軌道測量技術

1、軌道檢測技術軌道檢測技術 姓名：華明亞姓名：華明亞 學號：學號：1472135314721353 研究背景 檢測原理 軌道檢測的內容 目錄目錄 軌道檢查車的使用 一、研究背景 鐵路軌道由于其特殊性，使用非常頻繁，所受的應力結構也 非常復雜，很容易造成軌道的磨損，擦傷，疲勞損傷或斷裂， 給列車行進中帶來巨大的安全隱患。因此定期對軌道進行檢測 十分有必要，這樣便于及時發(fā)現(xiàn)修復出現(xiàn)的軌道問題。由于我 國鐵路線很長而且復雜，所以高效，快速，準確是軌道檢測車 重要的衡量標準。 1 軌檢車的發(fā)展概況 70年代以前的軌檢車： 方式：弦測法和接觸檢測小輪來測量軌道的不平順狀況。 缺點：弦測法的測量值隨測量弦的

2、長度與軌道不平順波長 的比值變化，測得的高低等波形，往往與實際軌道不平順 情況有較大的差異。接觸檢測小輪在高速時，因惰性等影 響，誤差較大。 70年代后的軌檢車： 方式：采用慣性基準、無接觸檢測等先進技術，研制成功 用電子計算機自動處理檢測數據、能如實地反映軌道狀態(tài)、 檢測速度達每小時200公里的現(xiàn)代化高速電子軌道檢查。 優(yōu)點：能夠更準確地測出軌道不平順波形，高速軌道檢測 技術中檢測方式、檢測設備可靠性均有較大改善,檢測項目 更加全面。 現(xiàn)代軌檢車： 組成：由檢測和數據處理系統(tǒng)、 發(fā)電供電系統(tǒng)、空氣調 節(jié)系統(tǒng)、儀表工作室、瞭望臺以及走行轉向架等幾部分組 成。 檢測項目：軌道的高低、水平、三角坑

3、、方向、軌距，以 及里程和行車速度等。有的還能測量曲線超高、曲率，以 及高低方向等軌道不平順的變化率、曲線通過的均衡速度 等。 優(yōu)點：提供直觀反映軌道狀態(tài)的波形圖，并能提供經車載 計算機處理打印成的軌道狀態(tài)報告表，以及記錄在磁帶上 的軌道狀態(tài)資料等。有的還可在軌道狀態(tài)嚴重不良和需緊 急補修的地方，直接在軌道上噴上顏色標記。將磁帶記錄 送地面計算機進一步處理，便可編制出各種軌道狀態(tài)管理 圖和軌道整修作業(yè)計劃表 二、檢測原理 1、系統(tǒng)構成 公鐵2用綜合檢測車 車輛平臺供電與控制業(yè)務功能模塊 評價與報表軟件模塊 通 用 車 輛 軌 道 懸 架 發(fā) 電 機 配 電 系 統(tǒng) 定 位 系 統(tǒng) 軌 道 幾

4、何 參 數 鋼 軌 斷 面 限 界 2 2.軌道檢測車的工作原理 以GJ-5型軌道檢測系統(tǒng)為例簡述一下檢測原理 3 GJ-5 型非接觸測量系統(tǒng)檢測梁 該檢測系統(tǒng)的核心傳感器部件是組裝在一個封閉的梁 體中, 便于安裝、檢修和維護。非接觸測量總成安裝在檢 查車底部構架位置。檢測梁內共配置使用10個攝像機、4 個激光器、1 個慣性包, 用于鋼軌斷面的非接觸測量。鋼 軌內、外兩側激光器發(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), 經數字處理后, 擬合成完整的鋼軌斷面圖像, 通過坐標變 換、合成和濾

5、波處理等, 最終獲得合成后的軌道幾何數據 和鋼軌斷面磨耗等參數。 基礎設施檢測數據分析和輔助決策系統(tǒng)結構 軌道平順度檢測 輪軌作用力檢測 噪聲檢測 鋼軌探傷 三、軌道檢測的內容 軌道檢測的主要內容 軌道平順度有以下幾種:高低、軌向、水平、扭曲、軌距等。高低不平順是指 鋼軌頂面沿長度方向的凹凸不平。軌向不平順是指鋼軌側面沿長度方向的凹 凸不平。水平不平順是指左右軌之高差(在曲線部分有超高的情況下，把對應 于正常超高量的增減量稱為水平不平順)。軌距不平順是指左右股鋼軌之間距 離的變化。軌道平順度的檢測就是要對軌道在工作狀態(tài)下的變形進行監(jiān)測， 若軌道的變形偏離鋪設時的精度到一定的程度時，就要對軌道進

