軌道狀態(tài)檢測概要

1、軌道狀態(tài)檢測 劉 秀 波電話-mail：2007年12月28日2022年4月26日基礎設施檢測研究所第2頁 共 20 頁軌檢車動態(tài)檢查項目軌道不平順動態(tài)檢查的主要設備是軌道檢查車，檢查包括軌道動態(tài)不平順和車輛動態(tài)響應。中國軌檢車檢查項目主要包括左右高低、左右軌向、水平、三角坑、曲線超高、曲線半徑、軌距、車體水平和垂直振動加速度、左右軸箱垂直振動加速度等。軌檢車根據(jù)軌道動態(tài)不平順和車輛動態(tài)響應綜合評價軌道狀態(tài)。新型軌檢車還增加了鋼軌斷面、波磨、斷面磨耗、軌底坡、表面擦傷、道床斷面、線路環(huán)境監(jiān)視等項目檢測。 2022年4月26日基礎設施檢測研究所第3頁 共 20 頁軌檢車

2、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：實際軌距大于標準軌距時軌距偏差為正，反之為負；高低正負：高低向上為正，向下為負；軌向正負：順軌檢車正向，軌向向左為正，向右為負；水平正負：順軌檢車正向，左軌高為正，反之為負；曲率正負：順軌檢車正向，右拐曲線曲率為正，左拐曲線曲率為負；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。 2022年4月26日基礎設施檢測研究所第4頁 共 20 頁軌道不平順定義軌道不平順定

3、義：軌距點 “線規(guī)”規(guī)定實際鋼軌頂面以下鋼軌內側16mm處輪軌接觸點。 目前軌檢車檢測的是16mm點 2022年4月26日基礎設施檢測研究所第5頁 共 20 頁軌道不平順定義軌道不平順定義：軌距 同一軌道橫截面內左右鋼軌兩軌距點之間的最短距離。 目前軌檢車檢測16mm點間距離。2022年4月26日基礎設施檢測研究所第6頁 共 20 頁軌道不平順定義軌道不平順定義：軌向 鋼軌內側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。 可以分別按不同弦長的正矢和不同波長范圍的空間曲線輸出。2022年4月26日基礎設施檢測研究所第7頁 共 20 頁軌道不平順定義軌道不平順定

4、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。 可以分別按不同弦長的正矢和不同波長范圍的空間曲線輸出。2022年4月26日基礎設施檢測研究所第8頁 共 20 頁軌道不平順定義軌道不平順定義：水平、超高 中國水平：同一軌道橫截面上左右鋼軌頂面所在水平面的高度差。不含圓曲線上設置的超高和緩和曲線上超高順坡量。 UIC水平 型軌檢車車相對水平 超高：曲線地段外軌頂面與內軌頂面設計水平高度之差。 2022年4月26日基礎設施檢測研究所第9頁 共 20 頁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2022年4月26日基礎設施

5、檢測研究所第10頁 共 20 頁軌道不平順定義軌道不平順定義：復合不平順 在軌道同一位置上，垂向和橫向不平順共存時稱為軌道復合不平順。目前主要指軌向不平順與水平不平順組合的逆向不平順。 復合不平順的計算如下： 復合不平順 X-1.5Y 式中: X為軌向不平順值； Y為水平不平順值。水平為正，軌向為負，不利情況 2022年4月26日基礎設施檢測研究所第11頁 共 20 頁軌道不平順定義軌道不平順定義：鋼軌斷面磨耗 垂直磨耗：標準鋼軌斷面寬度內側1/3 處實際鋼軌垂向磨耗。 側面磨耗：標準鋼軌頂面以下16mm處實際鋼軌垂向磨耗。 總磨耗：垂直磨耗+1/2側面磨耗側面磨耗側面磨耗2022年4月26日

6、基礎設施檢測研究所第12頁 共 20 頁軌道不平順定義軌道不平順定義：鋼軌波磨 波形磨耗是指鋼軌頂面上出現(xiàn)的波狀不均勻磨耗。按其波長分為短波（或稱波紋型磨耗）和長波（或稱波浪型磨耗）兩種。 波紋型磨耗為波長約50100mm，波幅0.10.4mm的周期性不平順； 波浪型磨耗為波長100mm以上，3000mm 以下，波輻2mm以內的周期性不平順。2022年4月26日基礎設施檢測研究所第13頁 共 20 頁地面標記ALD2022年4月26日基礎設施檢測研究所第14頁 共 20 頁軌道檢測 檢測方式主要分為： 弦測法 慣性基準法 弦測與慣性相結合方法 高低和軌向輸出方式： 正矢（10，20，40m）

