再由与水平测量子系统中相类同的数字滤波器(z)来处理,得到加速度信号的短弦中支距（CO)。由于加速度输出信号,包含着重力加速度、离心加速度以及振动等阻碍，因此还必须对其进行补偿或滤除。

32、方向测量信号流程如图-11。图311 方向测量信号流程（6) 扭曲(三角坑）扭曲反映了轨顶的平面性。如图3-12,若轨顶abcd4点不在一个平面上，c点到abd 3点组成平面的垂直距离h为扭曲。扭曲会使车辆产生点支持点悬空，极易造成脱轨掉道,特不是当列车从圆曲线向缓和曲线运行时。扭曲h计算公式为：为轨道断面II的水平值，为轨道断面I-II的水平值。即为基长L(断面II与断面I-I之间距)时两轨道断面的水平差。由前述可知,水平已由水平测量系统测出，因此只要按规定基长取两断面的水平差即可得扭曲值。J-4轨检系统基长可变，目前设定为2.4。图12 扭曲的测量原理(7) 车体振动加速度和轴箱振动加速度

33、车体垂直和水平振动加速度及轴箱振动加速度测量是发觉轨道病害，评价轨道平顺性，监测轮轨作用的重要手段。对200m/h线路而言，车体垂直及水平振动加速度是评价长波长轨道不平顺和旅客舒适度的重要指标轴箱振动加速度是评价轮轨作用和噪声的重要指标。通过振动测量，改进轨道不平顺治理,提高乘车舒适性，减轻轮轨作用力,增大了列车运行安全性。车体振动加速度测量用石英挠性伺服加速度计,而轴箱振动加速度测量采纳变电容式加速度计。（8) 地面标志自动测量AD轨道上的道口、道岔、桥梁、轨距拉杆等通常含有金属部件,因此可用安装于轨距吊梁中部的电涡流传感器来检测，把它标志在自动里程图上,如此能够方便准确地找出病害的位置。（

34、9) 速度及里程轨检车轮对的转动驱动光电编码器同步转动。光电编码器每转一周A相及相分不输出10个脉冲，A相输出与B相输出相位差。依照轮周和每周100个脉冲可计算出脉冲间距,通过计算机计算可得距离，而通过和时基计算可得到速度。3.2.1 G-5的原理及应用为克服J4型轨检车轨距吊梁存在的上述问题,本世纪初我国铁路从美国ImageMa公司引进了装备Lsel轨道测量系统的GJ-5型轨检车。G5型轨检车采纳惯性基准法、非接触式测量方式，由基于摄像原理的轨距轨向测量系统取代光电伺服机构，所有传感器均安装在悬挂于转向架构架上的检测梁内，取消了轨距吊梁。由于通过一系列减震,检测梁工作时所受的振动和冲击大大降

35、低,安全性显著提高,同时也消除了检测设备在特定检测速度下产生共振的可能性。由于不存在伺服机构的往复运动,检测设备的故障率也大大降低。其差不多检测原理是:由光纤陀螺和加速度计构建该检测梁的惯性空间基准，通过激光摄像传感器和图像处理技术获得左右钢轨距检测梁的横向和垂向偏移值,通过坐标变换、数字滤波、合成处理等得到各项轨道几何参数。5 型轨检车的检测项目更加齐全。图313 5型轨检车GJ新型轨检车能够进行轨距、轨向、高低、水平、三角坑、曲率、车体加速度、钢轨波磨和钢轨磨耗及断面等项目的测量,其计算机系统由一台E计算机和数台Windows平台计算机组成,采纳TP/I协议组成车内局域网。VME计算机负责

