轨检车检测资料的分析与应用.ppt

轨检车检测资料的分析与应用,一、概述,轨检车用于工务轨道检测有近百年的历史，是轨道状态检测最主要的方式，尤其是随着铁路运输向提速重载的方向发展，列车对轨道的冲击和破坏日益严重，轨道几何形位变化越来越快，轨检车资料对准确评价线路质量，掌握轨道变化规律，指导工务养护维修有着非常重要的作用和意义。如果工程技术人员和现场作业人员能够正确熟练的掌握轨检车资料的分析与应用，将对提高轨控水平，正确指导养修作业，确保行车安全平稳起到事半功倍的效果。,二、轨检车的检测原理,我们目前使用的轨检车是GJ-4型和5型车，具有精度高，漂移小，重复性好特点，由于采用非接触式测量，计算能力大大提高，检测速度大幅度提高，已全面覆盖检测全局主要干线和提速线路。其检测原理基本一样，主要是采用惯性基准法测量为基础。,惯性基准原理简化图,1、高低、轨向,惯性基准就是当轴箱的上下运动很快时（即底座振动频率大大高于系统的自振频率），质量块M不能追随而保持静止的位置。这个静止位置即为质量弹簧系统的“惯性基准”，或称“惯性零位”。而后根据质量块上的加速度计和测量轴箱位移的位移传感器及速率陀螺等部件来测量并耦合计算得到高低、轨向等参数。此外需要注意的是在检测中，高低项目在列车速度低于5km/h，轨向项目低于24km/h时，均不作检测或检测的数据不准确。,、水平,检测采用补偿加速度系统测量轨道水平倾角（车体底板与水平、车轴的夹角之和）。曲线超高检测与水平检测原理相同，但在曲线内必须扣除设置的超高值才能真实反映曲线真实水平偏差。、轨距是采用光电伺服跟踪原理或钢轨断面检测系统派生出的方法测量。,4、三角坑（轨道扭曲）：由检测的水平值计算得到。5、曲率：定义为一定弦长曲线轨道（取30m）对应之圆心角，即度/30m，度数大，曲率大，半径小。反之，度数小，曲率小半径大。（曲率=1/R）。轨检车通过30m曲线后的相应圆心角的变化角。,三、轨检车报表的识读,轨检车计算机记录的病害结果与绘制的波形图的病害峰值是一一对应，且完全一致。根据轨检车提供的检查记录表和波形图，就可以查找到轨道病害的地点和病害类型。轨检车提供的记录报告主要有四种：轨道超限报告表、曲线摘要报告表、区段总结报告表、轨道质量指数报告表等四种主要检查报告表。,1、轨道超限报告表,超限报告评定的项目：轨距、水平、高低、方向、三角坑、车体垂直振动加速度和横向振动加速度7项。按照偏差等级分为、级。级为保养标准，扣1分，级为舒适度标准，扣5分，级为紧急补修标准，扣100分，级为限速标准，扣300分。按照铁道部重新修订的动态管理（峰值管理）检查评定标准，另外增加了“三率”（轨距变化率、曲率变化率和横加变化率）和70m长波不平顺等舒适度指标，但无、级扣分。偏差评定的各种限值为实际幅值的半峰值，高低、轨向不平顺按实际值评定，水平限值不含曲线上按规定设置的超高值及超高顺坡量，三角坑超限包含缓和曲线超高顺坡造成的扭曲量；固定型辙叉的有害空间部分不检查轨距、轨向。记录表中，“+”号在高低中为“高”，在水平中为“左高”，“”反之。三角坑检测基长为2.4m（或2.5m）。超限位置km+m为超限具体里程，超限长度为超限所在波段延长。,超限报告为工务工程技术人员和现场作业人员提供了线路、级超限的类型、峰值和分布情况，同时将超限的数值、长度也清楚地列出，为现场养修作业提供了工作量，对线路养修有很强的指导作用。上图为时06年10月18日沪昆线（原浙赣线）超限报告表。,2、曲线摘要报告表,曲线是线路的薄弱环节之一，曲线摘要报告是评价轨道结构中曲线地段的整体状态。报告中所列出的检测数据的里程、长度等数据均为轨检车实际检测得到的数据。报告中首先给出了该条曲线中影响列车通行速度的控制点（即曲线中状态最差的一点），这给曲线养修指出了方向；同时报告中的主要参数（如平均半径、超高）与设备图表理论值对比也能对整个曲线技术状态进行评价，从而来确定整治曲线的方法。