轨道测量技术讲义.ppt

1、轨道检测技术,姓名：华明亚 学号：14721353,研究背景,检测原理,轨道检测的内容,目录,1,2,3,轨道检查车的使用,4,一、研究背景,铁路轨道由于其特殊性，使用非常频繁，所受的应力结构也非常复杂，很容易造成轨道的磨损，擦伤，疲劳损伤或断裂，给列车行进中带来巨大的安全隐患。因此定期对轨道进行检测十分有必要，这样便于及时发现修复出现的轨道问题。由于我国铁路线很长而且复杂，所以高效，快速，准确是轨道检测车重要的衡量标准。,轨检车的发展概况,70年代以前的轨检车： 方式：弦测法和接触检测小轮来测量轨道的不平顺状况。缺点：弦测法的测量值随测量弦的长度与轨道不平顺波长的比值变化，测得的高低等波形，

2、往往与实际轨道不平顺情况有较大的差异。接触检测小轮在高速时，因惰性等影响，误差较大。 70年代后的轨检车： 方式：采用惯性基准、无接触检测等先进技术，研制成功用电子计算机自动处理检测数据、能如实地反映轨道状态、检测速度达每小时200公里的现代化高速电子轨道检查。 优点：能够更准确地测出轨道不平顺波形，高速轨道检测技术中检测方式、检测设备可靠性均有较大改善,检测项目更加全面。,现代轨检车： 组成：由检测和数据处理系统、 发电供电系统、空气调节系统、仪表工作室、瞭望台以及走行转向架等几部分组成。 检测项目：轨道的高低、水平、三角坑、方向、轨距，以及里程和行车速度等。有的还能测量曲线超高、曲率，以及

3、高低方向等轨道不平顺的变化率、曲线通过的均衡速度等。 优点：提供直观反映轨道状态的波形图，并能提供经车载计算机处理打印成的轨道状态报告表，以及记录在磁带上的轨道状态资料等。有的还可在轨道状态严重不良和需紧急补修的地方，直接在轨道上喷上颜色标记。将磁带记录送地面计算机进一步处理，便可编制出各种轨道状态管理图和轨道整修作业计划表,二、检测原理,1、系统构成,2.轨道检测车的工作原理,以GJ-5型轨道检测系统为例简述一下检测原理,GJ-5 型非接触测量系统检测梁,该检测系统的核心传感器部件是组装在一个封闭的梁体中, 便于安装、检修和维护。非接触测量总成安装在检查车底部构架位置。检测梁内共配置使用10

4、个摄像机、4 个激光器、1 个惯性包, 用于钢轨断面的非接触测量。钢轨内、外两侧激光器发出一扇形光带, 垂直照射在钢轨上, 在钢轨上形成一垂直断面;同时, 断面和轨距摄像机捕捉到激光线的图像, 视频图像输出到VMEbus 计算机系统, 经数字处理后, 拟合成完整的钢轨断面图像, 通过坐标变换、合成和滤波处理等, 最终获得合成后的轨道几何数据和钢轨断面磨耗等参数。,基础设施检测数据分析和辅助决策系统结构,轨道平顺度检测 轮轨作用力检测 噪声检测 钢轨探伤,三、轨道检测的内容,轨道检测的主要内容,轨道平顺度有以下几种:高低、轨向、水平、扭曲、轨距等。高低不平顺是指钢轨顶面沿长度方向的凹凸不平。轨向

5、不平顺是指钢轨侧面沿长度方向的凹凸不平。水平不平顺是指左右轨之高差(在曲线部分有超高的情况下，把对应于正常超高量的增减量称为水平不平顺)。轨距不平顺是指左右股钢轨之间距离的变化。轨道平顺度的检测就是要对轨道在工作状态下的变形进行监测，若轨道的变形偏离铺设时的精度到一定的程度时，就要对轨道进行维修。 轨道铺设时对平顺度的精度要求是很高的，如高低、轨向和水平不平顺都不能超过2毫米，扭曲不能超过1.5毫米，轨距不能宽2毫米，也不能窄2毫米。,轨道平顺度检测,三、轨道检测的内容,轨道检测的主要内容,轨距的检测原理GJ-4型轨检车所采用的轨距检测系统为激光光电伺服跟踪轨距测量装置。在测量梁上安装激光光电