36、数据采集和轨道几何数据的合成,由一台运行Widows000系统的计算机作为服务器，负责与VME计算机的通讯,猎取检测数据，同时进行数据存储以及超限判不等工作。其余Windw平台计算机能够运行相应的软件，通过网络与服务器通讯，完成几何数据显示、超限编辑、报表打印和里程校核等任务。mageap公司提供了WinDC、Defetditr、Defecor、OnDemanReprt和Trmilex软件实现相应的操作。3.2.2 GJ-型软件的自主研发204年,铁道部差不多引进了5辆J-5型轨检车，分不配属给铁道部基础设施检测中心、兰州铁路局和乌鲁木齐铁路局使用。在应用GJ-5型轨检车进行轨道检测工作的过程

37、中发觉外方提供的部分软件不能满足实际工作需求,存在超限编辑软件功能单一、报表生成软件效率低等问题,严峻阻碍了正常检测工作。针对这些问题研发了超限编辑器、报表生成、超限数据分发和几何波形数据分发等车内数据处理软件。(） 超限编辑器GJ-5型轨检车超限数据存储在服务器计算机的Acss数据库中。超限编辑器采纳O数据访问引擎。通过网络访问数据库,目前能够完成超限数据的检索、过滤、删除和恢复、公里超限扣分的计算、超限数据的导出和打印功能。配合车载SM短信模块还能够实现严峻超限信息的即时发送，见图314。图3-1 超限编辑器软件的使用界面充分考虑了轨检工作的实际需求,各项要紧操作采纳按钮与快捷键结合的方式

38、。显示的颜色和字体都能够方便定制,以便满足不同操作人员的需要。通过定制能够使得各级超限以不同的颜色和字体显示，不仅能够使严峻超限更加醒目而且能够缓解视觉疲劳。软件能够对特定的超限类型、超限等级和里程范围等进行组合条件的过滤,数据表格中的超限数据不仅能够单选，而且支持Window风格的多选（sif或Ctl)，如此在超限的确认和删除操作上给与操作人员最大的方便。公里输入框能够迅速定位到需要的公里处,并计算该公里扣分，也能够通过双击表格内的超限来计算当前公里的扣分。自动刷新功能能够按照设定的时刻间隔自动从服务器端猎取最新的超限数据，减少了操作人员的操作。在确认线路中的严峻超限后,能够通过车载GM设备

39、即时将超限信息以短信的形式发送到预设的路局工务维修治理人员的手机上,以便维修部门迅速进行处理，关于保障安全运营具有特不重要的作用。软件还具有数据导出功能,能够将表格内显示的超限数据以Ecel的格式导出，便于其他应用。过滤显示后的数据也能够通过打印功能以所见即所得的方式打印出来。本软件还能够多实例运行，即同时运行多个超限编辑器，分不打开不同的检测数据,如此能够在检测过程中查看历史数据,以便更好地进行超限的确认工作。(2） 报表生成软件报表生成软件能够完成报表的生成、预览、打印，区段数据的导出等功能,见图214。能够关于数据库中任何的历史数据进行汇总，生成相应的严峻超限报表、曲线数据报表、超限公里

40、小结报表、轨道质量指数报表、波浪磨耗报表和区段汇总报表。图3-5报表生成软件为了给工务维修部门提供更加详实的检测资料,报表生成软件能够将数据库内的特定区段的检测数据导出，结合超限数据查看软件,工务维修部门就能够获得更加完整的轨检车检测数据。在目前点对点检测的工作中,如此的功能保证了工务段能够更加有效快捷地得到管内的检测数据。与外方提供的报表软件相比,新的报表生成软件不仅运行速度快，而且功能更加丰富，使用更加灵活。（3) 轨道几何波形查看软件ImageMap公司提供给轨检车内使用的WinBC软，能够在计算机屏幕上显示波形数据，并提供数据测量、打印输出等功能，而且能够进行历史数据的比较，功能十分强

