轨道状态检测

轨道状态检测刘秀波电话：[phone]E-mail：[e-mail]2007年12月28日2019年12月24日基础设施检测研究所第2页共20页轨检车动态检查项目•轨道不平顺动态检查的主要设备是轨道检查车，检查包括轨道动态不平顺和车辆动态响应。•中国轨检车检查项目主要包括左右高低、左右轨向、水平、三角坑、曲线超高、曲线半径、轨距、车体水平和垂直振动加速度、左右轴箱垂直振动加速度等。•轨检车根据轨道动态不平顺和车辆动态响应综合评价轨道状态。•新型轨检车还增加了钢轨断面、波磨、断面磨耗、轨底坡、表面擦伤、道床断面、线路环境监视等项目检测。2019年12月24日基础设施检测研究所第3页共20页轨检车检测项目正号定义•轨检车正向：检测梁位于轨检车二位端，定义二位端至一位端方向为轨检车正向，轨检车行使方向与轨检车正向一致时为正向检测，反之为反向检测。•轨距（偏差）正负：实际轨距大于标准轨距时轨距偏差为正，反之为负；•高低正负：高低向上为正，向下为负；•轨向正负：顺轨检车正向，轨向向左为正，向右为负；•水平正负：顺轨检车正向，左轨高为正，反之为负；•曲率正负：顺轨检车正向，右拐曲线曲率为正，左拐曲线曲率为负；•车体水平加速度：平行车体地板，垂直于轨道方向，顺轨检车正向，向左为正；•车体垂向加速度：垂直于车体地板，向上为正。2019年12月24日基础设施检测研究所第4页共20页轨道不平顺定义：轨距点•“线规”规定实际钢轨顶面以下钢轨内侧16mm处轮轨接触点。•目前轨检车检测的是16mm点2019年12月24日基础设施检测研究所第5页共20页轨道不平顺定义：轨距•同一轨道横截面内左右钢轨两轨距点之间的最短距离。•目前轨检车检测16mm点间距离。2019年12月24日基础设施检测研究所第6页共20页轨道不平顺定义：轨向•钢轨内侧轨距点垂直于轨道方向偏离轨距点平均位置的偏差。分左右轨向两种。•轨向也称作方向。•可以分别按不同弦长的正矢和不同波长范围的空间曲线输出。2019年12月24日基础设施检测研究所第7页共20页轨道不平顺定义：高低•钢轨顶面垂直于轨道方向偏离钢轨顶面平均位置的偏差。分左右高低两种。•可以分别按不同弦长的正矢和不同波长范围的空间曲线输出。2019年12月24日基础设施检测研究所第8页共20页轨道不平顺定义：水平、超高•中国水平：同一轨道横截面上左右钢轨顶面所在水平面的高度差。不含圆曲线上设置的超高和缓和曲线上超高顺坡量。•UIC水平•Ⅲ型轨检车车相对水平•超高：曲线地段外轨顶面与内轨顶面设计水平高度之差。2019年12月24日基础设施检测研究所第9页共20页轨道不平顺定义：三角坑•轨道平面的扭曲，沿轨道方向前后两水平代数差。•也称作扭曲2019年12月24日基础设施检测研究所第10页共20页轨道不平顺定义：复合不平顺•在轨道同一位置上，垂向和横向不平顺共存时称为轨道复合不平顺。目前主要指轨向不平顺与水平不平顺组合的逆向不平顺。•复合不平顺的计算如下：复合不平顺＝∣X-1.5Y∣式中:X为轨向不平顺值；Y为水平不平顺值。水平为正，轨向为负，不利情况2019年12月24日基础设施检测研究所第11页共20页轨道不平顺定义：钢轨断面磨耗•垂直磨耗：标准钢轨断面宽度内侧1/3处实际钢轨垂向磨耗。•侧面磨耗：标准钢轨顶面以下16mm处实际钢轨垂向磨耗。•总磨耗：垂直磨耗+1/2侧面磨耗侧面磨耗垂直磨耗2019年12月24日基础设施检测研究所第12页共20页轨道不平顺定义：钢轨波磨•波形磨耗是指钢轨顶面上出现的波状不均匀磨耗。按其波长分为短波（或称波纹型磨耗）和长波（或称波浪型磨耗）两种。•波纹型磨耗为波长约50～100mm，波幅0.1～0.4mm的周期性不平顺；•波浪型磨耗为波长100mm以上，3000mm以下，波辐2mm以内的周期性不平顺。