6、传感器、位移计、驱动马达及伺服机械。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。经调制解调器处理后，成为与轨距变化成线形比例的电压信号，再经过信号处理器、功放、驱动马达使光电传感器在伺服的推动下，发出的光束投身到左右股钢轨顶面下16mm处（16mm处是有效位置），跟踪钢轨位移。经计算显示轨距。（光电头被堵住、就不能检测轨距、同时也不检测方向）。监测范围1415mm-1480mm +45mm、20mm，误差为1mm。,三、轨道检测的内容,轨道检测车平顺度的基本原理以GJ-4型轨检车为例（1）,曲率的检测原理曲率为一定弦长曲线轨道（如30米）对应的圆心角a，即度/30m。度

7、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、测量轨检车每通过30米后车体方向角的变化值，计算出轨检车通过30米后的相应圆心角的变化值。即曲率。曲率、曲率变化率是检测曲线圆度的波形通道。能正确判断曲线正矢连续差和曲线的圆度。曲率变化率的波形通道有突变，正矢肯定不好，（50曲率）=正矢，如：某曲线曲率为0.46、正矢=500.46=23mm。在直线上存在碎弯，小方向或轨距递减不好。,三、轨道检测的内容,轨道检测车的基本原理以GJ-4型轨检车为例（2）,水平的检测原理水平为轨道同一横断面内钢轨顶面之高差。曲线水平称为超高。GJ-4型轨检车采用补偿加速度系统测量水平，利用补偿

8、加速度系统测量车体对地垂线滚动角，利用位移计测量车体与轨道相对滚动角，二者结合计算出轨道倾角。利用两轨道中心线间距（1500mm）计算出水平值。监测范围200mm，误差1.5mm。 高低的检测原理高低是指钢轨顶面纵向起伏变化。GJ-4型轨检车采用惯性基准的原理测量轨道变化的实际波型，得到高低变化的空间曲线，数据采集处理系统实时采集数据的间隔距离为0.305m，同时可换算成5米、10米、20米或其它弦长之测量法测量。测量高低的传感器除了测量曲率、水平外，另外还有2个垂直加速度计。通过车体位移，计算出轨面相对惯性空间的位移变化，进行必要的处理，得到高低数值。监测范围60mm，误差1.5mm。高低摸

9、拟弦长18.6米。,三、轨道检测的内容,轨道检测车的基本原理以GJ-4型轨检车为例（3）,方向的检测原理方向指钢轨内侧面轨距点沿轨道纵向水平位置的变化。利用左右股轨距测量装置所测的左右股轨距变化或位移，轨距点相对纵向轨迹轨向。监测范围100mm，误差1.5mm ，模拟弦长18.6米。 扭曲（三角坑）的检测原理：扭曲反映了钢轨顶面的平面性。设轨顶面abcd四个点不在一个平面上，c点到abd三个点组成的平面的垂直距离h为扭曲。扭曲会使车轮抬高面悬空，使车辆产生3点支撑1点悬空，极易造成脱轨掉道。扭曲值h为：h=(a-b)-(c-d)，h=h1-h2。h1为轨道横断面I-I的水平值，h2为轨道断面-

10、的水平值，h1-h2为基长L（断面I-I与断面II-II之间距）时两轨道断面的水平差。水平已经测出，所以只要按规定基长取两断面水平差即可计算出扭曲值。,三、轨道检测的内容,轨道检测车的基本原理以GJ-4型轨检车为例（4）,运行的列车与轨道组成一个共同的力学系统，它们紧密地联系在一起，并且相互作用。检测轮轨相互作用力不仅为机车车辆和轨道的维修提供依据，更重要的是判断列车是否有可能脱轨掉道，对保障列车运行安全非常重要。比如车轮作用于钢轨的垂直力为P,横向力为Q.轨道检查车在运行中连续测量P和Q。根据P和Q测值计算出“脱轨系数”和“减载率”两个重要参数。当检测的“脱轨系数”和“减载率”值大于规定值时

