軌檢車檢測原理及注意事項

1、 軌檢車檢測原理及使用1軌檢車檢測原理及使用一.軌檢車的車體和檢測設(shè)備的基本機構(gòu)二. 型車檢測原理三.新增項目及動態(tài)檢測標(biāo)準(zhǔn)修訂四.軌道病害成因分析五.如何識別地面標(biāo)志 武漢鐵路局軌道檢查車WX999249檢測設(shè)備從美國Imagemap公司進(jìn)口，采用線型激光光源、攝像機、圖像處理系統(tǒng)，通過對鋼軌斷面輪廓圖像的測量獲得軌距、軌向等測量值，是繼型、型車以來，第一次采用的基于網(wǎng)絡(luò)平臺的非接觸式測量系統(tǒng)。一.軌檢車的車體和檢測設(shè)備的基本機構(gòu)1車上大致情況軌道檢查車外形如上圖所示，軌道檢查車車體是由南京浦鎮(zhèn)廠生產(chǎn)的25T型車體，車上包括會議室、儀表室、休息室、廚房、衛(wèi)生間，有集便器、冰箱、洗衣機、微波爐

2、等生活設(shè)備。2檢測設(shè)備基本結(jié)構(gòu)軌道檢查系統(tǒng)即Laserail斷面和幾何測量系統(tǒng)（LPGMS），能實時提供鋼軌斷面和軌道幾何精確和可靠的測量，主要包括如下3個主要部分：非接觸測量總成；VME計算機系統(tǒng)；通用幾何Windows軟件。VME計算機系統(tǒng)安裝在軌檢車?yán)?，非接計算機系統(tǒng)安裝在軌檢車?yán)铮墙佑|測量總成安裝在與轉(zhuǎn)向架相連的測量觸測量總成安裝在與轉(zhuǎn)向架相連的測量梁中。測量梁中傳感器數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)字化梁中。測量梁中傳感器數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)字化后發(fā)送到后發(fā)送到VME計算機的幾何計算機的幾何CPU，然后，然后進(jìn)行合成和濾波處理，得到軌道幾何數(shù)進(jìn)行合成和濾波處理，得到軌道幾何數(shù)據(jù)，在檢查車?yán)锏墓ぷ髡旧线\行通用幾據(jù)，

3、在檢查車?yán)锏墓ぷ髡旧线\行通用幾何軟件，可以實時顯示軌道幾何波形、何軟件，可以實時顯示軌道幾何波形、進(jìn)行超限判斷、數(shù)據(jù)庫存儲、超限編輯進(jìn)行超限判斷、數(shù)據(jù)庫存儲、超限編輯和報表打印等。和報表打印等。非接觸測量總成安裝在檢查車底下，如下圖所示為實物圖，檢測設(shè)備攝像機組配置使用10個攝像機和4個激光器用于鋼軌斷面的非接觸測量，攝像機和激光器被固定安裝在車底下的封閉梁里。鋼軌內(nèi)、外兩側(cè)激光器發(fā)出一扇形光帶，垂直照射在鋼軌上，在鋼軌上形成一垂直斷面；同時，斷面和軌距攝像機捕捉到激光線的圖像，視頻圖像輸出到VMEbus計算機系統(tǒng)，經(jīng)數(shù)字化后，擬合成完整的鋼軌斷面圖像，通過坐標(biāo)變換、合成和濾波處理等，得到軌道

4、幾何數(shù)據(jù)和鋼軌斷面磨耗等。非接觸測量設(shè)備慣性測量包安裝在激光器/攝像機梁的中部，慣性測量包測量車輛轉(zhuǎn)向架的橫向和垂向加速度以及滾動和搖頭速率等。VME計算機系統(tǒng)返回目錄GJ-5型軌檢車檢測項目：軌距、左右軌向、左右高型軌檢車檢測項目：軌距、左右軌向、左右高低、水平（超高）、三角坑、曲率（弧度或半低、水平（超高）、三角坑、曲率（弧度或半徑）、車體橫向加速度、車體垂向加速度、軌距變徑）、車體橫向加速度、車體垂向加速度、軌距變化率、曲率變化率、車體橫向加速度變化率、鋼軌化率、曲率變化率、車體橫向加速度變化率、鋼軌斷面等。斷面等。二二. 型車檢測原理型車檢測原理該軌檢車采用梁結(jié)構(gòu)方式的慣性測量及攝像該

