軌檢車檢測資料的分析與應用

軌檢車檢測資料的分析與應用

一、概述軌檢車用于工務軌道檢測有近百年的歷史，是軌道狀態(tài)檢測最主要的方式，尤其是隨著鐵路運輸向提速重載的方向發(fā)展，列車對軌道的沖擊和破壞日益嚴重，軌道幾何形位變化越來越快，軌檢車資料對準確評價線路質(zhì)量，掌握軌道變化規(guī)律，指導工務養(yǎng)護維修有著非常重要的作用和意義。如果工程技術人員和現(xiàn)場作業(yè)人員能夠正確熟練的掌握軌檢車資料的分析與應用，將對提高軌控水平，正確指導養(yǎng)修作業(yè)，確保行車安全平穩(wěn)起到事半功倍的效果。二、軌檢車的檢測原理我們目前使用的軌檢車是GJ-4型和5型車，具有精度高，漂移小，重復性好特點，由于采用非接觸式測量，計算能力大大提高，檢測速度大幅度提高，已全面覆蓋檢測全局主要干線和提速線路。其檢測原理基本一樣，主要是采用慣性基準法測量為基礎。慣性基準原理簡化圖1、高低、軌向

慣性基準就是當軸箱的上下運動很快時（即底座振動頻率大大高于系統(tǒng)的自振頻率），質(zhì)量塊M不能追隨而保持靜止的位置。這個靜止位置即為質(zhì)量——彈簧系統(tǒng)的“慣性基準”，或稱“慣性零位”。而后根據(jù)質(zhì)量塊上的加速度計和測量軸箱位移的位移傳感器及速率陀螺等部件來測量并耦合計算得到高低、軌向等參數(shù)。此外需要注意的是在檢測中，高低項目在列車速度低于5km/h，軌向項目低于24km/h時，均不作檢測或檢測的數(shù)據(jù)不準確。２、水平檢測采用補償加速度系統(tǒng)測量軌道水平傾角（車體底板與水平、車軸的夾角之和）。曲線超高檢測與水平檢測原理相同，但在曲線內(nèi)必須扣除設置的超高值才能真實反映曲線真實水平偏差。３、軌距是采用光電伺服跟蹤原理或鋼軌斷面檢測系統(tǒng)派生出的方法測量。4、三角坑（軌道扭曲）：由檢測的水平值計算得到。5、曲率：定義為一定弦長曲線軌道（取30m）對應之圓心角θ，即度/30m，度數(shù)大，曲率大，半徑小。反之，度數(shù)小，曲率小半徑大。（曲率=1/R）。軌檢車通過30m曲線后的相應圓心角θ的變化角。三、軌檢車報表的識讀軌檢車計算機記錄的病害結果與繪制的波形圖的病害峰值是一一對應，且完全一致。根據(jù)軌檢車提供的檢查記錄表和波形圖，就可以查找到軌道病害的地點和病害類型。軌檢車提供的記錄報告主要有四種：《軌道超限報告表》、《曲線摘要報告表》、《區(qū)段總結報告表》、《軌道質(zhì)量指數(shù)報告表》等四種主要檢查報告表。1、軌道超限報告表超限報告評定的項目：軌距、水平、高低、方向、三角坑、車體垂直振動加速度和橫向振動加速度7項。按照偏差等級分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級。Ⅰ級為保養(yǎng)標準，扣1分，Ⅱ級為舒適度標準，扣5分，Ⅲ級為緊急補修標準，扣100分，Ⅳ級為限速標準，扣300分。