11、，意味着列车有可能脱轨掉道，危及行车安全。,轮轨作用力检测,三、轨道检测的内容,轨道检测的主要内容,高速列车由于速度高，产生的噪声也相对较大，减少噪声特别重要。噪声来自四个方面:车体周围空气噪声、机车受电弓和导线间摩擦噪声、结构物振动噪声、轮轨相互作用噪声。轮轨相互作用噪声尤为突出。钢轨顶面凹凸不平或车轮踏面不圆顺都会产生噪声。因此，要使用钢轨打磨机，定期对钢轨打磨，以保证钢轨顶面平顺。同时对车轮踏面圆顺也要有一定限制，可有效减少轮轨相互作用噪声。,噪声检测,三、轨道检测的内容,轨道检测的主要内容,若钢轨存在内伤，如裂纹或裂缝，对行车安全危害极大。钢轨内伤用钢轨探伤车检查。日本东海道新干线“电

12、气轨道综合检测列车”可同时对弓网状态检测;通信信号状态检测;轨道状态检测。检测车运行速度每小时240公里。每10天对新干线检查一次，为保障新干线安全运行发挥了重大作用。,钢轨探伤,三、轨道检测的内容,轨道检测的主要内容,探测精度（在80km/h的情况下）： 钢轨头部横向裂纹在轨头任意位置处，最小直径6mm； 钢轨头部及腰部纵向垂直裂纹高度不小于20mm； 钢轨头部及腰部纵向水平裂纹最小长度10mm； 螺纹孔裂纹最小裂纹长度8mm； 可探测铝热焊接头内直径8mm以上的伤损,三、轨道检测的内容,1.钢轨伤损检测系统,测量波长要求：0.13m； 测量办法：惯性法或惯性基准法或弦测法；测量精度：0.1

13、mm； 测量范围：0.1 3mm；采样间隔：计算机实时等距离采样及处理，采样间隔为20mm； 可靠性要求：可一次性连续检测2400km，或连续工作24h无故障。 分析方法：提出对检测数据进行整理的方法；输出要求：能输出波形图，存储原始数据，输出钢轨波磨病害的位置、长度及深度和对应的行车速度，以及200m区段内波浪磨耗的标准差，并应记录在光盘上，系统具有对原始数据进行事后重放功能。,三、轨道检测的内容,2.钢轨断面测量系统,钢轨探伤车应装备断面测量系统。断面测量系统应能独立工作，其里程信息应与伤损检测系统一致。,3.波浪磨耗检测系统技术条件,检查依据确定的评价指标，在一定程度范围内检测，评价轨道

14、状态和养护水平 计划根据不同等级线路提出的安全度和舒适度要求，提出恢复到设计状态所需要进行的维修保养计划 分析提供轮轨关系在行车、科研、养路等方面的原始数据并进行整理分析，用以加强科学管理，提高养路水平,轨道检测车的任务,四、轨道检查车的使用,铁道部基础设施检测中心轨道检测车，应根据铁道部运输局的安排，对容许速度大于120km/h的线路及其他主要繁忙干线进行定期检查。 铁路局轨道检测车，对容许速度大于120km/h的线路每月检查不少于2遍（含铁道部基础设施检测中心轨道检测车检查），对于年通过总重不小于80Mtkm/km的正线1530天检查一遍，对于年总重为25 80Mtkm/km以内的正线每月

15、检查1遍，对于年通过总重小于25Mtkm/km的正线每季度检查一遍，对状态较差的线路，可以适当增加检查遍数。,四、轨道检查车的使用,轨道检测车的检测周期,根据运量和线路状态确定,回答有关问题 1.以轨道平行度检测为例,如何消除测量中的检测系统本身运行误差的影响?,参考文献,1 耿宇真，国内轨道检测技术概况，J 机器人2009 31 (3):283一288 2 武汉武大卓越科技有限责任公司，公铁两用检测车测量系统 预 研 报 告，2011年3月 3 魏世斌，刘伶萍，赵延峰，李颖， 王昊，高速轨道检测系统J.铁路技术创新，2012,1:29-32. 4 Chaolong Jiaa，Weixiang

16、 Xub， Hanning Wanga，Analysis and forecast of track composite irregularity，Advanced in Control Engineering and Information Science ，2011，1288 1292 5 Filippo Attivissimo, Angelo Danese, Nicola Giaquinto, and Patrizia Sforza，A Railway Measurement System to Evaluate theWheelRail Interaction Quality，IEEE，2007，1583 1589 6 陈嵘，王平，客运专线无碴轨道噪声问题探讨.铁道科学与工程学报，2006,3（5）:3-5. 7Zhu Yi，Rail Flaw Detection System Based on Electromagnetic Acoustic T