6、行維修。 軌道鋪設時對平順度的精度要求是很高的，如高低、軌向和水平不平順都不 能超過2毫米，扭曲不能超過1.5毫米，軌距不能寬2毫米，也不能窄2毫米。 軌道平順度檢測 三、軌道檢測的內容 軌道檢測的主要內容 4 軌距的檢測原理GJ-4型軌檢車所采用的軌距檢測系統(tǒng)為激光光電伺服跟蹤軌距測 量裝置。在測量梁上安裝激光光電傳感器、位移計、驅動馬達及伺服機械。當鋼軌產 生位移，使軌距變化時，光電傳感器感受其變化并輸出相關電信號。經調制解調器處 理后，成為與軌距變化成線形比例的電壓信號，再經過信號處理器、功放、驅動馬達 使光電傳感器在伺服的推動下，發(fā)出的光束投身到左右股鋼軌頂面下16mm處（16mm處

7、是有效位置），跟蹤鋼軌位移。經計算顯示軌距。（光電頭被堵住、就不能檢測軌距、 同時也不檢測方向）。監(jiān)測范圍1415mm-1480mm +45mm、20mm，誤差為1mm。 三、軌道檢測的內容 軌道檢測車平順度的基本原理以GJ-4型軌檢車為例（1） 曲率的檢測原理曲率為一定弦長曲線軌道（如30米）對應的圓心角a，即 度/30m。度數大，曲率大，半徑小。反之，度數小，曲率小，半徑大。軌檢 車通過曲線時、測量軌檢車每通過30米后車體方向角的變化值，計算出軌檢 車通過30米后的相應圓心角的變化值。即曲率。曲率、曲率變化率是檢測曲 線圓度的波形通道。能正確判斷曲線正矢連續(xù)差和曲線的圓度。曲率變化率 的波

8、形通道有突變，正矢肯定不好，（50曲率）=正矢，如：某曲線曲率為 0.46、正矢=500.46=23mm。在直線上存在碎彎，小方向或軌距遞減不好。 三、軌道檢測的內容 軌道檢測車的基本原理以GJ-4型軌檢車為例（2） 水平的檢測原理水平為軌道同一橫斷面內鋼軌頂面之高差。曲線水平稱 為超高。GJ-4型軌檢車采用補償加速度系統(tǒng)測量水平，利用補償加速度系統(tǒng) 測量車體對地垂線滾動角，利用位移計測量車體與軌道相對滾動角，二者結 合計算出軌道傾角。利用兩軌道中心線間距（1500mm）計算出水平值。監(jiān)測 范圍200mm，誤差1.5mm。 高低的檢測原理高低是指鋼軌頂面縱向起伏變化。GJ-4型軌檢車采用慣 性

9、基準的原理測量軌道變化的實際波型，得到高低變化的空間曲線，數據采 集處理系統(tǒng)實時采集數據的間隔距離為0.305m，同時可換算成5米、10米、20 米或其它弦長之測量法測量。測量高低的傳感器除了測量曲率、水平外，另 外還有2個垂直加速度計。通過車體位移，計算出軌面相對慣性空間的位移變 化，進行必要的處理，得到高低數值。監(jiān)測范圍60mm，誤差1.5mm。高低 摸擬弦長18.6米。 三、軌道檢測的內容 軌道檢測車的基本原理以GJ-4型軌檢車為例（3） 方向的檢測原理方向指鋼軌內側面軌距點沿軌道縱向水平位置的變化。 利用左右股軌距測量裝置所測的左右股軌距變化或位移，軌距點相對縱向軌 跡軌向。監(jiān)測范圍1

10、00mm，誤差1.5mm ，模擬弦長18.6米。 扭曲（三角坑）的檢測原理：扭曲反映了鋼軌頂面的平面性。設軌頂面abcd 四個點不在一個平面上，c點到abd三個點組成的平面的垂直距離h為扭曲。扭 曲會使車輪抬高面懸空，使車輛產生3點支撐1點懸空，極易造成脫軌掉道。 扭曲值h為：h=(a-b)-(c-d)，h=h1-h2。h1為軌道橫斷面I-I的水平值， h2為軌道斷面-的水平值，h1-h2為基長L（斷面I-I與斷面II-II之 間距）時兩軌道斷面的水平差。水平已經測出，所以只要按規(guī)定基長取兩斷 面水平差即可計算出扭曲值。 三、軌道檢測的內容 軌道檢測車的基本原理以GJ-4型軌檢車為例（4） 運

11、行的列車與軌道組成一個共同的力學系統(tǒng)，它們緊密地聯(lián)系在一起，并且 相互作用。檢測輪軌相互作用力不僅為機車車輛和軌道的維修提供依據，更 重要的是判斷列車是否有可能脫軌掉道，對保障列車運行安全非常重要。比 如車輪作用于鋼軌的垂直力為P,橫向力為Q.軌道檢查車在運行中連續(xù)測量P和 Q。根據P和Q測值計算出“脫軌系數”和“減載率”兩個重要參數。當檢測的 “脫軌系數”和“減載率”值大于規(guī)定值時，意味著列車有可能脫軌掉道， 危及行車安全。 輪軌作用力檢測 三、軌道檢測的內容 軌道檢測的主要內容 5 高速列車由于速度高，產生的噪聲也相對較大，減少噪聲特別重要。噪聲來 自四個方面:車體周圍空氣噪聲、機車受電弓