2019年12月24日基础设施检测研究所第13页共20页地面标记ALD2019年12月24日基础设施检测研究所第14页共20页轨道检测•检测方式主要分为：弦测法惯性基准法弦测与惯性相结合方法•高低和轨向输出方式：正矢（10，20，40m）空间曲线（~25m，~70m，~150m，~200m）2019年12月24日基础设施检测研究所第15页共20页弦正矢和空间曲线2019年12月24日基础设施检测研究所第16页共20页空间曲线2019年12月24日基础设施检测研究所第17页共20页弦测法（日本、意大利等）bla1x2x3x1f2f3f弦测法基准梁轨道不平顺基准线轨道不平顺2019年12月24日基础设施检测研究所第18页共20页惯性基准法•轨道的高低不平顺等于质量块的垂向运动z和质量块与钢轨间相对位移h之差。y=z-h•质量块在惯性空间的垂向运动z，可以用由加速度计检测的加速度a经过二次积分得到；h可以用位移传感器得到。2019年12月24日基础设施检测研究所第19页共20页轨道几何检测设备（1）美国KLDLABS公司2019年12月24日基础设施检测研究所第20页共20页轨道几何检测设备（2）美国IMAGEMAP公司2019年12月24日基础设施检测研究所第21页共20页轨道几何检测设备（3）美国ENSCO公司2019年12月24日基础设施检测研究所第22页共20页轨道几何检测设备（4）意大利MERMEC公司弦测法TrackGaugeRollingPlaneCalculatedfromRealRailProfilesLaserBeamGaugePoint14mmunderRollingPlane2019年12月24日基础设施检测研究所第23页共20页轨道几何检测设备（5）DB激光三角测量方法2019年12月24日基础设施检测研究所第24页共20页基于图像测量的处理方法)11()()()()()()(100000000000010000002222213213212222222222222222222222Tiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiivuyvuxvvyvxuuyuxccbbbaaavuyvuyxvyvyvyxuyuyuyxvuyxvuxvxvyxvxuxuyxuxvyvxyxvyvyxyyyxvyxvxxyxxuyuxyxuyuyxyyyxuyxuxxyxx2019年12月24日基础设施检测研究所第25页共20页实测轨道不平顺2019年12月24日基础设施检测研究所第26页共20页钢轨顶面不平顺检测设备（1）ENSCO公司伺服机构三点弦激光测量系统2019年12月24日基础设施检测研究所第27页共20页钢轨顶面不平顺检测设备（2）意大利TECNOGAMMA公司激光图像弦测法2019年12月24日基础设施检测研究所第28页共20页钢轨顶面不平顺检测设备（3）德国BENTTEC公司激光图像测量方法2019年12月24日基础设施检测研究所第29页共20页钢轨顶面不平顺检测设备（4）•轴箱加速度二次积分方法，使用该方法的国家有英国、荷兰、澳大利亚、日本、法国2019年12月24日基础设施检测研究所第30页共20页钢轨顶面不平顺检测设备（5）•通过车底板下轮轨噪声间接评价，使用该方法的国家有英国、德国、日本、法国2019年12月24日基础设施检测研究所第31页共20页实测钢轨顶面短波不平顺谱2019年12月24日基础设施检测研究所第32页共20页轨道几何检测设备结构图2019年12月24日基础设施检测研究所第33页共20页轨道几何合成传感器坐标系的定义2019年12月24日基础设施检测研究所第34页共20页轨距测量•轨距定义为左右两根钢轨顶面以下16mm点之间的最短距离.•在激光断面测量系统中是通过计算左右钢轨顶面各点中具有最大的Y值点以下16mm处间的距离获得的.