轨检车讲义修改精编版.docx
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轨检车讲义修改精编版
轨道检测技术原理及应用培训教程
前言：
随着全路提速战略的实施和高速铁路的建设，行车安全和舒适问题已成为铁路运输生产中的关键问题。
经常检查和测量轨道的不平顺状态，查找各种轨道病害，进行养护维修设备是工务部门的主要工作。
全面、准确地掌握轨道质量状态是轨道管理的重要内容，也是合理制定轨道维修计划的基础。
现代化轨道检查车的应用为准确地测量和评定轨道质量状态和科学地编制维修计划创造了条件。
为了采用更科学、更先进的方法，实现轨道状态的宏观管理和质量控制，掌握轨道状态的变化规律和溥弱环节，进而达到经济、合理、有效地进行线路维修及大修的目的，轨检车具有非常重要的作用。
它已成为确保铁路安全运输生产的重要手段，进行线路质量评定的一项重要指标。
一、我国轨检车发展的历史
轨检车是检查轨道病害、指导线路养护维修、保障行车安全的重要手段。
我国铁路从上世纪50年代起就采用I型轨检车每季检查一次正线线路，主要特点是机械传动，检测项目有轨距、水平、三角坑、横向晃车等项目，人工判读超限并计算扣分。
60年代后期研制的II型轨检车，改为电传动，检测项目比I型车增加了高低，超限判读和计算扣分与I型车相同。
GJ-3型轨检车是我国80年代中期自主研制的轨检系统，特点是采用传感器、计算机和惯性基准技术。
检测项目有高低、水平、三角坑、车体垂直加速度、车体水平加速度。
限于当时的技术条件，轨距、轨向两项目仍无法检测。
GJ-4型轨检车是在1985年引进美国ENSCO公司T10型轨检系统的基础上我国技术人员在引进消化吸收，经过努力于1997年研制成功，特点是采用惯性基准原理，由“传感器-模拟信号预处理-数字信号处理”组成综合补偿系统，对各种误差信号进行补偿修正，使用微型计算机集中处理全部检测项目数据。
检测项目包括轨距、轨向、高低、水平、三角坑等轨道几何不平顺以及车体水平加速度和车体垂直加速度。
还可以显示道岔、道口、桥梁等具有显著特征的地面标志，检测精度和可靠性已大大提高。
GJ-5型轨检车是2002年引进美国ImageMap公司检测设备。
它是为适应我国提速、高速发展的需要，弥补以前轨检车的检测缺陷，将激光、图像处理、计算机网络技术应用于轨检车，成为目前技术领先、功能强大的国内最先进的新型轨检车。
二、轨检车检测原理
目前，我局使用的轨检车为GJ-4型，采用惯性测量原理，无接触测量方式，应用激光、伺服、自动控制等技术检测轨道状态，数据采样间隔为0.25m，可测波长42m，检测项目有轨道几何尺寸，车体垂直和水平振动加速度，运行速度，里程和地面标志等，检测项目较为齐全，检测精度较高。
可实时处理轨道检测数据，摘取超限峰值、地点、长度，计算轨道质量指数（TQI）和T值，打印输出波形图和各种检测报告。
（图1）我局DJ-998386轨检车
1、检测系统简介
（1）检测系统组成
检测系统由传感器子系统、信号处理子系统（包括信号监视、信号调节、伺服电机驱动、调制解调器、系统电源）、主计算机、服务器（兼超限数据编辑计算机）、波形图分析计算机、高速激光打印机和GPS定位系统组成。
（2）检测系统原理
框图如图3所示。
图中传感器共有23个。
2、检测项目的检测方法
（1）高低
高低指钢轨顶面沿轨道延长方向上的垂向凹凸不平顺，采用惯性基准测量，得到高低的变化值。
轨检车高低正负：
高低向上为正，向下为负；
（图四）高低不平顺示意图
（2）轨向
轨向（方向）是指钢轨内侧沿轨道延长方向上的横向凹凸不平顺，轨向测量采用惯性基准方法。
轨向正负：
顺轨检车正向，轨向向左为正，向右为负；
（图5）轨向不平顺示意图
（3）c:
\iknow\docshare\data\cur_work\轨距.ppt轨距
轨距为两股钢轨踏面下16mm范围内两股钢轨工作边之间的最小距离，轨检车检测16mm处轨距用激光伺服的方法测得。
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；
（图6）轨距不平顺示意图
（4）超高（水平）
超高为同一断面上左右轨顶面相对所在水平面的高度差；水平为同一断面上左右轨顶面相对所在水平面的高度差，但不含曲线上按规定设置的超高值及超高顺坡量。
超高由倾角仪测量计算得出，水平值为左高低减右高低。
水平正负：
顺轨检车正向，左轨高为正，反之为负；
（图7）水平示意图
目前轨检车采用的有中国水平、UIC水平。
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。
