軌道測(cè)量技術(shù)講義知識(shí)講解

1、軌道測(cè)量技術(shù)講義一、研究背景 鐵路軌道由于其特殊性，使用非常頻繁，所受的應(yīng)力結(jié)構(gòu)也非常復(fù)雜，很容易造成軌道的磨損，擦傷，疲勞損傷或斷裂，給列車(chē)行進(jìn)中帶來(lái)巨大的安全隱患。因此定期對(duì)軌道進(jìn)行檢測(cè)十分有必要，這樣便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)修復(fù)出現(xiàn)的軌道問(wèn)題。由于我國(guó)鐵路線很長(zhǎng)而且復(fù)雜，所以高效，快速，準(zhǔn)確是軌道檢測(cè)車(chē)重要的衡量標(biāo)準(zhǔn)。1軌檢車(chē)的發(fā)展概況 70年代以前的軌檢車(chē)：方式：弦測(cè)法和接觸檢測(cè)小輪來(lái)測(cè)量軌道的不平順狀況。缺點(diǎn)：弦測(cè)法的測(cè)量值隨測(cè)量弦的長(zhǎng)度與軌道不平順波長(zhǎng)的比值變化，測(cè)得的高低等波形，往往與實(shí)際軌道不平順情況有較大的差異。接觸檢測(cè)小輪在高速時(shí)，因惰性等影響，誤差較大。 70年代后的軌檢車(chē)：方式：采

2、用慣性基準(zhǔn)、無(wú)接觸檢測(cè)等先進(jìn)技術(shù)，研制成功用電子計(jì)算機(jī)自動(dòng)處理檢測(cè)數(shù)據(jù)、能如實(shí)地反映軌道狀態(tài)、檢測(cè)速度達(dá)每小時(shí)200公里的現(xiàn)代化高速電子軌道檢查。優(yōu)點(diǎn)：能夠更準(zhǔn)確地測(cè)出軌道不平順波形，高速軌道檢測(cè)技術(shù)中檢測(cè)方式、檢測(cè)設(shè)備可靠性均有較大改善,檢測(cè)項(xiàng)目更加全面?，F(xiàn)代軌檢車(chē)：組成：由檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、 發(fā)電供電系統(tǒng)、空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)、儀表工作室、瞭望臺(tái)以及走行轉(zhuǎn)向架等幾部分組成。檢測(cè)項(xiàng)目：軌道的高低、水平、三角坑、方向、軌距，以及里程和行車(chē)速度等。有的還能測(cè)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(guò)的均衡速度等。優(yōu)點(diǎn)：提供直觀反映軌道狀態(tài)的波形圖，并能提供經(jīng)車(chē)載計(jì)算機(jī)處理打印成的軌道

3、狀態(tài)報(bào)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(yán)重不良和需緊急補(bǔ)修的地方，直接在軌道上噴上顏色標(biāo)記。將磁帶記錄送地面計(jì)算機(jī)進(jìn)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(jì)劃表二、檢測(cè)原理 1、系統(tǒng)構(gòu)成公鐵2用綜合檢測(cè)車(chē)車(chē)輛平臺(tái)供電與控制業(yè)務(wù)功能模塊評(píng)價(jià)與報(bào)表軟件模塊通用車(chē)輛軌道懸架發(fā)電機(jī)配電系統(tǒng)定位系統(tǒng)軌道幾何參數(shù)鋼軌斷面限界22.軌道檢測(cè)車(chē)的工作原理 以GJ-5型軌道檢測(cè)系統(tǒng)為例簡(jiǎn)述一下檢測(cè)原理3GJ-5 型非接觸測(cè)量系統(tǒng)檢測(cè)梁 該檢測(cè)系統(tǒng)的核心傳感器部件是組裝在一個(gè)封閉的梁體中, 便于安裝、檢修和維護(hù)。非接觸測(cè)量總成安裝在檢查車(chē)底部構(gòu)架位置。檢測(cè)梁內(nèi)共配置使用10