7、空間曲線（25m，70m，150m，200m）2022年4月26日基礎設施檢測研究所第15頁 共 20 頁弦正矢和空間曲線2022年4月26日基礎設施檢測研究所第16頁 共 20 頁空間曲線2022年4月26日基礎設施檢測研究所第17頁 共 20 頁弦測法（日本、意大利等）2022年4月26日基礎設施檢測研究所第18頁 共 20 頁慣性基準法 軌道的高低不平順等于質量塊的垂向運動z和質量塊與鋼軌間相對位移h之差。 y = z -h 質量塊在慣性空間的垂向運動z，可以用由加速度計檢測的加速度a經(jīng)過二次積分得到； h 可以用位移傳感器得到。2022年4月26日基礎設施檢測研究所第19頁 共 20

8、頁軌道幾何檢測設備（1）美國KLD LABS公司2022年4月26日基礎設施檢測研究所第20頁 共 20 頁軌道幾何檢測設備（2） 美國IMAGEMAP 公司2022年4月26日基礎設施檢測研究所第21頁 共 20 頁軌道幾何檢測設備（3） 美國 ENSCO 公司2022年4月26日基礎設施檢測研究所第22頁 共 20 頁軌道幾何檢測設備（4） 意大利MERMEC公司弦測法 Track GaugeRolling PlaneCalculated fromReal Rail ProfilesLaser BeamGauge Point 14 mm under Rolling Plane2022年4月

9、26日基礎設施檢測研究所第23頁 共 20 頁軌道幾何檢測設備（5）DB激光三角測量方法2022年4月26日基礎設施檢測研究所第24頁 共 20 頁基于圖像測量的處理方法)11()()()()()()(100000000000010000002222213213212222222222222222222222Tiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiivuyvuxvvyvxuuyuxccbbbaaavuyvuyxvyvyvyx

10、uyuyuyxvuyxvuxvxvyxvxuxuyxuxvyvxyxvyvyxyyyxvyxvxxyxxuyuxyxuyuyxyyyxuyxuxxyxx2022年4月26日基礎設施檢測研究所第25頁 共 20 頁實測軌道不平順2022年4月26日基礎設施檢測研究所第26頁 共 20 頁鋼軌頂面不平順檢測設備（1）ENSCO公司伺服機構三點弦激光測量系統(tǒng)2022年4月26日基礎設施檢測研究所第27頁 共 20 頁鋼軌頂面不平順檢測設備（2）意大利TECNOGAMMA公司激光圖像弦測法2022年4月26日基礎設施檢測研究所第28頁 共 20 頁鋼軌頂面不平順檢測設備（3）德國BENTTEC公司激光

11、圖像測量方法2022年4月26日基礎設施檢測研究所第29頁 共 20 頁鋼軌頂面不平順檢測設備（4） 軸箱加速度二次積分方法，使用該方法的國家有英國、荷蘭、澳大利亞、日本、法國2022年4月26日基礎設施檢測研究所第30頁 共 20 頁鋼軌頂面不平順檢測設備（5） 通過車底板下輪軌噪聲間接評價，使用該方法的國家有英國、德國、日本、法國2022年4月26日基礎設施檢測研究所第31頁 共 20 頁實測鋼軌頂面短波不平順譜2022年4月26日基礎設施檢測研究所第32頁 共 20 頁軌道幾何檢測設備結構圖2022年4月26日基礎設施檢測研究所第33頁 共 20 頁軌道幾何合成傳感器坐標系的定義2022

12、年4月26日基礎設施檢測研究所第34頁 共 20 頁軌距測量 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. 目前要求新引進軌道檢測系統(tǒng)檢測左右兩根鋼軌頂面以下16mm點之間的最短距離.2022年4月26日基礎設施檢測研究所第35頁 共 20 頁軌距變化率計算只要滿足列車通過條件連續(xù)不變軌距小軌距有利車輛動力性能。軌距檢測受標定誤差影響，常產(chǎn)生檢測系統(tǒng)誤差。由相隔2.5m的兩點實際測量的軌距差除以2.5m得到。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