5、軌檢車采用梁結(jié)構(gòu)方式的慣性測量及攝像式的圖像測量原理，即慣性基準(zhǔn)與測量基準(zhǔn)式的圖像測量原理，即慣性基準(zhǔn)與測量基準(zhǔn)被安裝在同一剛體內(nèi)。任何幾何量測量系統(tǒng)被安裝在同一剛體內(nèi)。任何幾何量測量系統(tǒng)的基礎(chǔ)都是對坐標(biāo)系的明確定義，以及在這的基礎(chǔ)都是對坐標(biāo)系的明確定義，以及在這個坐標(biāo)系下的各種變換和各被測量之間的關(guān)個坐標(biāo)系下的各種變換和各被測量之間的關(guān)系。系。如下圖為坐標(biāo)系的幾何定義：如下圖為坐標(biāo)系的幾何定義：如圖所示：圖中采用右手坐標(biāo)系，各參數(shù)定義如下；圖中采用右手坐標(biāo)系，各參數(shù)定義如下； x軸指向頁面的里面為正，表示車體的行進(jìn)方向；軸指向頁面的里面為正，表示車體的行進(jìn)方向； y 軸指向向右的水平方向為正

6、；軸指向向右的水平方向為正； z 軸指向向下的垂直方向為正；軸指向向下的垂直方向為正；角角j 表示航向偏角，正值為由表示航向偏角，正值為由x 軸方向轉(zhuǎn)向軸方向轉(zhuǎn)向y 軸方向，軸方向，即向右偏轉(zhuǎn)；即向右偏轉(zhuǎn)；角角J 表示滾動的偏角，正值表示表示滾動的偏角，正值表示y 軸方向向軸方向向z 軸方向旋轉(zhuǎn)，軸方向旋轉(zhuǎn)，即左軌抬高；即左軌抬高；角角y 表示傾斜角的偏差，正值表示表示傾斜角的偏差，正值表示x 軸向軸向z 軸方向旋轉(zhuǎn)，軸方向旋轉(zhuǎn)，即坡度角；即坡度角；測量基準(zhǔn)（軌檢梁剛體）與鋼軌及慣性系統(tǒng)的相互位置關(guān)系定義如下：gL 左軌軌距點相對測量基準(zhǔn)的偏移；gR 右軌軌距點相對測量基準(zhǔn)的偏移；dL 左軌踏

7、面頂點相對測量基準(zhǔn)的偏移；dR 右軌踏面頂點相對測量基準(zhǔn)的偏移；wx 軌檢梁的滾動角速率；wz 軌檢梁的搖頭角速率；ay 軌檢梁的橫向加速度及傾角；aL 軌檢梁的垂向加速度；G 軌道踏面中點之間的標(biāo)準(zhǔn)距離，為1511mm；ht 慣性平臺相對于軌距測量線的垂直高度；AL 左側(cè)垂直加速度計安裝位置相對梁中心的距離；軌 距軌距定義為左右兩根鋼軌頂面以下16mm點之間的最短距離.在激光斷面測量系統(tǒng)中是通過計算左右鋼軌頂面各點中具有最大的Y值點以下16mm處間的距離獲得的.軌距由左右鋼軌的軌距點相對于測量梁兩個固定點位移偏差的代數(shù)和而求得，即： 其中K為測量梁兩個固定點的距離，如果測量梁為剛體，且攝像機

8、的安裝位置及角度未發(fā)生變化，則為常數(shù)。該常數(shù)由靜態(tài)標(biāo)定確定。KYLRKYLRKYLR軌距的測量原理軌道不平順定義軌道不平順定義： 軌向鋼軌內(nèi)側(cè)軌距點垂直于軌道方向偏離軌距點平均位置的偏差。分左右軌向兩種。 軌向也稱作方向。軌向的測量原理 軌向加速度計響應(yīng)：式中為軌距梁的中點，為軌距梁相對于地面的傾角；第一項為軌距梁橫向運動所產(chǎn)生的加速度，正是我們想要的測量值；第二項為重力分量；第三項由于軌距梁側(cè)滾運動所產(chǎn)生的加速度；則左右軌向為：左軌向：= cos( )-( +C);右軌向：= cos( )+( +C);其中 為軌向測量平面和軌距梁所在平面夾角，可由L和R計算獲得。對于安裝于構(gòu)架上的安全梁，軌