按照鐵道部重新修訂的動態(tài)管理（峰值管理）檢查評定標準，另外增加了“三率”（軌距變化率、曲率變化率和橫加變化率）和70m長波不平順等舒適度指標，但無Ⅲ、Ⅳ級扣分。偏差評定的各種限值為實際幅值的半峰值，高低、軌向不平順按實際值評定，水平限值不含曲線上按規(guī)定設置的超高值及超高順坡量，三角坑超限包含緩和曲線超高順坡造成的扭曲量；固定型轍叉的有害空間部分不檢查軌距、軌向。記錄表中，“+”號在高低中為“高”，在水平中為“左高”，“－”反之。三角坑檢測基長為2.4m（或2.5m）。超限位置km+m為超限具體里程，超限長度為超限所在波段延長。超限報告為工務工程技術人員和現(xiàn)場作業(yè)人員提供了線路Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級超限的類型、峰值和分布情況，同時將超限的數(shù)值、長度也清楚地列出，為現(xiàn)場養(yǎng)修作業(yè)提供了工作量，對線路養(yǎng)修有很強的指導作用。上圖為時06年10月18日滬昆線（原浙贛線）超限報告表。2、曲線摘要報告表曲線是線路的薄弱環(huán)節(jié)之一，曲線摘要報告是評價軌道結構中曲線地段的整體狀態(tài)。報告中所列出的檢測數(shù)據(jù)的里程、長度等數(shù)據(jù)均為軌檢車實際檢測得到的數(shù)據(jù)。報告中首先給出了該條曲線中影響列車通行速度的控制點（即曲線中狀態(tài)最差的一點），這給曲線養(yǎng)修指出了方向；同時報告中的主要參數(shù)（如平均半徑、超高）與設備圖表理論值對比也能對整個曲線技術狀態(tài)進行評價，從而來確定整治曲線的方法。3、區(qū)段（公里）總結報告表每公里總結報告，詳細列出了各公里幾何尺寸各項目扣分情況，如Ｋ692、Ｋ693、Ｋ694公里，可以明顯看出導致主要扣分項目，說明這三公里軌面綜合狀態(tài)較差，需要安排綜合維修，作業(yè)重點要解決高低、水平、三角坑問題。（見下表）區(qū)段總結報告，可以從報告中很方便地掌握受檢區(qū)段線路總體質(zhì)量和主要病害類型，從而確定開展針對性地養(yǎng)修作業(yè)。4、軌道質(zhì)量指數(shù)報告表軌道質(zhì)量指數(shù)報告反映了某一區(qū)段線路質(zhì)量的均衡程度，通常為200m計算評價一次，是這200m線路的軌道質(zhì)量綜合反映，代表某一區(qū)段軌道的整體質(zhì)量?？梢詾楝F(xiàn)場工隊、巡養(yǎng)站等作業(yè)提供指導。如先安排對軌道質(zhì)量指數(shù)高的地段綜合養(yǎng)護，并可找到每一公里當中薄弱地段，根據(jù)養(yǎng)修能力合理安排。四、波形分析與應用（一）識圖說明1、軌檢車波形圖自上而下共12個波形通道，分別為左高低、左軌向、右高低、右軌向、水平（超高）、曲率、軌距、三角坑、垂加、水加、速度、地面標志。2、波形比例尺：高低、軌向、軌距、三角坑為1mm，水平（超高）為6mm，垂加、水加為0.01g；高低、軌向、水平、三角坑、軌距的中線即為0mm。