,3、区段（公里）总结报告表,每公里总结报告，详细列出了各公里几何尺寸各项目扣分情况，如692、693、694公里，可以明显看出导致主要扣分项目，说明这三公里轨面综合状态较差，需要安排综合维修，作业重点要解决高低、水平、三角坑问题。（见下表）,区段总结报告，可以从报告中很方便地掌握受检区段线路总体质量和主要病害类型，从而确定开展针对性地养修作业。,4、轨道质量指数报告表,轨道质量指数报告反映了某一区段线路质量的均衡程度，通常为200m计算评价一次，是这200m线路的轨道质量综合反映，代表某一区段轨道的整体质量。可以为现场工队、巡养站等作业提供指导。如先安排对轨道质量指数高的地段综合养护，并可找到每一公里当中薄弱地段，根据养修能力合理安排。,四、波形分析与应用,（一）识图说明1、轨检车波形图自上而下共12个波形通道，分别为左高低、左轨向、右高低、右轨向、水平（超高）、曲率、轨距、三角坑、垂加、水加、速度、地面标志。2、波形比例尺：高低、轨向、轨距、三角坑为1mm，水平（超高）为6mm，垂加、水加为0.01g；高低、轨向、水平、三角坑、轨距的中线即为0mm。3、地面标志：一种为轨检车ALD感应识别的标志。轨检车车底装有电涡流传感器，在运行过程中能自动检测记录轨道标志物（金属部件）。包括：道口、道岔、桥梁、轨距拉杆等。另一种为轨检车逻辑计算标志：如里程标。图形每一格为100m。地面标志很重要，对消除轨检车累积误差，现场准确查找超限病害有着非常重要的作用。,（二）高低,高接头、低接头、翻浆冒泥是造成轨道短波高低的主要原因，它们会增加机车车辆对轨道的冲击力，对线路的破坏性很大。严重的高低不平顺将引起车轨剧烈地点头和浮沉振动，会使车轮大幅度减载，甚至悬浮。在曲线上或方向不良区段运行时，高低不平顺引起的车轮悬浮可能导致脱轨。此外，高低不平顺的幅值过大，引起钢轨垂向负挠度增大，会使道床阻力显著降低，引发无缝线路胀轨跑道，波长在2m以内的高低偏差，幅值小，波长短，是产生轴箱垂直振动加速的主要原因。波长在10m内左右的高低偏差，主要是使车体产生较大的垂直振动加速度。波长在20m左右的高低偏差，其幅值大，波长长，主要是使车体产生点头振动。当车体振幅和高低偏差值方向相同时，会使车体产生较大的振动加速度。,上图为07年3月8日部轨检车检查京九下行线九江长江大桥线路高低不良地段，此地段为周期性连续多波不平顺，均为幅值为+7mm，-8mm的连续高低不平顺。长波高低不平顺，将引起较大的垂直加速度。,上图为皖赣线连续的接头低扣波形，动态添乘明显感觉到高低短波不平顺起伏和车轮对接头轨端的剧烈撞击。下图为线路严重翻浆冒泥，养护未跟进，轨面呈现严重的高低不良波形。,（三）轨向,轨向不平顺会引起车辆的侧摆、摇头振动，连续的方向不平顺将引起车辆蛇行和滚摆，严重的方向不平顺将引起很大的侧向力，可能使轨枕、扣件不良地段的钢轨倾翻或轨排横移，造成列车脱轨倾覆。轨向不良是造成车体振动加速度(晃车)的主要原因，也是影响高速行车的主要病害。,造成轨向不良的原因,1、钢轨连续S形碎弯和硬弯是造成方向不良的重要原因。2、轨距变化率大，接头支嘴等病害都会造成轨向不良。3、小半径曲线及导曲线，半径小，弯度大，木枕道钉或扣件扭力不达标，接头支嘴，也是方向不良的一个原因。4、长期使用简易拨道法拨道，正矢误差分布不均，形成方向不良。5、超高不合适下股压力增大，也容易造成曲线变形，钢轨磨耗不均，导致产生方向不良，因此要通过计算正确设置超高。、无缝线路地段轨温升高，轨条内部应力分布不均。,根据现场实践经验，我们可以将轨向分为以下几类：,单波（半波）轨向如京九下行K1709（泰和大桥）线路波形图见下图。从图上我们可以看出单波轨向对行车影响有限，不会引起列车连续晃动。