4、個(gè)攝像機(jī)、4 個(gè)激光器、1 個(gè)慣性包, 用于鋼軌斷面的非接觸測(cè)量。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(shí), 斷面和軌距攝像機(jī)捕捉到激光線的圖像, 視頻圖像輸出到VMEbus 計(jì)算機(jī)系統(tǒng), 經(jīng)數(shù)字處理后, 擬合成完整的鋼軌斷面圖像, 通過(guò)坐標(biāo)變換、合成和濾波處理等, 最終獲得合成后的軌道幾何數(shù)據(jù)和鋼軌斷面磨耗等參數(shù)?；A(chǔ)設(shè)施檢測(cè)數(shù)據(jù)分析和輔助決策系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 軌道平順度檢測(cè) 輪軌作用力檢測(cè) 噪聲檢測(cè) 鋼軌探傷 三、軌道檢測(cè)的內(nèi)容軌道檢測(cè)的主要內(nèi)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(zhǎng)度方向的凹凸不平。軌向不平順

5、是指鋼軌側(cè)面沿長(zhǎng)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(duì)應(yīng)于正常超高量的增減量稱(chēng)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(cè)就是要對(duì)軌道在工作狀態(tài)下的變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，若軌道的變形偏離鋪設(shè)時(shí)的精度到一定的程度時(shí)，就要對(duì)軌道進(jìn)行維修。軌道鋪設(shè)時(shí)對(duì)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(guò)2毫米，扭曲不能超過(guò)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(cè)三、軌道檢測(cè)的內(nèi)容軌道檢測(cè)的主要內(nèi)容4軌距的檢測(cè)原理GJ-4型軌檢車(chē)所采用的軌距檢測(cè)系統(tǒng)為激光光電伺服跟蹤軌距測(cè)量裝置。在測(cè)量梁上安裝激光光電傳感器、位移計(jì)

6、、驅(qū)動(dòng)馬達(dá)及伺服機(jī)械。當(dāng)鋼軌產(chǎn)生位移，使軌距變化時(shí)，光電傳感器感受其變化并輸出相關(guān)電信號(hào)。經(jīng)調(diào)制解調(diào)器處理后，成為與軌距變化成線形比例的電壓信號(hào)，再經(jīng)過(guò)信號(hào)處理器、功放、驅(qū)動(dòng)馬達(dá)使光電傳感器在伺服的推動(dòng)下，發(fā)出的光束投身到左右股鋼軌頂面下16mm處（16mm處是有效位置），跟蹤鋼軌位移。經(jīng)計(jì)算顯示軌距。（光電頭被堵住、就不能檢測(cè)軌距、同時(shí)也不檢測(cè)方向）。監(jiān)測(cè)范圍1415mm-1480mm +45mm、20mm，誤差為1mm。三、軌道檢測(cè)的內(nèi)容軌道檢測(cè)車(chē)平順度的基本原理以GJ-4型軌檢車(chē)為例（1）曲率的檢測(cè)原理曲率為一定弦長(zhǎng)曲線軌道（如30米）對(duì)應(yīng)的圓心角a，即度/30m。度數(shù)大，曲率大，半徑小

7、。反之，度數(shù)小，曲率小，半徑大。軌檢車(chē)通過(guò)曲線時(shí)、測(cè)量軌檢車(chē)每通過(guò)30米后車(chē)體方向角的變化值，計(jì)算出軌檢車(chē)通過(guò)30米后的相應(yīng)圓心角的變化值。即曲率。曲率、曲率變化率是檢測(cè)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(cè)的內(nèi)容軌道檢測(cè)車(chē)的基本原理以GJ-4型軌檢車(chē)為例（2）水平的檢測(cè)原理水平為軌道同一橫斷面內(nèi)鋼軌頂面之高差。曲線水平稱(chēng)為超高。GJ-4型軌檢車(chē)采用補(bǔ)償加速度系統(tǒng)測(cè)量水平，利用補(bǔ)償加速度系統(tǒng)測(cè)量車(chē)體對(duì)地垂

8、線滾動(dòng)角，利用位移計(jì)測(cè)量車(chē)體與軌道相對(duì)滾動(dòng)角，二者結(jié)合計(jì)算出軌道傾角。利用兩軌道中心線間距（1500mm）計(jì)算出水平值。監(jiān)測(cè)范圍200mm，誤差1.5mm。高低的檢測(cè)原理高低是指鋼軌頂面縱向起伏變化。GJ-4型軌檢車(chē)采用慣性基準(zhǔn)的原理測(cè)量軌道變化的實(shí)際波型，得到高低變化的空間曲線，數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)的間隔距離為0.305m，同時(shí)可換算成5米、10米、20米或其它弦長(zhǎng)之測(cè)量法測(cè)量。測(cè)量高低的傳感器除了測(cè)量曲率、水平外，另外還有2個(gè)垂直加速度計(jì)。通過(guò)車(chē)體位移，計(jì)算出軌面相對(duì)慣性空間的位移變化，進(jìn)行必要的處理，得到高低數(shù)值。監(jiān)測(cè)范圍60mm，誤差1.5mm。高低摸擬弦長(zhǎng)18.6米。三、軌道