3、地面標志：一種為軌檢車ALD感應識別的標志。軌檢車車底裝有電渦流傳感器，在運行過程中能自動檢測記錄軌道標志物（金屬部件）。包括：道口、道岔、橋梁、軌距拉桿等。另一種為軌檢車邏輯計算標志：如里程標。圖形每一格為100m。地面標志很重要，對消除軌檢車累積誤差，現(xiàn)場準確查找超限病害有著非常重要的作用。（二）高低

高接頭、低接頭、翻漿冒泥是造成軌道短波高低的主要原因，它們會增加機車車輛對軌道的沖擊力，對線路的破壞性很大。嚴重的高低不平順將引起車軌劇烈地點頭和浮沉振動，會使車輪大幅度減載，甚至懸浮。在曲線上或方向不良區(qū)段運行時，高低不平順引起的車輪懸浮可能導致脫軌。此外，高低不平順的幅值過大，引起鋼軌垂向負撓度增大，會使道床阻力顯著降低，引發(fā)無縫線路脹軌跑道，波長在2m以內(nèi)的高低偏差，幅值小，波長短，是產(chǎn)生軸箱垂直振動加速的主要原因。波長在10m內(nèi)左右的高低偏差，主要是使車體產(chǎn)生較大的垂直振動加速度。波長在20m左右的高低偏差，其幅值大，波長長，主要是使車體產(chǎn)生點頭振動。當車體振幅和高低偏差值方向相同時，會使車體產(chǎn)生較大的振動加速度。上圖為07年3月8日部軌檢車檢查京九下行線九江長江大橋線路高低不良地段，此地段為周期性連續(xù)多波不平順，均為幅值為+7mm，-8mm的連續(xù)高低不平順。長波高低不平順，將引起較大的垂直加速度。上圖為皖贛線連續(xù)的接頭低扣波形，動態(tài)添乘明顯感覺到高低短波不平順起伏和車輪對接頭軌端的劇烈撞擊。下圖為線路嚴重翻漿冒泥，養(yǎng)護未跟進，軌面呈現(xiàn)嚴重的高低不良波形。（三）軌向軌向不平順會引起車輛的側擺、搖頭振動，連續(xù)的方向不平順將引起車輛蛇行和滾擺，嚴重的方向不平順將引起很大的側向力，可能使軌枕、扣件不良地段的鋼軌傾翻或軌排橫移，造成列車脫軌傾覆。軌向不良是造成車體振動加速度(晃車)的主要原因，也是影響高速行車的主要病害。造成軌向不良的原因1、鋼軌連續(xù)S形碎彎和硬彎是造成方向不良的重要原因。2、軌距變化率大，接頭支嘴等病害都會造成軌向不良。3、小半徑曲線及導曲線，半徑小，彎度大，木枕道釘或扣件扭力不達標，接頭支嘴，也是方向不良的一個原因。4、長期使用簡易撥道法撥道，正矢誤差分布不均，形成方向不良。5、超高不合適下股壓力增大，也容易造成曲線變形，鋼軌磨耗不均，導致產(chǎn)生方向不良，因此要通過計算正確設置超高。６、無縫線路地段軌溫升高，軌條內(nèi)部應力分布不均。根據(jù)現(xiàn)場實踐經(jīng)驗，我們可以將軌向分為以下幾類：①單波（半波）軌向如京九下行K1709（泰和大橋）線路波形圖見下圖。從圖上我們可以看出單波軌向?qū)π熊囉绊懹邢?，不會引起列車連續(xù)晃動。消滅處理起來也很方便，只要安排撥道消峰就能控制晃車。②S形軌向下圖為07年２月７日軌檢車檢查京九下行線波形圖。K1557+825處的軌向在+6mm與-6mm幅值間振蕩波形成S型，連續(xù)引起出現(xiàn)兩處水加，水加波形與軌向波形波峰、波谷對應，列車在進入緩和曲線時車體來回擺動，對行車舒適度影響很大。③多波軌向

連續(xù)多波軌向，必然導致車輪產(chǎn)生蛇形運動，使車體連續(xù)左右搖晃，出現(xiàn)激振，嚴重影響運行品質(zhì)。下圖為07年2月部軌檢車檢查京九下行K1488公里多波軌向不良波形圖。軌向不良不僅發(fā)生在直線上，曲線內(nèi)軌向（正矢）不良也導致曲線大量出現(xiàn)水加，是曲線晃車的一個重要原因，因此要結合波形圖認真檢查現(xiàn)場曲線的正矢，結合整個曲線的情況進行撥道整治病害。如下圖：京九線下行K1597曲線軌檢車波形圖。道岔內(nèi)軌向不良是當前引起道岔晃車的主要原因。如鷹廈線華安站南端岔區(qū)添乘檢查晃車。軌檢車檢查波形顯示，道岔內(nèi)連續(xù)軌向較多，造成行車不平穩(wěn)。（見下圖）軌向不良，也可能惡化軌距和水平不良。因此，必須及時整治軌向不良地段，保證列車高速、平穩(wěn)和安全地運行。我們摘錄了滬昆線3月11日軌檢車檢查下行K532曲線地段和坑口站下行道岔區(qū)波形道岔區(qū)波形圖。通過波形圖可以看到，滬昆線堅持高標準精檢細修后，道岔、曲線與線路波形無明顯區(qū)別，線路軌控質(zhì)量基本實現(xiàn)了均衡。（四）曲率