Ⅲ型轨检车车相对水平。
（5）三角坑
轨道平面的扭曲，三角坑反映轨顶面的平面性，为计算值，是指在以2.4m为基长沿轨道方向前后两轨道断面水平代数差。
（图8）三角坑示意图
（6）曲率
曲率即曲线半径的倒数，定义为一定弦长（30m）曲线轨道对应的转角。
度数大，曲率大，半径小；度数小，曲率小，半径大。
轨检车通过曲线时测量车辆每通过30m后车体转角的变化值，同时测量出车体相对两构架中心线转角的变化值后计算出曲率。
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。
（图9）曲率示意图
（7）车体垂直和水平振动加速度
它是监测轮轨作用关系的主要手段，通过振动测量改进轨道不平顺管理，提高舒适度，减轻轮轨作用力，增大列车运行安全性，由安装在车体上的加速度计检测。
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。
（8）轨距变化率
轨距变化率由相隔2.5m的两点实际测量的轨距值之差除以2.5m计算得到，是安全和舒适性指标。
（9）曲率变化率
曲率变化率是由相隔18m的两点实际测量的曲率差除以18m计算得到，是舒适性控制指标。
（10）横向加速度变化率
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列车走行时间，是舒适性控制指标。
（11）其他
轨检车还可自动检测到轨道上的道口、道岔、桥梁护轨锁头、轨距拉杆等位于线路中心位置的金属部件，标志在检测波形图上。
速度及里程由安装在轴头的光电编码器经计算得出。
（图10）含有道岔标志的检测波形图
3.正反向检测的区别
如图所示,轨检车正向检测时，其检测是按运行方向分左右。
轨检车左、右轨检测装置与左、右股钢轨一致。
水平、超高等与设备台账一致。
当反向检查时，轨检车左、右轨检测装置与左、右股钢轨不一致。
左轨检测装置分配对应到右股钢轨上，右轨检测装置分配对应到左股钢轨上。
也就是说左轨检测装置传递的信号是对应的右轨，右轨检测装置传递的信号是对应到左股钢轨，而水平值=左高低-右高低。
因此反向检查时，水平与正向相反；按照其逻辑对应关系，三角坑、超高轨向等检测项目均与正向检测方向相反幅值相等，并且高低及轨向左右颠倒。
只有地面标记机轨距正反一致。
现在图形软件wave3.5版本的软件，可以实现正反向颠倒，超限幅值正负颠倒，但要注意wave3.5版本的软件将数据修正后，其看齐的对象是历史数据。
也就是说，历史是正向，当前是反向，修正后将当前改为正向；历史是反向，当前是正向，修正后将当前改为反向。
二、轨道质量状态的评定方法
线路动态不平顺是指线路不平顺的动态质量反映，主要通过轨检车进行检测。
目前，根据《铁路线路修理规则》的规定，轨道质量状态的评定方法有两种，一种是对轨道局部不平顺的评定，另一种是对区段轨道不平顺的评定。
1、轨检车对轨道动态局部不平顺（峰值管理）检查项目为轨距、水平、高低、轨向、三角坑、车体垂直振动加速度和横向振动加速度等七项。
各项偏差等级划分为四级，一级为保养标准，即保持优良线路需进行局部修理的目标管理值；二级为舒适度标准，即轨道保持列车运行平稳的局部不平顺允许值；三级为临时补修标准，即及时进行轨道整修的质量控制标准；四级为限速标准，即为保证行车安全需立即进行局部修理的病害，对病害地点要限制行车速度，待修理完毕后恢复行车速度。
各级容许偏差管理值见表1。
轨道动态管理暂行标准
项目
v≤120km/h
120km/h＜v≤160km/h
160km/h＜v≤200km/h
200km/h＜v≤250km/h
Ⅰ级
Ⅱ级
Ⅲ级
Ⅳ级
Ⅰ级
Ⅱ级
Ⅲ级
Ⅳ级
Ⅰ级
Ⅱ级
Ⅲ级
Ⅳ级
Ⅰ级
Ⅱ级
Ⅲ级
Ⅳ级
轨距（mm）
8
12
20
24
6
10
15
20
4
8
12
15
4
6
8
12
-6
-8
-10
-12
-4
-7
-8
-10
-3
-4
-6
-8
-3
-4
-6
-8
水平（mm）
8
12
18
22
6
10
14
18
5
8
12
14
5
8
10
13
三角坑（基长2.5）（mm）
8
10
14
16
5
8
12
14
4
6
9
12
4
6
8
10
高低（mm）
波长1.5-42m
8
12
20
24
6
10
15
20
5
8
12
15
5
8
11
14
轨向（mm）
8
10
16
20
5
8
12
16
5
7
10
12
5
7
8
10
高低（mm）
波长1.5-70m
/
/
/
/
8
12