13、和舒適性。 2022年4月26日基礎設施檢測研究所第36頁 共 20 頁日本軌距和軌距變化率標準2022年4月26日基礎設施檢測研究所第37頁 共 20 頁超高、水平和三角坑測量方法超高、水平和三角坑測量方法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：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。GRLbt2022年4月26日基礎設施檢測研究所第38頁 共 20 頁曲率測量方法曲率測量方法 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vvdsdd

14、sdtdtddsdZbbb1dtdbz2022年4月26日基礎設施檢測研究所第39頁 共 20 頁高低和軌向檢測方法 高低和軌向檢測方法本質一樣。 但要通過慣性元件和唯一檢測系統(tǒng)修正垂直面或水平面的加速度和位移量2022年4月26日基礎設施檢測研究所第40頁 共 20 頁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

15、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。2022年4月26日基礎設施檢測研究所第41頁 共 20 頁水準儀測量長波高低與軌檢車檢測結果對比2022年4月26日基礎設施檢測研究所第42頁 共 20 頁軌檢車地面標記識別 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信號反應就有所區(qū)別。因此根據(jù)ALD信號特征可以識別就可以道口、道岔、橋梁、軌距拉桿位置，根據(jù)這些位置可以方

16、便準確地找出軌道病害的位置。 實際應用時可以結合曲率和超高波形圖來共同確定軌道病害位置。 2022年4月26日基礎設施檢測研究所第43頁 共 20 頁道岔區(qū)道岔區(qū)ALD信號特征信號特征 軌檢車直向或側向過道岔時，安裝在軌檢梁上的ALD傳感器經(jīng)過轉轍器尖軌拉桿和導曲線鋼軌或連接部分直股連接鋼軌產(chǎn)生高電壓信號。拉桿較細，ALD反應持續(xù)時間短，ALD信號表現(xiàn)為兩根小刺；導曲線鋼軌和連接部分直股連接鋼軌較粗，ALD反應持續(xù)時間較長，同時ALD通過軌跡斜交鋼軌，因此ALD經(jīng)過導曲線鋼軌和連接部分直股連接鋼軌時產(chǎn)生等邊梯形信號曲線 2022年4月26日基礎設施檢測研究所第44頁 共 20 頁橋頭橋頭ALD

17、信號特征信號特征 軌檢車通過橋時，安裝在軌檢梁上的ALD傳感器在通過橋兩頭護軌梭頭時產(chǎn)生感應產(chǎn)生一對高電壓信號，并且當ALD傳感器偏離軌檢梁中心較大時ALD還能感應到橋梁護軌產(chǎn)生高電壓信號。護軌處ALD信號波動是由于檢測梁隨轉向架橫向擺動引起ALD與護軌距離變化產(chǎn)生的。現(xiàn)在許多新建橋梁無護軌，這時橋梁位置較難識別。橋頭常見的軌道不平順超限是路橋過渡段不均勻下沉產(chǎn)生的高低超限，特別是長波長高低不平順超限。 2022年4月26日基礎設施檢測研究所第45頁 共 20 頁平交道口平交道口ALD信號特征信號特征 平交道口處在軌道中心一般有鋼筋混凝土板和其鋼板約束，當ALD傳感器從上面經(jīng)過時產(chǎn)生感應，產(chǎn)生

18、高電壓信號。平交道口日常較難維修，因此產(chǎn)生空吊，道口常見的病害是三角坑和軌距，但有時因平交道口處因泥土覆蓋在軌距點上產(chǎn)生虛假的小軌距超限。 2022年4月26日基礎設施檢測研究所第46頁 共 20 頁電容枕電容枕ALD信號特征信號特征 當ALD傳感器通過電容枕時產(chǎn)生感應，產(chǎn)生高電壓信號，但持續(xù)時間較短，當ALD增益調節(jié)恰當時能檢測到電容枕位置。 電容枕一般等間距布置，根據(jù)電容枕位置也可以確定軌道病害確切位置。 2022年4月26日基礎設施檢測研究所第47頁 共 20 頁曲率超高特征曲線曲率超高特征曲線 根據(jù)病害相對于曲線距離確定軌道病害位置。 按列車行進方向曲線分左右曲線，右曲線超高曲率均為正