1、定義為一定弦長曲線軌道（取30m）對應之圓心角θ，即度/30m，度數(shù)大，曲率大，半徑小。反之，度數(shù)小，曲率小半徑大。（曲率=1/R）。曲率概括的說，就是表示曲線線型的圓順程度。這個項目在第六次提速以前我們都未引起足夠重視，但滬昆線提速過程中，我們逐漸認識到了它的重要性，它有長波特點，低速時對行車影響不大，但對提速線路，尤其是高速線路曲率對行車的影響很大。2、2006年11月部提速牽引試驗結果反映，我局管內(nèi)滬昆線時速200km/h高速區(qū)段，105條曲線在高速情況下晃車嚴重，軌檢車檢查曲線內(nèi)水平加速度Ⅱ、Ⅲ級扣分大量出現(xiàn)。高速軌檢車圖形顯示，曲率不良（曲線線型不良）是導致曲線晃車的主要原因。現(xiàn)場曲線線型未按設計鋪設到位，與設計要素不符。滬昆線下行K839+867～K841+414（浙贛線里程為K661+867～K663+414）曲線，半徑R=2800米。軌檢車以170km/h的高速檢查時，該曲線出現(xiàn)大量超限：Ⅲ級超限1處，Ⅱ級超限11處，Ⅰ級超限54處。但現(xiàn)場靜態(tài)檢查發(fā)現(xiàn)該曲線正矢仍符合《維規(guī)》規(guī)定的曲線正矢容許偏差范圍，并無嚴重超限。軌檢車資料顯示整個曲線曲率嚴重不良，曲率min=0.27rpk，max=0.44rpk，根據(jù)曲率與半徑的換算公式K=1/R得到整個曲線半徑在R=3700m至R=2270m間來回反復振蕩，曲線R變化幅度達到了1430m，曲率波形圖呈大振幅的正弦波，曲線線型嚴重不良。就如同列車在無緩和曲線的復曲線穿行一樣，每個波峰或波谷處就出現(xiàn)一個水平加速度超限，動態(tài)晃車嚴重。為找到有效地曲線整正方法，徹底解決曲線晃車問題，使用經(jīng)緯儀對既有下行K839曲線平面進行復測計算，得到曲線最大上挑量為270mm,最大下壓量為130mm。在06年12月份對滬昆線動態(tài)不良的下行K839曲線首次采用精確法整正，取得明顯效果。曲率得到很大改善，曲線軌檢車高速檢查整個曲線Ⅰ級超限僅14處，無Ⅱ、Ⅲ級超限，曲線地段軌檢車扣分明顯減少，高速行車平穩(wěn)。整正后的波形圖如下：3、曲率不但有指導曲線養(yǎng)修的作用，還能夠判斷直線大方向的好壞。通過曲率公式1/R可以反算出線路大方向的曲線半徑，實施激光精確撥道整治。如下圖：（五）軌距主要病害：大軌距、小軌距、軌距不順（千分率）1、軌距擴大的主要原因(1)、曲線半徑小，軌道加強設備不足，特別是在超高設置不當，正矢不良受列車車輪沖擊橫向壓力時，軌距就容易擴大。在鋪設木枕的小半徑曲線上，軌距也容易擴大。如下圖：軌檢車檢查皖贛線K500曲線時的軌距擴大波形，最大峰值達20mm。(2)、枕木切壓后，沒有及時削平和調(diào)整軌底坡，或軌枕連續(xù)失效，行車時鋼軌外傾，或在曲線上鋼軌受擠外傾。(3)、道釘磨耗、浮起、離縫，混凝土枕扣件松動失效，扣板未扣壓軌底或離縫失去固定軌距的作用。別外，用錯軌距擋板等人為因素也會造成軌距擴大。如下圖：直線段連續(xù)出現(xiàn)的軌距擴大和軌距不良、不順的病害。(4)、鋼軌硬彎，接頭錯牙或焊接鋼軌時軌頭位置沒有對正，嚴重時一端軌距過大，一端軌距過小。(5)、線路一側有暗坑，沒有及時整治，列車長期通過時加大鋼軌橫向壓力，造成軌距擴大。2、軌距縮小的原因(1)、軌頂磨耗、壓潰。(2)、曲線外股鋼軌側磨嚴重。(3)、混凝土枕與木枕銜接外，軌底坡不一致，造成軌底傾斜。3、軌距對軌向的影響。軌距不良，也會造成一股鋼軌的方向不順直。應先安排改道作業(yè)整治該段線路的軌距病害，使軌距值及其遞減率滿足要求后再安排整正線路方向。07年2月7日部軌檢車檢查京九下行線K1462公里軌距對軌向的影響波形見下圖。07年2月7日京九線K1475（向西五場的N563道岔）處軌距不良對軌向的影響：4、影響軌距檢測的因素。由于軌距為光電測量，一是當軌道上有雜物（如塑料袋、廢紙片、白色污染）等粘連在光電探頭前將無法正常檢測軌距；二是油污沾在鋼軌內(nèi)側軌距測量點上將導致測量出虛假軌距值，應預以人工刪除。（六）水平（超高）、三角坑