9、向的測量平面和軌距梁所在平面并不平行；要將 投影到軌向的測量平面，其投影為 *cos( )；則通過上述公式即可測得左右軌向。by2222sindtdhgdtydbtbbybtLbtRbtbybybybybybt軌道不平順定義軌道不平順定義：高低鋼軌頂面垂直于軌道方向偏離鋼軌頂面平均位置的偏差。分左右高低兩種。 垂直加速度計的響應(yīng)：由于垂直加速度計安裝在梁的中間，因此AL=0，由該式積分可得到Zb，又由即可計算得到左右高低ZL、ZR。22222cosdtdAggdtzdbLbbLbbLLGzz21bbRRGzz21高低的測量原理軌道不平順定義軌道不平順定義：水平、超高水平：同一軌道橫截面上左右鋼

10、軌頂面所在水平面的高度差。不含圓曲線上設(shè)置的超高和緩和曲線上超高順坡量。 超高：曲線地段外軌頂面與內(nèi)軌頂面設(shè)計水平高度之差。 超高和水平測量原理超高和水平測量原理通過測量軌道平面相對于水平面的傾角計算。該傾角等于檢測梁的傾角與梁相對于軌道平面傾角之差，即：GRLbt檢測梁的傾角可由測滾陀螺和傾角儀（水平加速度）可計算得到。 梁相對于軌道平面傾角由激光攝像系統(tǒng)計算得到。軌道不平順定義軌道不平順定義：三角坑軌道平面的扭曲，沿軌道方向前后兩水平代數(shù)差。 也稱作扭曲曲率測量原理曲率測量原理曲率是以列車走行的單位距離軌道的方向角的變化表示。即：由搖頭陀螺陀螺可以測量搖頭速率vvdsddsdtdtddsd

11、Zbbb1dtdbz軌檢車檢測項目正號定義 軌檢車正向：檢測梁位于軌檢車二位端，定義二位端至一位端方向為軌檢車正向，軌檢車行使方向與軌檢車正向一致時為正向檢測，反之為反向檢測。軌距（偏差）正負(fù)：實際軌距大于標(biāo)準(zhǔn)軌距時軌距偏差為正，反之為負(fù)；高低正負(fù)：高低向上為正，向下為負(fù)；返回目錄軌向正負(fù)：順軌檢車正向，軌向向左為正，向右為負(fù)；水平正負(fù)：順軌檢車正向，左軌高為正，反之為負(fù)；曲率正負(fù)：順軌檢車正向，右拐曲線曲率為正，左拐曲線曲率為負(fù)；車體水平加速度：平行車體地板，垂直于軌道方向，順軌檢車正向，向左為正；車體垂向加速度：垂直于車體地板，向上為正。為適應(yīng)鐵路提速和重載不斷發(fā)展的需要，鐵路線路修理規(guī)則

12、（鐵運【2006】146號文）于2006年10月1日正式執(zhí)行。文中對軌道動態(tài)檢測標(biāo)準(zhǔn)按V120km/h、120km/h160km/h劃分了四級管理值。缺乏速度200km/h以上等級干線管理標(biāo)準(zhǔn)，為適應(yīng)我國第六次既有線提速改造的需要，以及填補我國鐵路線路修理規(guī)則沒有針對既有線200250km/h區(qū)段的養(yǎng)護(hù)維修辦法和各項檢測標(biāo)準(zhǔn)。三.新增項目及動態(tài)檢測標(biāo)準(zhǔn)修訂鐵道部結(jié)合國外高速鐵路的成熟經(jīng)驗以及現(xiàn)場積累的相關(guān)經(jīng)驗，通過多年干線檢測數(shù)據(jù)的大量分析和研究，提出了針對既有線提速線路200250km/h區(qū)段軌道動態(tài)檢測項目和管理標(biāo)準(zhǔn)，并以此為依據(jù)于2007年3月22日鐵道部頒布實施 既有線提速200250