19、，即左軌高。 2022年4月26日基礎設施檢測研究所第48頁 共 20 頁道岔區(qū)處異常軌道不平順道岔區(qū)處異常軌道不平順對于固定性轍叉，軌檢車通過叉心有害空間時，鋼軌實際作用邊不連續(xù)，對于圖像測量方法，檢測的軌距點和高低點實際根據(jù)有害空間處翼軌計算得出，因此軌距、水平、三角坑和一單側鋼軌高低軌向出現(xiàn)尖刺。對于GJ_4(G)型軌檢車，高低仍采用接觸式測量方法，車輪通過有害空間時，由于車輪半徑較大，軌檢車檢測的高低、水平和三角坑不平順波形連續(xù)正常，這時激光點打到翼軌上，單邊軌距異常。對于可動心軌道岔，轍叉區(qū)無有害空間，檢測結果正常。2022年4月26日基礎設施檢測研究所第49頁 共 20 頁尖軌處異

20、常軌道不平順 尖軌處因基本軌刨切或軌檢車通過時尖軌與基本軌不密貼，檢測軌距和一單側軌向波形不連續(xù)。 對于9和12號道岔尖軌處的軌距加寬量，軌檢車由于無法自動識別道岔類型并沒有消除。2022年4月26日基礎設施檢測研究所第50頁 共 20 頁低速側向過岔軌向低速側向過岔軌向 軌檢車低速側向通過道岔導曲線時，由于導曲線不設超高，超高通道信號較小，但導曲線一般半徑較小，曲率信號較大，因此結合ALD信號比較容易確定側向過叉位置。 同時由于沒有設超高和導曲線半徑較小，慣性包內軌向加速度變化較大，軌向平衡能力差，同時由于濾波原因把小半徑曲線的部分成分當作軌向輸出，因此低速側向道岔時的軌向不真實。2022年

21、4月26日基礎設施檢測研究所第51頁 共 20 頁設備故障引起的孤立超限判斷方法設備故障引起的孤立超限判斷方法 孤立的較短的軌道不平順，形狀類似尖刺，屬于異常值，主要因為圖像干擾引起，一般由于只是單側鋼軌斷面受到干擾，其特征主要表現(xiàn)為軌距、水平、三角坑和單側高低和軌向同時出現(xiàn)尖刺，加速度信號并無明顯反應。 2022年4月26日基礎設施檢測研究所第52頁 共 20 頁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，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性較

22、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，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。2022年4月26日基礎設施檢測研究所第53頁 共 20 頁2022年4月26日基礎設施檢測研究所第54頁 共 20 頁陽光干擾陽光干擾 對于采用圖像處理軌道檢測系統(tǒng)，當陽光照射在激光切割斷面上時，將引起圖像處理困難，很難識別實際的鋼軌輪廓，使得檢測波形出現(xiàn)劇烈變化。 有時鋼軌剛打磨完也影響檢測，效果類似陽光干擾。 這種情況一般只出現(xiàn)在單側鋼軌。2022年4月26日基礎設施檢測研究所第55頁 共 20 頁其它干擾其它干擾 對于采用圖像處理軌道

23、檢測系統(tǒng)，因掛紙、泥沙雪等干擾引起激光和檢測圖像不正常，檢測波形產(chǎn)生異常，這種情況為表現(xiàn)單側鋼軌不平順出現(xiàn)異常。 檢測梁松動也是常發(fā)生的設備故障，這種故障引起的超高和曲率變化較明顯，高低和軌向因濾波常常不易覺察。 2022年4月26日基礎設施檢測研究所第56頁 共 20 頁檢測速度對檢測結果的影響（1）2022年4月26日基礎設施檢測研究所第57頁 共 20 頁檢測速度對檢測結果的影響2022年4月26日基礎設施檢測研究所第58頁 共 20 頁檢測速度對檢測結果的影響（1）2022年4月26日基礎設施檢測研究所第59頁 共 20 頁檢測速度對檢測結果的影響2022年4月26日基礎設施檢測研究所

24、第60頁 共 20 頁影響舒適性的振動因素2022年4月26日基礎設施檢測研究所第61頁 共 20 頁舒適性評價方法中國在軌檢時采用幅值評價，車體中國在軌檢時采用幅值評價，車體垂向加速度采用垂向加速度采用20Hz低通慮波，車低通慮波，車體橫向加速度采用體橫向加速度采用10Hz低通慮波。低通慮波。2022年4月26日基礎設施檢測研究所第62頁 共 20 頁曲率變化、長波長軌向、橫向加速度對應關系2022年4月26日基礎設施檢測研究所第63頁 共 20 頁路橋過渡段長波長高低不平順與垂向加速度2022年4月26日基礎設施檢測研究所第64頁 共 20 頁長波長高低不平順與垂向加速度2022年4月26