1、水平不平順將使車輛產(chǎn)生側滾振動，導致一側車輪增載，一側減載。水平病害不僅表現(xiàn)為靜態(tài)時的水平誤差，更多的表現(xiàn)為因軌道存在暗坑、吊板而造成的水平誤差。暗坑、吊板在軌檢車動態(tài)下能夠準確測得，所以現(xiàn)場應充分利用軌檢車資料進行整治。但是由于軌檢車波形比例的影響（1：6），容易導致識讀人員對水平超限的忽視。①直線段水平病害：（見下圖）②曲線上嚴重的水平（超高）不平順。見下圖將曲線波形圖放大可以明顯發(fā)現(xiàn)曲線內(nèi)超高不穩(wěn)，水平連續(xù)反復變化，曲線內(nèi)還出現(xiàn)較大反超高，對曲線內(nèi)行車平穩(wěn)性影響很大。此外道口、橋頭、橋尾、曲線頭尾和緩和曲線、道岔前后、尖軌跟端、轍叉心、接頭和翻將冒泥等處所，都是水平最容易變化的地段，要注意及時做好整修。2、三角坑（扭曲）三角坑檢測就是在2.4(或2.5m)距離的水平差，空吊、暗坑對動態(tài)檢測三角坑影響很大。三角坑會引起輪軌作用力變化，也是影響行車平穩(wěn)性的主要原因。扭曲不平順將使轉(zhuǎn)向架出現(xiàn)支承軌減載甚至懸浮的情況。三角坑的高點會使車輛出現(xiàn)側滾，產(chǎn)生垂直振動加速度；三角坑的低點會使車輪減載，當車輪減載率過大時，還有脫軌的危險。整治三角坑病害，實質(zhì)就是整治水平不良病害。①曲線內(nèi)三角坑。由于小半徑曲線超高大，緩和曲線短，造成緩和曲線內(nèi)超高順坡率大，形成構造三角坑，此外如上圖曲線內(nèi)水平正負反復較大，出現(xiàn)反超高容易形成三角坑，嚴重時將危及到行車安全。如鷹廈線K606+800~K607+300，連續(xù)兩個小半徑曲線波形圖：②道岔內(nèi)三角坑道岔內(nèi)由于轍叉心部位存在有害空間，特別是整鑄叉心，心軌、翼軌容易出現(xiàn)垂磨、打塌現(xiàn)象，形成三角坑，同時由于岔內(nèi)軌件分布較密影響搗固作業(yè)，道岔部位空吊、暗坑；較多容易加大三角坑的峰值，對行車平穩(wěn)性影響較大。如下圖：皖贛線塔前站北岔區(qū)（七）水平及垂直加速度

車體加速度是評價車輛運行平穩(wěn)性和乘坐舒適性的重要指標，綜合反映軌道幾何的技術狀態(tài)。車體垂直振動加速度和水平振動加速度是機車車輛對軌道幾何偏差的動力響應，也是對機車車輛運行的平穩(wěn)性測量。產(chǎn)生垂直加速度的地段軌道高低不良，搗固質(zhì)量不好，空吊，高低接頭、低扣等；造成車體產(chǎn)生水平加速度的地點，大部分是方向、水平不良，如直線方向、曲線不圓順、鋼軌硬彎、鋼軌錯牙或軌距超限或遞減不均等。（如前圖所示）。加速度與速度是成正比關系的。在同樣條件下，以不同的速度通過同一個病害地段時，車體產(chǎn)生的振動加速度不同。車體振動加速度的產(chǎn)生，與線路上部技術狀態(tài)的優(yōu)劣和列車運行速度的高低有密切的關系。實際上，車體振動加速度往往是幾種病害互相影響、互相疊加后的結果。車體振動加速度反映的病害有時較單項波形引起的病害嚴重，這是由于各種病害互相疊加的結果。道岔、曲線是產(chǎn)生車體振動加速度的主要場所。對軌向引起的水平加速度值可以用以下公式近似計算。直線上軌向不平順，同樣會產(chǎn)生離心力，由于不存在超高，使得列車產(chǎn)生了相應的未被平衡離心力及水平加速度a。利用曲率與半徑