•目前要求新引进轨道检测系统检测左右两根钢轨顶面以下16mm点之间的最短距离.2019年12月24日基础设施检测研究所第35页共20页轨距变化率计算•只要满足列车通过条件连续不变轨距小轨距有利车辆动力性能。轨距检测受标定误差影响，常产生检测系统误差。•由相隔2.5m的两点实际测量的轨距差除以2.5m得到。•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。2019年12月24日基础设施检测研究所第36页共20页日本轨距和轨距变化率标准2019年12月24日基础设施检测研究所第37页共20页超高、水平和三角坑测量方法•通过测量轨道平面相对于水平面的倾角计算。该倾角等于检测梁的倾角与梁相对于轨道平面倾角之差，即：•检测梁的倾角可由测滚陀螺和倾角仪（水平加速度）可计算得到。•梁相对于轨道平面倾角由激光摄像系统计算得到。GRLbt2019年12月24日基础设施检测研究所第38页共20页曲率测量方法•曲率是以列车走行的单位距离轨道的方向角的变化表示。即：•由摇头陀螺陀螺可以测量摇头速率vvdsddsdtdtddsdZbbb1dtdbz2019年12月24日基础设施检测研究所第39页共20页高低和轨向检测方法•高低和轨向检测方法本质一样。•但要通过惯性元件和唯一检测系统修正垂直面或水平面的加速度和位移量2019年12月24日基础设施检测研究所第40页共20页长波高低和轨向不平顺•1.5~70m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1.5~42m。•对于160km/h以下线路1.5~42m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以上是1.5~42m波长范围的高低和轨向不平顺主要反映影响行车安全，考虑舒适性必须而且重点考虑1.5~70m波长范围的高低和轨向不平顺。2019年12月24日基础设施检测研究所第41页共20页水准仪测量长波高低与轨检车检测结果对比2019年12月24日基础设施检测研究所第42页共20页轨检车地面标记识别•轨道上的道口、道岔、桥梁、轨距拉杆等会含有金属部件，安装于轨检梁上ALD传感器可以探测到这些金属部件，其输出的信号可以和里程、轨道不平顺同步显示在轨道检测波形图上。•由于道口、道岔、桥梁、轨距拉杆等会含有金属部件大小、形状、位置不同，ALD信号反应就有所区别。因此根据ALD信号特征可以识别就可以道口、道岔、桥梁、轨距拉杆位置，根据这些位置可以方便准确地找出轨道病害的位置。•实际应用时可以结合曲率和超高波形图来共同确定轨道病害位置。2019年12月24日基础设施检测研究所第43页共20页道岔区ALD信号特征•轨检车直向或侧向过道岔时，安装在轨检梁上的ALD传感器经过转辙器尖轨拉杆和导曲线钢轨或连接部分直股连接钢轨产生高电压信号。拉杆较细，ALD反应持续时间短，ALD信号表现为两根小刺；导曲线钢轨和连接部分直股连接钢轨较粗，ALD反应持续时间较长，同时ALD通过轨迹斜交钢轨，因此ALD经过导曲线钢轨和连接部分直股连接钢轨时产生等边梯形信号曲线2019年12月24日基础设施检测研究所第44页共20页桥头ALD信号特征•轨检车通过桥时，安装在轨检梁上的ALD传感器在通过桥两头护轨梭头时产生感应产生一对高电压信号，并且当ALD传感器偏离轨检梁中心较大时ALD还能感应到桥梁护轨产生高电压信号。•护轨处ALD信号波动是由于检测梁随转向架横向摆动引起ALD与护轨距离变化产生的。•现在许多新建桥梁无护轨，这时桥梁位置较难识别。桥头常见的轨道不平顺超限是路桥过渡段不均匀下沉产生的高低超限，特别是长波长高低不平顺超限。2019年12月24日基础设施检测研究所第45页共20页平交道口ALD信号特征•平交道口处在轨道中心一般有