13、km/h線橋設(shè)備維修規(guī)則（鐵運【2007】44號）。文中對200和250km/h區(qū)段軌道動態(tài)管理標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了明確，增加了提速區(qū)段高低、軌向、長波長、軌距變化率、曲率變化率和橫加變化率等管理項目。由此形成了V120km/h、120V160km/h、 160km/hV200km/h、200km/hV250km/h四個速度等級的軌道動態(tài)管理標(biāo)準(zhǔn)，后經(jīng)過宜昌軌檢車會議討論后形成新的軌道動態(tài)管理暫行試驗標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。表3 軌道動態(tài)管理暫行試驗標(biāo)準(zhǔn)項 目v120km/h120km/hV160km/h160km/hV200km/h200km/hV250km/h級級級級級級級級級級級級級級級級軌 距(mm)+

14、8 -6 +12 -8 +20 -10 +24 -12 +6 -4 +10 -7 +15 -8 +20 -10 +4 -3 +8 -4 +12 -6 +15 -8 +4 -3 +6 -4 +8 -6 +12 -8 水平(mm)81218226101418581214581013三角坑(基長2.5m)(mm)81014165812144691246810高低(mm)波長 1.542m81220246101520581215581114軌向(mm)810162058121657101257810高低(mm)波長 1.570m81261061015軌向(mm)810686812車體垂向加速度(m/s

15、2)1.01.52.02.51.01.52.02.51.01.52.02.51.01.52.02.5車體橫向加速度(m/s2)0.60.91.52.00.60.91.52.00.60.91.52.00.60.91.52.0軌距變化率(基長2.5m)()2.02.51.52.01.21.51.01.2曲率變化率(基長18m)(l/m/m106)5.06.53.04.02.02.51.22.0橫向加速度變化率（基長18m)(m/s3)1.03.01.03.01.03.01.03.0新增加的長波長高低、軌向和三個變化率指標(biāo)主要用于評價高速區(qū)段的列車運行的安全性與乘坐舒適性。伴隨行車速度的不斷提高，對

16、于行車安全有影響的軌道部平順波長范圍也隨之?dāng)U大。運行速度從120提高到200250公里/小時，需要控制的軌道部平順波長范圍也有30米擴大到70米甚至120米，長波不平順對車體振動的影響更加重要，由此引發(fā)必須監(jiān)控和校正的波長范圍也大為增加。變化率是軌道不平順局部波形特征描述的方法之一，其反應(yīng)的是幅值的變化快慢，不同于單純的幅值大小。曲率變化率曲率變化率是以18m基長曲率測量值的差值與基長的比值。選擇18m主要考慮車輛定距和濾波。曲率可以通過測量20m正矢得到，簡化近似公式為： ，C為曲率(1/m)，為20m正矢(mm)。曲率變化率靜態(tài)測量時，基長取20m，則曲率變化率為: 。即弦長20m正矢變化

17、為1mm時，曲率變化率為 。曲率變化率主要考慮直線段長波長軌向和曲線段曲線不圓順，是舒適性控制指標(biāo)。 C5102620,10CR6100101)()(xxxfxfCurveRateccmxx1801mxx1801軌距變化率軌距變化率是以2.5m基長軌距測量值的差值與基長的比值。 選擇2.5m主要考慮車輛軸距和濾波。軌距變化率直接影響輪軌接觸幾何，危機行車安全和舒適性。 0101)()(xxxfxfGageRateGGmxx5 . 201橫向（水平）加速度變化率橫向（水平）加速度變化率 橫加變化率是以18m基長車體橫向加速度測量值的差值與車體通過基長所用時間的比值。選擇18m主要考慮車輛定距和濾