41、大。然而，由于我们不具有相应的知识产权，不能够将该软件分发给工务段等部门使用，而且maMap公司特有的G文件形式比较复杂，不仅包括波形数据还包括其他的一些数据,导致文件较大,平均检测10km对应M的波形数据,不利于数据的分发。自主开发的J5轨检车波形查看软件,不仅实现了WiDC的要紧功能,而且通过数据转换,压缩了文件,平均100km数据仅要10MB左右的空间,更方便波形数据的分发和存储(见图3-1）。图3-16 轨道几何波形数据查看软件软件能够实现波形随意缩放显示,而且能够进行超限幅值的测量,并进行历史数据对比,能够将需要作业的地段打印出来，分发给作业单位,符合现场的应用适应,方便了工务段维修

42、作业治理。目前,自主开发的软件都已投入实际应用,运行稳定可靠。不仅保证了检测任务的执行，而且为现场工务维修部门提供了更加丰富翔实的资料。G-5新型轨检车应用的自主开发软件的完成，为研发基础设施动态检测数据网络化应用、建立网络化的动态检测数据中心奠定了基础。3.3 轨检车的应用情况及优缺点3.3.1上海局的治理上海局是我国采纳TQI指导维修较早的铁路局。几年前,借上海局工务一体化改革之机,上海局在沪宁线各工务段先后安装了QI治理系统软件,并在沪宁线进行了TQI数据采集，利用TQI图表指导养护的系列试验。在试验的过程中，他们应用每月两次检查所得的TI数据,与现场静态检查结果进行对比试验，对TQ指导

43、线路养护维修的应用技术进行摸索，使TQ数据和图表在打算编制、作业指导及轨道状态治理方面发挥了更大作用。()在TI的应用,要求在分析动态波形图的同时，结合单元轨道区段的TQI值，依照TQI值的不同来编制轨道养护维修打算,指导养护维修作业，逐步从经验性的维修制式真正过渡到针对轨道实际状态以数据为依据的科学维修制式。在应用TI来指导养护维修之前,首先要有一个科学的TQI治理限界值，超过TQI限界值的轨道区段应编入养护维修打算。我国目前全路统一的1治理值,是在统计了全路13000多公里的基础上制定的，因此,上海局依照自身情况，制定了自己的TQI治理值。(2)注重动静结合，以动为主。每次检查后,由计算机

44、打印出各工区的I直方图，结合TQ治理限界值,从图表中能够一目了然地发觉TQI为15的区段及较差线路的QI情况。各工务段在了解图表情况后,参照轨检车波形图,对TQI较大的区段进行静态核查和记录,对线路变化情况进行缘故分析,对多次的核查进行总结，然后有针对性地安排养护打算,必要时还可进行养护作业重心的调整。以强化薄弱环节和和轨道结构为重点，加强轨距、轨向和水平项目的养护，对检查、打算、作业、验收进行全过程的质量操纵,以保证线路质量的稳步均衡提高。（）通过对T技术的试验与应用,上海局正逐步形成一套行之有效的TI治理体系,使Q技术在养护维修工作中发挥更大作用。多年以来,I技术在全局的应用得到不断推广,

45、应用的效果也专门明显。引用当年试验时的数据，97年、9年相比,TQI的平均值由97年4月的277下降到8年6月的115，QI大于15的单元区段数量由7年4月的13处下降到98年6月的94处。数据表明上海局线路在应用Q技术后,轨道质量得到大幅提高。3.2济南局的治理济南局也是我国探究QI较早，应用较好的一个单位。91年开始,济南局就与铁科院合作,开展了采纳TQI指导线路维修的探究性实验，多年来，济南局已在全局推广,初步探究了一些规律和实施方法。(1)首先,依照自身特点,确定Q治理值。“TQ治理值”确实是把不同轨道结构类型、运量、速度的线路分为不同的治理等级，与这些不同治理等级相适应的轨道质量指数