消灭处理起来也很方便，只要安排拨道消峰就能控制晃车。,S形轨向,下图为07年月日轨检车检查京九下行线波形图。K1557+825处的轨向在+6mm与-6mm幅值间振荡波形成S型，连续引起出现两处水加，水加波形与轨向波形波峰、波谷对应，列车在进入缓和曲线时车体来回摆动，对行车舒适度影响很大。,多波轨向,连续多波轨向，必然导致车轮产生蛇形运动，使车体连续左右摇晃，出现激振，严重影响运行品质。下图为07年2月部轨检车检查京九下行K1488公里多波轨向不良波形图。,轨向不良不仅发生在直线上，曲线内轨向（正矢）不良也导致曲线大量出现水加，是曲线晃车的一个重要原因，因此要结合波形图认真检查现场曲线的正矢，结合整个曲线的情况进行拨道整治病害。如下图：京九线下行K1597曲线轨检车波形图。,道岔内轨向不良是当前引起道岔晃车的主要原因。如鹰厦线华安站南端岔区添乘检查晃车。轨检车检查波形显示，道岔内连续轨向较多，造成行车不平稳。（见下图）轨向不良，也可能恶化轨距和水平不良。因此，必须及时整治轨向不良地段，保证列车高速、平稳和安全地运行。,我们摘录了沪昆线3月11日轨检车检查下行K532曲线地段和坑口站下行道岔区波形道岔区波形图。通过波形图可以看到，沪昆线坚持高标准精检细修后，道岔、曲线与线路波形无明显区别，线路轨控质量基本实现了均衡。,（四）曲率,1、定义为一定弦长曲线轨道（取30m）对应之圆心角，即度/30m，度数大，曲率大，半径小。反之，度数小，曲率小半径大。（曲率=1/R）。曲率概括的说，就是表示曲线线型的圆顺程度。这个项目在第六次提速以前我们都未引起足够重视，但沪昆线提速过程中，我们逐渐认识到了它的重要性，它有长波特点，低速时对行车影响不大，但对提速线路，尤其是高速线路曲率对行车的影响很大。,2、2006年11月部提速牵引试验结果反映，我局管内沪昆线时速200km/h高速区段，105条曲线在高速情况下晃车严重，轨检车检查曲线内水平加速度、级扣分大量出现。高速轨检车图形显示，曲率不良（曲线线型不良）是导致曲线晃车的主要原因。现场曲线线型未按设计铺设到位，与设计要素不符。,沪昆线下行K839+867K841+414（浙赣线里程为K661+867K663+414）曲线，半径R=2800米。轨检车以170km/h的高速检查时，该曲线出现大量超限：级超限1处，级超限11处，级超限54处。但现场静态检查发现该曲线正矢仍符合维规规定的曲线正矢容许偏差范围，并无严重超限。轨检车资料显示整个曲线曲率严重不良，曲率min=0.27rpk，max=0.44rpk，根据曲率与半径的换算公式K=1/R得到整个曲线半径在R=3700m至R=2270m间来回反复振荡，曲线R变化幅度达到了1430m，曲率波形图呈大振幅的正弦波，曲线线型严重不良。就如同列车在无缓和曲线的复曲线穿行一样，每个波峰或波谷处就出现一个水平加速度超限，动态晃车严重。,为找到有效地曲线整正方法，彻底解决曲线晃车问题，使用经纬仪对既有下行K839曲线平面进行复测计算，得到曲线最大上挑量为270mm,最大下压量为130mm。在06年12月份对沪昆线动态不良的下行K839曲线首次采用精确法整正，取得明显效果。曲率得到很大改善，曲线轨检车高速检查整个曲线级超限仅14处，无、级超限，曲线地段轨检车扣分明显减少，高速行车平稳。整正后的波形图如下：,3、曲率不但有指导曲线养修的作用，还能够判断直线大方向的好坏。通过曲率公式1/R可以反算出线路大方向的曲线半径，实施激光精确拨道整治。如下图：,（五）轨距,主要病害：大轨距、小轨距、轨距不顺（千分率）1、轨距扩大的主要原因(1)、曲线半径小，轨道加强设备不足，特别是在超高设置不当，正矢不良受列车车轮冲击横向压力时，轨距就容易扩大。在铺设木枕的小半径曲线上，轨距也容易扩大。如下图：轨检车检查皖赣线K500曲线时的轨距扩大波形，最大峰值达20mm。