18、波。橫加變化率是舒適性控制指標(biāo)。 10)()(01xxAAtxfxfHacelRate101001xxxxvxxt101001xxxxvxxtmxx1801(1.570m)長波高低和軌向不平順長波高低和軌向不平順 1.570m是長波高低和軌向不平順隨機信號所包含的波長范圍。以往軌檢車檢測輸出和評價的高低和軌向波長范圍是1.542m。對于160km/h以下線路1.542m波長范圍的高低和軌向不平順足以反映影響行車安全和舒適性。但160km/h以上是1.542m波長范圍的高低和軌向不平順主要反映影響行車安全，考慮舒適性必須而且重點考慮1.570m波長范圍的高低和軌向不平順。軌距變化率、曲率變化率和

19、橫加變化率評價的實際幾何不平順都是軌向，只是其中關(guān)注的波長和側(cè)重點不同。軌距變化率重點評價較短范圍內(nèi)的軌向不平順，其影響輪對的滾動半徑差和輪軌力，但是對車體的橫向振動影響較弱。橫加變化率所關(guān)注的軌向波長屬于中波范圍內(nèi)，橫加變化率引入了車速變量，因此受車速影響較大，而且其計算量有車體橫加參與，各車的運行速度和振動特性的差異也使其重復(fù)性較差。曲率變化率可以捕獲較長波長范圍內(nèi)的軌向不平順，其與長波長軌向?qū)?yīng)較吻合。返回目錄四.軌道病害成因分析 1軌距病害的危害及成因分析 軌距病害幅值過大過小，在其他因素作用下，可能會引起列車脫軌或爬軌。影響軌距偏差值主要有以下幾個方面： 軌道結(jié)構(gòu)不良：如鋼軌肥邊、硬

20、彎、曲線不均勻側(cè)磨、枕木失效、道釘浮離、軌撐失效、扣件爬離、軌距擋板磨耗、提速道岔基本軌刨切部分不密貼等。 幾何尺寸不良：如軌距超限、軌距遞減不順、方向不良等。 框架剛度減弱：扣件扣壓力不足、軌道外側(cè)扣件離縫彈性擠開（木枕線路尤其如此）等。軌距超限實例2.軌向病害的危害及成因分析 軌向檢測項目是評價直線軌道的平直度和曲線軌道的圓順度。軌向病害過大會使車輪受到橫向沖擊，引起車輛左右晃動和車體搖擺振動，對列車平穩(wěn)度和舒適度產(chǎn)生較大影響，加速軌道結(jié)構(gòu)和道床的變形。影響軌向偏差值主要有以下幾個方面： 幾何尺寸不良：直線區(qū)段方向不良、曲線區(qū)段不圓順（正矢超限）、軌距遞減不平順等。 軌道結(jié)構(gòu)不良：鋼軌硬彎

21、、不均勻磨耗、木枕失效、連續(xù)道釘浮離等。 框架剛度減弱：扣件扣壓力不足、軌道彈性不均勻擠開等。 軌向超限實例 3.前后高低不平順病害的危害及成因分析 眾所周知前后高低不平順（簡稱高低）會增加列車通過時的沖擊動力，加速軌道結(jié)構(gòu)和道床的變形，對車輛設(shè)備、列車行車安全構(gòu)成危害，其危害大小與高低的幅值、變化率成正比，與高低波長成反比。對車輛影響較大的高低有三種。 第一種：波長在2m以內(nèi)的高低，其特征幅值較小、波長較短，但變化率較大，對車輪的作用力也較大，如列車速度為60110km/h時，高低引起的激振頻率接近客車轉(zhuǎn)向架的自振頻率，將產(chǎn)生很大的軸箱垂直振動加速度。引起這種類型高低的因素主要為接頭低扣、大

22、軌縫及鋼軌打塌、掉塊、鞍磨等。第二種：波長在10m左右的高低，現(xiàn)場較常見。其特征幅值較大、波長較長，能使車體產(chǎn)生沉浮和點頭振動。如列車速度為60110km/h時，高低引起的激振頻率接近客車車體自振頻率，將產(chǎn)生較大的車體垂直振動。這種類型的高低易產(chǎn)生在橋頭、道口、隧道、涵洞、道床翻漿地段軟玉接合部。第三種：波長在20m左右的高低，其特征是幅值較大、波長較長，能使車體產(chǎn)生點頭振動，當(dāng)車體振幅方向與高低振幅方向相同時，將使車體產(chǎn)生較大振動，這種高低較少，現(xiàn)場工作人員容易忽視。因此，現(xiàn)場檢查高低所用的弦繩應(yīng)攜帶20m，在檢查時用任意弦測量。高低不平順實例 4.水平病害的危害及成因分析 水平病害偏差值過