46、的治理限界（上限）值称之为TQI治理值。在确定“TQI治理值”时，首先依照轨道结构类型,年通过总重,同意速度等条件，把线路划分为若干个区段,然后进行轨道实际质量状态的全面调查(人工）和轨检车的TQI检测。把人工调查确定的必须维修的区段列出,并查出其相应的TI值，通过统计分析,求出各区段线路应修的治理值，用TQI表示。需要讲明一点,济南局在制定TQ治理值时,并没有完全按照以上方法进行,由于受投资,施工能力，治理体制等条件限制，目前尚无法做到该修的就有钞票修,就有能力修，因此治理值定的太小（标准太高)应修的数量就会过大(超过投资能力和施工能力等)则无法完成。因此,在当前投资、能力、体制等条件还不能

47、完全满足线路应修的数量时,依照济南局实际情况，济南局制定了自己的TI治理值,见表31。表-1 济南局TI治理值序号线路类型TQI治理值备注无缝（）1.52无缝（)453一般()14.54一般（)1555一般（）15再用枕、木枕地段(2) 建立“三级治理”体系,实行养修分开采纳轨道质量指数指导维修,必须有一个科学合理的治理方式和体制与之相适应。通过多年的探究实践，济南局建立了QI三级治理体系,实行了养修分开。三级治理体系确实是：由路局负责掌握轨道质量指数的运用,制定TQI治理值，编制维修打算的原则，并通过TQI数据库的应用达到宏观治理,操纵质量的目的;工务段依照路局公布的TQI治理值,结合轨道实

48、际状态由技术室编制年度综合维修打算报局核查:指导工区编制月度保养打算并负责审批，工区依照检测资料及时绘制“线路质量治理操纵图”，结合现场调查编制月度保养打算,报段审批后执行,并严格操纵轨检车的三级超限,一但发觉立即组织消灭。实行养修分开，989年始济南局便开始了养修分开的试点。现已全面推开。大致做法是，以小机群开窗修为前提,由工务段成立机械化维修工队。段线路室依照TI治理值安排全段范围内的年度维修打算,由机工队负责实施全段的综合维修作业,工区只负责保养和临时补修。() 对TQI指导线路维修的认识用TI指导线路维修,怎么讲是个全新事物,在执行中仍有许多问题需要修正、解决和进一步完善,但它的检测手

49、段先进、治理科学、打算安排重点突出、针对性强、投资效益高、线路质量均衡等优点却表现得十分突出。在探究时期，济南局曾对13年9月和993年12月两次部轨检车的检查进行对比（表2）,从TQ对比看,线路质量有了明显的提高。他们认为:轨道质量指数能够真实地、准确地反映出轨道不平顺的质量状态,能够为各级工务治理部门对轨道不平顺状态进行宏观治理和质量操纵提供依据,能够用于指导编制维修打算和指导养护维修作业。采纳TQ指导维修是工务工作深化改革迈出的重要一步，方向对头，路子正确，是我们应坚决不移走下去的一条路。表-2 济南局两次部轨检车QI资料比较检查日期检查长度（公里)TQI平均值93年9月474.5933

50、年12月460.15433.3 TQI指数的优缺点在计算中,它仅考虑了超限峰值的大小和多少，没有反映超限长度的阻碍,没有反映轨道不平顺变化率和周期性连续不平顺所产生的谐波的阻碍,不能全面评价轨道区段的平均质量状态，因此存在明显的缺陷。例如，图3-17（A)、(）分不表示同一检测项目两段相同长度的轨道几何状态波形图，假如利用第一种方法评价轨道质量,因为图(A)有一处三级超限，图(）无三级超限，故()图的扣分数比（)图高，表示()图的轨道质量比(B)图差。然而从相对零线的离散性来看，(A）图显然比(B)图小,采纳第二种方法使所有测点的幅值参与运算，其标准差计算结果是（)图比(B)图小,讲明轨道区段