,(2)、枕木切压后，没有及时削平和调整轨底坡，或轨枕连续失效，行车时钢轨外倾，或在曲线上钢轨受挤外倾。(3)、道钉磨耗、浮起、离缝，混凝土枕扣件松动失效，扣板未扣压轨底或离缝失去固定轨距的作用。别外，用错轨距挡板等人为因素也会造成轨距扩大。如下图：直线段连续出现的轨距扩大和轨距不良、不顺的病害。,(4)、钢轨硬弯，接头错牙或焊接钢轨时轨头位置没有对正，严重时一端轨距过大，一端轨距过小。(5)、线路一侧有暗坑，没有及时整治，列车长期通过时加大钢轨横向压力，造成轨距扩大。,2、轨距缩小的原因(1)、轨顶磨耗、压溃。(2)、曲线外股钢轨侧磨严重。(3)、混凝土枕与木枕衔接外，轨底坡不一致，造成轨底倾斜。3、轨距对轨向的影响。轨距不良，也会造成一股钢轨的方向不顺直。应先安排改道作业整治该段线路的轨距病害，使轨距值及其递减率满足要求后再安排整正线路方向。07年2月7日部轨检车检查京九下行线K1462公里轨距对轨向的影响波形见下图。,07年2月7日京九线K1475（向西五场的N563道岔）处轨距不良对轨向的影响：,4、影响轨距检测的因素。由于轨距为光电测量，一是当轨道上有杂物（如塑料袋、废纸片、白色污染）等粘连在光电探头前将无法正常检测轨距；二是油污沾在钢轨内侧轨距测量点上将导致测量出虚假轨距值，应预以人工删除。,（六）水平（超高）、三角坑,1、水平不平顺将使车辆产生侧滚振动，导致一侧车轮增载，一侧减载。水平病害不仅表现为静态时的水平误差，更多的表现为因轨道存在暗坑、吊板而造成的水平误差。暗坑、吊板在轨检车动态下能够准确测得，所以现场应充分利用轨检车资料进行整治。但是由于轨检车波形比例的影响（1：6），容易导致识读人员对水平超限的忽视。直线段水平病害：（见下图）,曲线上严重的水平（超高）不平顺。见下图,将曲线波形图放大可以明显发现曲线内超高不稳，水平连续反复变化，曲线内还出现较大反超高，对曲线内行车平稳性影响很大。此外道口、桥头、桥尾、曲线头尾和缓和曲线、道岔前后、尖轨跟端、辙叉心、接头和翻将冒泥等处所，都是水平最容易变化的地段，要注意及时做好整修。,2、三角坑（扭曲）,三角坑检测就是在2.4(或2.5m)距离的水平差，空吊、暗坑对动态检测三角坑影响很大。三角坑会引起轮轨作用力变化，也是影响行车平稳性的主要原因。扭曲不平顺将使转向架出现支承轨减载甚至悬浮的情况。三角坑的高点会使车辆出现侧滚，产生垂直振动加速度；三角坑的低点会使车轮减载，当车轮减载率过大时，还有脱轨的危险。整治三角坑病害，实质就是整治水平不良病害。,曲线内三角坑。,由于小半径曲线超高大，缓和曲线短，造成缓和曲线内超高顺坡率大，形成构造三角坑，此外如上图曲线内水平正负反复较大，出现反超高容易形成三角坑，严重时将危及到行车安全。如鹰厦线K606+800K607+300，连续两个小半径曲线波形图：,道岔内三角坑,道岔内由于辙叉心部位存在有害空间，特别是整铸叉心，心轨、翼轨容易出现垂磨、打塌现象，形成三角坑，同时由于岔内轨件分布较密影响捣固作业，道岔部位空吊、暗坑；较多容易加大三角坑的峰值，对行车平稳性影响较大。如下图：皖赣线塔前站北岔区,（七）水平及垂直加速度,车体加速度是评价车辆运行平稳性和乘坐舒适性的重要指标，综合反映轨道几何的技术状态。车体垂直振动加速度和水平振动加速度是机车车辆对轨道几何偏差的动力响应，也是对机车车辆运行的平稳性测量。产生垂直加速度的地段轨道高低不良，捣固质量不好，空吊，高低接头、低扣等；造成车体产生水平加速度的地点，大部分是方向、水平不良，如直线方向、曲线不圆顺、钢轨硬弯、钢轨错牙或轨距超限或递减不均等。（如前图所示）。,加速度与速度是成正比关系的。在同样条件下，以不同的速度通过同一个病害地段时，车体产生的振动加速度不同。车体振动加速度的产生，与线路上部技术状态的优劣和列车运行速度的高低有密切的关系。