9、檢測(cè)的內(nèi)容軌道檢測(cè)車(chē)的基本原理以GJ-4型軌檢車(chē)為例（3）方向的檢測(cè)原理方向指鋼軌內(nèi)側(cè)面軌距點(diǎn)沿軌道縱向水平位置的變化。利用左右股軌距測(cè)量裝置所測(cè)的左右股軌距變化或位移，軌距點(diǎn)相對(duì)縱向軌跡軌向。監(jiān)測(cè)范圍100mm，誤差1.5mm ，模擬弦長(zhǎng)18.6米。扭曲（三角坑）的檢測(cè)原理：扭曲反映了鋼軌頂面的平面性。設(shè)軌頂面abcd四個(gè)點(diǎn)不在一個(gè)平面上，c點(diǎn)到abd三個(gè)點(diǎn)組成的平面的垂直距離h為扭曲。扭曲會(huì)使車(chē)輪抬高面懸空，使車(chē)輛產(chǎn)生3點(diǎn)支撐1點(diǎn)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(zhǎng)L（斷面

10、I-I與斷面II-II之間距）時(shí)兩軌道斷面的水平差。水平已經(jīng)測(cè)出，所以只要按規(guī)定基長(zhǎng)取兩斷面水平差即可計(jì)算出扭曲值。三、軌道檢測(cè)的內(nèi)容軌道檢測(cè)車(chē)的基本原理以GJ-4型軌檢車(chē)為例（4）運(yùn)行的列車(chē)與軌道組成一個(gè)共同的力學(xué)系統(tǒng)，它們緊密地聯(lián)系在一起，并且相互作用。檢測(cè)輪軌相互作用力不僅為機(jī)車(chē)車(chē)輛和軌道的維修提供依據(jù)，更重要的是判斷列車(chē)是否有可能脫軌掉道，對(duì)保障列車(chē)運(yùn)行安全非常重要。比如車(chē)輪作用于鋼軌的垂直力為P,橫向力為Q.軌道檢查車(chē)在運(yùn)行中連續(xù)測(cè)量P和Q。根據(jù)P和Q測(cè)值計(jì)算出“脫軌系數(shù)”和“減載率”兩個(gè)重要參數(shù)。當(dāng)檢測(cè)的“脫軌系數(shù)”和“減載率”值大于規(guī)定值時(shí)，意味著列車(chē)有可能脫軌掉道，危及行車(chē)安全

11、。輪軌作用力檢測(cè)三、軌道檢測(cè)的內(nèi)容軌道檢測(cè)的主要內(nèi)容5高速列車(chē)由于速度高，產(chǎn)生的噪聲也相對(duì)較大，減少噪聲特別重要。噪聲來(lái)自四個(gè)方面:車(chē)體周?chē)諝庠肼?、機(jī)車(chē)受電弓和導(dǎo)線間摩擦噪聲、結(jié)構(gòu)物振動(dòng)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(chē)輪踏面不圓順都會(huì)產(chǎn)生噪聲。因此，要使用鋼軌打磨機(jī)，定期對(duì)鋼軌打磨，以保證鋼軌頂面平順。同時(shí)對(duì)車(chē)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(cè)三、軌道檢測(cè)的內(nèi)容軌道檢測(cè)的主要內(nèi)容6若鋼軌存在內(nèi)傷，如裂紋或裂縫，對(duì)行車(chē)安全危害極大。鋼軌內(nèi)傷用鋼軌探傷車(chē)檢查。日本東海道新干線“電氣軌道綜合檢測(cè)列車(chē)”可同時(shí)對(duì)弓網(wǎng)狀態(tài)檢測(cè);通信信號(hào)狀