25、日基礎設施檢測研究所第65頁 共 20 頁軌道狀態(tài)評價方法軌道狀態(tài)評價分為局部幅值評價和區(qū)段質量評價兩類。局部幅值評價包括0/峰值、均/峰值和峰/峰值評價區(qū)段質量評價包括平均值、絕對平均值、標準差、RMS和軌道不平順譜幾種。兩種方法互為補充，共同用于軌道狀態(tài)評價。實測車輛動力響應評價。2022年4月26日基礎設施檢測研究所第66頁 共 20 頁2022年4月26日基礎設施檢測研究所第67頁 共 20 頁2022年4月26日基礎設施檢測研究所第68頁 共 20 頁軌道不平順標準差、百分位數(shù)和最大值的關系234562575125175225275325375里 程 (km)幅值(mm)左 軌 向右

26、 軌 向23456789102575125175225275325375里 程 (km)幅值(mm)左 軌 向右 軌 向2022年4月26日基礎設施檢測研究所第69頁 共 20 頁軌道狀態(tài)新的評價方法隨著列車速度提高，幾個幅值較小的單項不平順組合也可能是病害，組合不平順很難用簡單公式計算評價，采用車輛動態(tài)響應（車輛加速度和輪軌作用力）輔助評價軌道狀態(tài)是目前國內外常用的方法。但實測車輛動態(tài)響應易受到車輛性能和檢測速度影響檢測結果重復性差。通過動力學仿真分析、系統(tǒng)識別和預測方法計算車輛動力響應評價軌道狀態(tài)是目前新的潮流。2022年4月26日基礎設施檢測研究所第70頁 共 20 頁70國外軌道不平順

27、管理標準國外軌道不平順管理標準法國高速鐵路軌道不平順管理標準法國高速鐵路軌道不平順管理標準 2022年4月26日基礎設施檢測研究所第71頁 共 20 頁71國外軌道不平順管理標準國外軌道不平順管理標準法國高速鐵路軌道不平順管理標準法國高速鐵路軌道不平順管理標準 2022年4月26日基礎設施檢測研究所第72頁 共 20 頁72國外軌道不平順管理標準國外軌道不平順管理標準法國高速鐵路軌道不平順管理標準法國高速鐵路軌道不平順管理標準 2022年4月26日基礎設施檢測研究所第73頁 共 20 頁73國外軌道不平順管理標準國外軌道不平順管理標準德國高速鐵路軌道不平順管理標準德國高速鐵路軌道不平順管理標準

28、 2022年4月26日基礎設施檢測研究所第74頁 共 20 頁74國外軌道不平順管理標準國外軌道不平順管理標準德國高速鐵路軌道不平順管理標準德國高速鐵路軌道不平順管理標準 2022年4月26日基礎設施檢測研究所第75頁 共 20 頁75國外軌道不平順管理標準國外軌道不平順管理標準德國高速鐵路軌道不平順管理標準德國高速鐵路軌道不平順管理標準 2022年4月26日基礎設施檢測研究所第76頁 共 20 頁76國外軌道不平順管理標準國外軌道不平順管理標準德國高速鐵路軌道不平順管理標準德國高速鐵路軌道不平順管理標準 2022年4月26日基礎設施檢測研究所第77頁 共 20 頁77國外軌道不平順管理標準國

29、外軌道不平順管理標準德國無碴軌道驗收標準德國無碴軌道驗收標準2022年4月26日基礎設施檢測研究所第78頁 共 20 頁78國外軌道不平順管理標準國外軌道不平順管理標準日本高速鐵路軌道不平順管理標準日本高速鐵路軌道不平順管理標準 日本高速鐵路軌道不平順管理標準：（評價與管理分為五級）日本高速鐵路軌道不平順管理標準：（評價與管理分為五級）驗收目標值：維修作業(yè)和工程施工后應達到的質量目標值。驗收目標值：維修作業(yè)和工程施工后應達到的質量目標值。計劃維修目標值：為在制訂維修計劃時，確定需要進行維修的軌道計劃維修目標值：為在制訂維修計劃時，確定需要進行維修的軌道不平順的管理目標值。不平順的管理目標值。舒適度管理目標值：為確保列車