实际上，车体振动加速度往往是几种病害互相影响、互相叠加后的结果。车体振动加速度反映的病害有时较单项波形引起的病害严重，这是由于各种病害互相叠加的结果。道岔、曲线是产生车体振动加速度的主要场所。对轨向引起的水平加速度值可以用以下公式近似计算。,直线上轨向不平顺，同样会产生离心力，由于不存在超高，使得列车产生了相应的未被平衡离心力及水平加速度a。利用曲率与半径关系可近似采用曲线超高计算公式计算欠超高值（所需超高值），H=11.8v2/R水平加速度与平衡超高的关系，即a=h/153。从理论上讲，超高值153mm可与1m/s2的离心加速度相平衡。因此可推算轨向与水平逆相位复合不平顺产生的水加为：a=a1a2(即轨向产生的水加a1 水平产生的水加a2）事实上，当列车通过轨向不平顺区域时，车体会倾向不平顺方向一侧，从而该侧弹簧压缩而相当于增大了未被平衡离心加速度，轨检车在动态检测中测得的实际水平加速度也包含这个数值。（也就是道岔导曲线不得存在反水平的原因）,（八）超限病害的准确查找,动态超限的现场准确查找一直是困绕现场生产人员的一个难题，我们完全可以利用轨检车波形图来现场准确定位，找到超限点并及时消灭。利用轨检车图形的地面标志特征。地面标志道口、道岔、桥梁、轨距拉杆等是我们准确查找病害的所借助的重要手段。下图为利用桥梁护轨准确找到超限位置。,充分利用轨检车波形图的特征点,波形图上的特征点（如曲线起讫点等）也是我们借助的另一个重要手段。07年3月8日轨检车检测京九下行1382+506一处高低二级超限，峰值14.7mm。利用曲线ZH、HZ等特征点现场查找直观的特点，可以计算出ZH点与超限点的距离为68m,超限位于缓和曲线内，因此很容易就能准确找到超限位置。,（九）波形对比分析,新5型轨检车的波形图查看工具，具有波形对比分析功能。可以很直观地对任意前后两次轨检车的波形图进行对比分析，从而掌握线路几何尺寸变化规律，对指导线路养修有着非常重要的作用。下图为08年1月、2月份京九线轨检车波形图对比操作。通过线路特征点，可以对将两次波形完全进行重合对比。从而准确掌握一个检测周期内的轨道几何尺寸变化情况。,（十）舒适度指标说明,自本年度6月份起，轨检车增加了70m高低、70m轨向、轨距变化率、曲率变化率、横加变化率五个评分项目，增加后我们轨检车扣分大量增加，说明我们的线路舒适性不高。需要进一步提高轨控标准。1、轨距变化率（高速维规标准1mm）：由相隔2.5m（基长）的两点实际测量的轨距差除以2.5m，选择2.5m主要考虑车辆轴距和滤波。轨距变化率直接影响轮轨接触几何，危机行车安全和舒适性，如岔区。因此根据型轨枕间距，制定连续5根轨枕的轨距控制在1mm以内。,2、曲率变化率（高速维规标准1.2）：由相隔18m的两点实际测量的曲率差除以18m，选择18m主要考虑车辆定距。曲率可以通过测量20m正矢得到，简化近似公式为，为曲率（1/m），为20m正矢（mm），曲率变化率=(C1C2)/18。根据静态复核情况来看直线地段主要是轨距和长大轨向；曲线主要为小轨向（20m内的正矢不良）和轨距不顺。因此制定控制标准为在18m间隔两点实际测量的正矢差不大于1mm。3、横向加速度变化率：由相隔18m的两点实际测量的横向加速度差除以18m走行时间，选择18m主要考虑车辆定距。与曲率变化率、超高（水平）变化及轨距变化率均相关。,4、70m长波高低和轨向不平顺：1.570m是长波高低和轨向不平顺随机信号所包含的波长范围。以往轨检车检测输出和评价的高低和轨向波长范围是1.542m。对于160km/h以下线路1.542m波长范围的高低和轨向不平顺足以反映影响行车安全和舒适性。但160km/h以上线路1.542m波长范围的高低和轨向不平顺主要反映行车安全影响，考虑舒适性必须而且重点考虑70m波长范围的高低和轨向不平顺。,