23、大將使車輛產(chǎn)生傾斜和測滾振動，引起輪軌作用力變化。當(dāng)水平超限幅值和運行速度一定時，其短波水平超限比長波水平超限對車輛產(chǎn)生的影響大。影響水平偏差幅值主要有以下幾個方面： 習(xí)慣做法：現(xiàn)場工作人員習(xí)慣將一股鋼軌抬高，造成一面高現(xiàn)象，人為造成水平偏差值。 兩股鋼軌下沉量不一致。 一股鋼軌有空吊、暗坑現(xiàn)象。 緩和曲線超高順坡不良。水平超限實例5.三角坑病害的危害及成因分析三角坑病害偏差值過大，引起輪軌作用力變化，從而影響行車穩(wěn)定性，其高點會使車輛出現(xiàn)側(cè)滾，同時對車體附加一個垂直力，使車輛產(chǎn)生垂直振動；其低點會使車輪懸空減載，同時使車輛轉(zhuǎn)向架扭曲變形，在其他因素作用下可能造成列車脫軌。影響三角坑偏差值主要

24、是空吊、暗坑、反撬水平、緩和曲線超高順坡不良（直緩點、緩園點易出三角坑）等。三角坑超限實例 6.車體振動加速度病害的危害 及成因分析車體振動加速度（垂直振動加速度、水平振動加速度）病害過大，直接影響列車的平穩(wěn)度、旅客的舒適度，在其他因素作用下可能引起列車脫軌。它的偏差值大小除了與車輛構(gòu)造有關(guān)外，還與列車速度、軌道結(jié)構(gòu)狀態(tài)、軌道各種不平順的幅值、波長、分布及變化率有關(guān)，是軌道質(zhì)量狀態(tài)的綜合反映。影響車體振動加速度主要有以下幾個方面： 軌道幾何狀態(tài)不良（如高低不平順、軌面波浪磨耗等），接頭綜合狀態(tài)不良（如錯牙、大軌縫、低扣、打塌、掉塊、鞍磨等），道床彈性不良（如板結(jié)、翻漿、線橋、線道、線隧、新老路

25、基結(jié)合部等）及多種病害疊加對垂直振動加速度偏差影響較大。曲線、道岔區(qū)連續(xù)小方向（硬彎）、軌距遞增不順、鋼軌直線區(qū)段交替不均勻磨耗、逆向位復(fù)合不平順（如水平、軌向）、曲線超高設(shè)置與即時速度不匹配（如欠超過、過超高）及多種病害的疊加等隊水平振動加速度偏差值影響較大。車體振動加速度超限車體加速度輔助判斷方法車體加速度輔助判斷方法 一般大的軌道不平順都可能引起較大的車體加速度響應(yīng)，但受到列車速度的影響不同波長的軌道不平順在不同速度下引起的車體加速度也不相同。一般情況高低和車體垂向加速度、軌向和車體水平加速度相關(guān)性較好，特別是軌道不平順波長與車體敏感波長一致時，軌道不平順與車體加速度能一一對應(yīng)，只是相位不同。因此，利用車體加速度可以輔助評判超限正確性，以利于超限編輯。返回目錄五如何識別地面標(biāo)志 在我們平?？磮D需要注意的就是地面標(biāo)志的識別，及ALD信號的識別。軌道上的道口、道岔、橋梁、軌距拉桿等會含有金屬部件，安裝于軌檢梁上ALD傳感器可以探測到這些金屬部件，其輸出的信號可以和里程、軌道不平順同步顯示在軌道檢測波形圖上。由于道口、道岔、橋梁、軌距拉桿等會含有金屬部件大小、形狀、位置不同，ALD信號反應(yīng)就有所區(qū)別。因此根據(jù)ALD信號特征可以識