51、(A）的平均质量状态比（B）区段好,符合轨道的实际情况。由此可见用轨道整体不平顺的方法评价单元轨道区段的平均质量更加准确、合理。同时，评分法计算方法本身的特点决定了动态检测的结果不可能具有良好的重复性，不是一个准确的数量指标；数值范围从零至几千，与轨道状态的对应关系不明确。因此评分法远不及TQ具有科学性。图A图 B图-17 评分法比较图采纳TQI评价体系，用TQ指导线路维修,将较评分法有如下优势:(1)检测方法科学，手段先进，利用新型轨检车,七项指标从检测、处理、分析到最终评价轨道不平顺状态，全部数字化,由计算机完成。而且检测是在动态下进行，与静态检查相比,更符合实际，更能反映列车通过时轨道的

52、实际状态。因此，TQI的使用,使我们的轨道治理工作开始由静态为主向动态为主过渡,由定性治理向定量治理过渡，由经验治理向科学治理过渡。（2)能够真实地反映轨道不平顺的实际状态，同时以数值准确地表示轨道区段的质量好坏和程度。现行的评价线路质量的扣分法是每个一级超限扣一分,二级超限扣分,三级超限则扣100分这种方式评价线路质量带有惩处性，特不当线路超限情况处在临界点附近时，往往只有一毫米或更小些的差不，质量评定可相差达20倍,而实际上的质量差异却是专门小的，而且扣分法仅对超限峰值进行加权计算,而不是所有轨道测点的采样值都参与运算，同一级扣分中只统计超限个数不考虑病害幅值的大小及波长等等，这都会导致对

53、某些轨道区段评价的失真。而采纳轨道质量指数评价线路,每00m取80个测点，测七项指标，共5600个点全部参与运算，用七个单项参数的标准差之和作为TQI指数。没有人为的奖惩思想干预,能够反映线路的真实质量。（3）采纳TI指导编制维修打算，突破了传统的周期性维修的框框。过去由工区编制打算，不管状态如何，依照每公里平均单价计算维修费用,按周期两年或三年维修一遍，工区“各自为政”,只在各自管辖内的小范围里确定该修或不该修，往往造成真正状态不行的由于投资或能力不足却无法修，而在轨道状态普遍较好的工区，由于有投资、有能力、不急需修的也安排了维修。现在打算编制由段技术室负责，把QI值作为安排打算的依据,不考

54、虑周期(因此，QI指数是受累计通过总重阻碍的）,投资不吃大锅饭,依照I值情况，打破工区界限,哪里状态不行就修哪里。不怕工区能力不足，施工作业统一由段机工队负责。如此就把有限的投资真正用在最需要的地点,既有利于设备质量改善又节约了投资。(4)采纳TQI指导维修,能够使线路在全长范围内保持质量均衡。简单地讲,线路质量状态不宜要求过高，过高则不经济,也无必要。更况且投资有限,一个地点投资大质量过高，就有可能导致其他地点由于投资不足而失修。线路质量也不能要求太低,太低就会加速病害的进展甚至严峻者会危及行车安全。采纳TQI指导编制维修打算,由于重点突出，针对性强，打算由段统筹安排，施工由机工队负责完成，

55、该修的可不能漏掉，不该修的也可不能盲目安排，因此能够保证整个线路质量均衡。J4、GJ-5型轨检车采纳模拟、数字混合处理技术，为一个捷联式系统。系统检测不受列车运行速度和方向的阻碍，精度高；由于采纳数字滤波、计算机运算合成方式来得到轨道不平顺数据，从而仅仅通过修改计算机软件就能够专门容易地改变系统可测波长等检测参数,系统有较大的灵活性;而且该系统以数字信号处理为差不多处理方式，可靠性高,与以模拟处理方式为主的轨检系统相比维修量少。目前，为确保提速列车的安全、平稳运行,对轨检车的检测精度提出了更高的要求，检测的周期缩短，因而利用先进轨检车将会更加有效地、科学地指导线路的养护维修。34 我国轨检车技