12、態(tài)檢測(cè);軌道狀態(tài)檢測(cè)。檢測(cè)車(chē)運(yùn)行速度每小時(shí)240公里。每10天對(duì)新干線檢查一次，為保障新干線安全運(yùn)行發(fā)揮了重大作用。鋼軌探傷三、軌道檢測(cè)的內(nèi)容軌道檢測(cè)的主要內(nèi)容7探測(cè)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(zhǎng)度10mm；螺紋孔裂紋最小裂紋長(zhǎng)度8mm；可探測(cè)鋁熱焊接頭內(nèi)直徑8mm以上的傷損三、軌道檢測(cè)的內(nèi)容1.鋼軌傷損檢測(cè)系統(tǒng)8測(cè)量波長(zhǎng)要求：0.13m；測(cè)量辦法：慣性法或慣性基準(zhǔn)法或弦測(cè)法；測(cè)量精度：0.1mm；測(cè)量范圍：0.1 3mm；采樣間隔：計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)等距離采樣及處理，采樣

13、間隔為20mm；可靠性要求：可一次性連續(xù)檢測(cè)2400km，或連續(xù)工作24h無(wú)故障。分析方法：提出對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理的方法；輸出要求：能輸出波形圖，存儲(chǔ)原始數(shù)據(jù)，輸出鋼軌波磨病害的位置、長(zhǎng)度及深度和對(duì)應(yīng)的行車(chē)速度，以及200m區(qū)段內(nèi)波浪磨耗的標(biāo)準(zhǔn)差，并應(yīng)記錄在光盤(pán)上，系統(tǒng)具有對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行事后重放功能。三、軌道檢測(cè)的內(nèi)容2.鋼軌斷面測(cè)量系統(tǒng)鋼軌探傷車(chē)應(yīng)裝備斷面測(cè)量系統(tǒng)。斷面測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)能獨(dú)立工作，其里程信息應(yīng)與傷損檢測(cè)系統(tǒng)一致。3.波浪磨耗檢測(cè)系統(tǒng)技術(shù)條件檢查依據(jù)確定的評(píng)價(jià)指標(biāo)，在一定程度范圍內(nèi)檢測(cè)，評(píng)價(jià)軌道狀態(tài)和養(yǎng)護(hù)水平計(jì)劃根據(jù)不同等級(jí)線路提出的安全度和舒適度要求，提出恢復(fù)到設(shè)計(jì)狀態(tài)所需要進(jìn)行的

14、維修保養(yǎng)計(jì)劃分析提供輪軌關(guān)系在行車(chē)、科研、養(yǎng)路等方面的原始數(shù)據(jù)并進(jìn)行整理分析，用以加強(qiáng)科學(xué)管理，提高養(yǎng)路水平軌道檢測(cè)車(chē)的任務(wù)四、軌道檢查車(chē)的使用鐵道部基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)中心軌道檢測(cè)車(chē)，應(yīng)根據(jù)鐵道部運(yùn)輸局的安排，對(duì)容許速度大于120km/h的線路及其他主要繁忙干線進(jìn)行定期檢查。鐵路局軌道檢測(cè)車(chē)，對(duì)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(chǔ)設(shè)施檢測(cè)中心軌道檢測(cè)車(chē)檢查），對(duì)于年通過(guò)總重不小于80Mtkm/km的正線1530天檢查一遍，對(duì)于年總重為25 80Mtkm/km以?xún)?nèi)的正線每月檢查1遍，對(duì)于年通過(guò)總重小于25Mtkm/km的正線每季度檢查一遍，對(duì)狀態(tài)較差的線路，可以適當(dāng)增加檢查

15、遍數(shù)。四、軌道檢查車(chē)的使用軌道檢測(cè)車(chē)的檢測(cè)周期根據(jù)運(yùn)量和線路狀態(tài)確定 回答有關(guān)問(wèn)題1.以軌道平行度檢測(cè)為例,如何消除測(cè)量中的檢測(cè)系統(tǒng)本身運(yùn)行誤差的影響? 參考文獻(xiàn)1 耿宇真，國(guó)內(nèi)軌道檢測(cè)技術(shù)概況，J 機(jī)器人2009 31 (3):283一2882 武漢武大卓越科技有限責(zé)任公司，公鐵兩用檢測(cè)車(chē)測(cè)量系統(tǒng)預(yù) 研 報(bào) 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(cè)系統(tǒng)J.鐵路技術(shù)創(chuàng)新，2012,1:29-32.4 Chaolong Jiaa，Weixiang Xub， Hanning Wanga，Analysis and forecast of track composite

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