12、和導線間摩擦噪聲、結構物振動 噪聲、輪軌相互作用噪聲。輪軌相互作用噪聲尤為突出。鋼軌頂面凹凸不平 或車輪踏面不圓順都會產生噪聲。因此，要使用鋼軌打磨機，定期對鋼軌打 磨，以保證鋼軌頂面平順。同時對車輪踏面圓順也要有一定限制，可有效減 少輪軌相互作用噪聲。 噪聲檢測 三、軌道檢測的內容 軌道檢測的主要內容 6 若鋼軌存在內傷，如裂紋或裂縫，對行車安全危害極大。鋼軌內傷用鋼軌探 傷車檢查。日本東海道新干線“電氣軌道綜合檢測列車”可同時對弓網狀態(tài) 檢測;通信信號狀態(tài)檢測;軌道狀態(tài)檢測。檢測車運行速度每小時240公里。每 10天對新干線檢查一次，為保障新干線安全運行發(fā)揮了重大作用。 鋼軌探傷 三、軌道

13、檢測的內容 軌道檢測的主要內容 7 探測精度（在80km/h的情況下）： 鋼軌頭部橫向裂紋在軌頭任意位置處，最小直徑6mm； 鋼軌頭部及腰部縱向垂直裂紋高度不小于20mm； 鋼軌頭部及腰部縱向水平裂紋最小長度10mm； 螺紋孔裂紋最小裂紋長度8mm； 可探測鋁熱焊接頭內直徑8mm以上的傷損 三、軌道檢測的內容 1.鋼軌傷損檢測系統(tǒng) 8 測量波長要求：0.13m； 測量辦法：慣性法或慣性基準法或弦測法；測量精度：0.1mm； 測量范圍：0.1 3mm；采樣間隔：計算機實時等距離采樣及處理，采樣間隔為20mm； 可靠性要求：可一次性連續(xù)檢測2400km，或連續(xù)工作24h無故障。 分析方法：提出對檢

14、測數據進行整理的方法；輸出要求：能輸出波形圖，存儲原始數 據，輸出鋼軌波磨病害的位置、長度及深度和對應的行車速度，以及200m區(qū)段內波浪 磨耗的標準差，并應記錄在光盤上，系統(tǒng)具有對原始數據進行事后重放功能。 三、軌道檢測的內容 2.鋼軌斷面測量系統(tǒng) 鋼軌探傷車應裝備斷面測量系統(tǒng)。斷面測量系統(tǒng)應能獨立工作，其里程 信息應與傷損檢測系統(tǒng)一致。 3.波浪磨耗檢測系統(tǒng)技術條件 檢查依據確定的評價指標，在一定程度范圍內檢測，評價軌道狀態(tài)和養(yǎng) 護水平 計劃根據不同等級線路提出的安全度和舒適度要求，提出恢復到設計狀 態(tài)所需要進行的維修保養(yǎng)計劃 分析提供輪軌關系在行車、科研、養(yǎng)路等方面的原始數據并進行整理分

15、析，用以加強科學管理，提高養(yǎng)路水平 軌道檢測車的任務 四、軌道檢查車的使用 鐵道部基礎設施檢測中心軌道檢測車，應根據鐵道部運輸局的安排，對容許 速度大于120km/h的線路及其他主要繁忙干線進行定期檢查。 鐵路局軌道檢測車，對容許速度大于120km/h的線路每月檢查不少于2遍（含 鐵道部基礎設施檢測中心軌道檢測車檢查），對于年通過總重不小于 80Mtkm/km的正線1530天檢查一遍，對于年總重為25 80Mtkm/km以內的 正線每月檢查1遍，對于年通過總重小于25Mtkm/km的正線每季度檢查一遍， 對狀態(tài)較差的線路，可以適當增加檢查遍數。 四、軌道檢查車的使用 軌道檢測車的檢測周期 根據

16、運量和線路狀態(tài)確定 回答有關問題 1.以軌道平行度檢測為例,如何消除測量中的檢測系統(tǒng)本身運行誤 差的影響? 參考文獻 1 耿宇真，國內軌道檢測技術概況，J 機器人2009 31 (3):283一 288 2 武漢武大卓越科技有限責任公司，公鐵兩用檢測車測量系統(tǒng) 預 研 報 告，2011年3月 3 魏世斌，劉伶萍，趙延峰，李穎， 王昊，高速軌道檢測系統(tǒng)J. 鐵路技術創(chuàng)新，2012,1:29-32. 4 Chaolong Jiaa，Weixiang 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