56、术进展方向随着中长期铁路网规划的实施和铁路跨越式进展战略的推进,为适应铁路提速的形势要求,解决G4型轨检车轨距吊梁存在的种种问题，进一步提高检测系统的检测速度和工作的可靠性,进一步丰富检测功能，采纳更为先进的检测技术,正是我国轨检车的技术进展方向。对-型轨检车进行改造,用激光摄像式检测梁取代光电伺服式轨距吊梁。GJ-型轨检车的轨距吊梁在安全性、检测速度、测量精度等方面难以满足提速的要求，因此取消轨距吊梁的改造工作迫在眉睫。2003年铁道部基础设施检测中心对郑州铁路局DJ9816号-4型轨检车进行了改造，采纳基于激光摄像技术的轨距轨向测量系统取代了光电伺服机构,所有传感器均安装在悬挂于转向架构架

57、上的检测梁内。在 5000km运用考核的基础上，该改造方案于04年9月通过了铁道部运输局组织的技术审查。现在部分G5型轨检车已投入使用,分不配属给铁道部基础设施检测中心、兰州铁路局和乌鲁木齐铁路局使用。表现出良好的检测性能。轨检车是线路动态质量检查的要紧手段，也是评定线路线路维修质量的重要依据。段要求轨检车评分合格率达到100%，消灭失格公里、减少三级病害、操纵二级病害。1、段调度或线路科维修主管必须按路局电报的通知,及时将轨检车检查线不、检查时刻、检查车次通知相关车间。2、在轨检车通过时，线路科维修主管要随车检查，必要时主管副段长也要随车检查;对检查出现的三级病害地点及时通知相关车间。3、车

58、间在接到轨检车检查通知后应积极部署工区做好线路补修、保养工作；在接到轨检车三级超限病害的通知后，车间要第一时刻通知所在工区,并组织所在工区在24小时内整修消除,车间主任或副主任要亲自在现场盯控、组织整修,并及时填写线路动态监测级偏差登记本。并于2日内通过段局域网将反馈情况上报线路科。4、工区在接到轨检车三级超限地点的通知后，必须做到24小时内整修消除，及时将现场情况及整修情况反馈车间并填写线路动态监测级偏差登记本；同时要求在整修当日的日打算或班组日记中体现消除,在设备检查记录本对应位置标注病害并消除。3.5轨检车进展趋势1.为了检查列车作用下的轨道真实状态,轨检车的检测速度、轴重、车辆走行部结

59、构都应与列车相接近或一致。如:日本东海道新干线、东北新干线最高运行速度和最高检测速度分不为20k/和240km/h。美国东北走廊最高运行速度和最高检测速度为20mh。法国TGV干线运行速度为0km/h,轨检速度60km/h,法国正研制新的轨检车以适应TV高速轨检需要。高速轨检车的进展，一定与高速铁路运行速度相适应。重载运输线路轴重增加,轨道结构相应加强,因此轨检车轴重应加重。加拿大EST-III轨检车的轴重从2增至33t。南非E8轨检车轴重由16t增至82现代化轨检车有两种代表性检测系统。英国、加拿大采纳了由传感器、模拟计算机、数字、计算机组成的捷联工系统。传感器信号通过模拟计算机处理得到轨道

60、几何参数值。数字计算机对已获得的轨道几何参数进行摘取超限幅值、长度等统计分析和绘制图表。由于模拟计算机采纳模拟处理方法，轨检车正反方向检测无法一致，这是该系统的要紧缺点。美国NSC公司的轨检车采纳了由传感器、模拟与数字混合处理组成的捷联式系统。传感器信号经模拟数字处理后,得到轨道几何参数值,同时摘取超限幅值、长度等统计分析和绘制图表。由于模拟及数字处理特性相匹配，各误差信号进行完善修正与补偿，轨检结果不受速度和运行方向的阻碍，具有专门高的一致性。因此，传感器、模拟及数字混合处理捷联式系统是今后高速轨检车进展的要紧方向。3.高速线路上，轨道的短波不平顺,如波浪磨耗、扁疤、焊接部的凹凸不平等,引起