/
/
6
10
/
/
6
10
15
/
轨向（mm）
/
/
/
/
8
10
/
/
6
8
/
/
6
8
12
/
车体垂向加速度（m/s2）
1
1.5
2
2.5
1
1.5
2
2.5
1
1.5
2
2.5
1
1.5
2
2.5
车体横向加速度（m/s2）
0.6
0.9
1.5
2
1
0.9
1.5
2
0.6
0.9
1.5
2
0.6
0.9
1.5
2
轨距变化率（基长2.5m）（‰）
2
2.5
/
/
2
2
/
/
1.2
1.5
/
/
1
1.2
/
/
曲率变化率（基长18m）（1/m/m×10-6）
5
6.5
/
/
3
4
/
/
2
2.5
/
/
1.2
2
/
/
横向加速度变化率（基长18m）（m/s3）
1
3
/
/
1
3
/
/
1
3
/
/
1
3
/
/
注：
①高低和轨向偏差为计算零线到波峰的幅值；
②水平限值不包含曲线按规定设置的超高值及超高顺坡量；
③三角坑限值包含缓和曲线顺坡造成的扭曲量；
④车体垂向加速度采用20Hz低通滤波，车体横向加速度采用10Hz低通滤波；加速度等速检测速度应在Vmax±10%范围内。
⑤避免出现连续多波不平顺和轨向，水平逆向复合不平顺。
（1）各项偏差等级扣分标准
一级超限扣1分；二级超限扣5分；三级超限扣100分；四级超限扣301分。
（2）评定标准
评定以公里为单位，每公里扣分总数为各级、各项偏差扣分数总和。
每公里线路评定标准为：
优良----扣分总数在50分以内；
合格----扣分总数在51～300分；
失格----扣分总数在301分以上。
扣分数越大表示每公里范围内的超限处所越多和超限峰值越大。
2、轨检车检查线路区段整体不平顺（均值管理）的动态质量用轨道质量指数（TQI）评定。
TQI值是左高低、右高低、左轨向、右轨向、轨距、水平和三角坑等七项几何不平顺在200m区段的标准差之和。
轨道质量指数（TQI）越小表示线路质量越好，根据部文件规定，各速度等级在的线路，轨道质量指数管理标准值如表2。
表2200m区段轨道不平顺质量指数TQI管理标准（单位：
mm）
速度等级
高低
轨向
轨距
水平
三角坑
TQI
100＜V≤120
2.5×2
2.2×2
1.6
1.9
2.1
14
120＜V≤160
1.8×2
1.4×2
1.3
1.6
1.7
11
160＜V≤200
1.5×2
1.1×2
1.1
1.3
1.4
9
200＜V≤250
1.4×2
1.0×2
0.9
1.1
1.2
8
300＜V≤350
0.8×2
0.7×2
0.6
0.7
0.7
5
特别注意：
轨道质量指数（TQI）在报表打印和导出时，其200米区段指数是按起点里程进行统计的，不计终点里程，解读轨道质量指数（TQI）报表时要,分清上下行的统计特征。
比如京包下行线K612+000，其对应地段是K612+000～K612+200，京包上行线K612+000，其对应地段是K612+000～K611+800。
TQI的管理办法是以公里为管理和维修的长度单位，对TQI值的评价用T值。
T值就是将200m区段轨道质量指数（TQI）超过管理标准值的大小作为扣分数，每公里5个单元区段的扣分数之和即为T值，它是根据TQI值超过对应管理值的程度来确定的。
表3200m区段轨道质量指数（TQI）值扣分数定义
也就是说T值是对每公里5个单元区段TQI值的综合评价。
某公里的T值越大，说明该公里超过TQI管理标准值的段数和超限程度也越大，应优先安排维修。
根据T值的大小评价每公里轨道状态质量，以均衡、计划、优先三种方式来制定大型养路机械维修或轨道综合维修计划，其含义见表3。
表4整公里T值评价定义表
对T＞100的线路应优先列入维修计划，安排成段维修；对0＜T≤100的线路应统筹兼顾，合理安排维修或保养，适时对线路进行整修；对T=0的线路，应避免成段扰动道床，只对局部超限峰值处所进行整修。
大型养路机械作业后验收标准为T=0，即不应有TQI超过管理值的区段。
3.普速标准V≤120km/h与120km/h＜V≤160km/h及以上的区别
其标准的变化主要表现在：
1.不平顺标准明显提高。
2.不平顺管理波长和项目增加。
3.强调轨道复合不平顺的管理。
由轨道动态管理暂行标准看出，速度在120km/h＜V≤160km/h几何尺寸明显高于速度在V≤120km/h检测标准。
同时增加了70米波长的高低及轨向计4项（左右轨）检测项目。
车体垂向加速度及横向加速度考核标准相同，轨道质量指数标准及T值考核标准也不相同。
其中变化有a.不平顺标准明显提高。
比如过去的二级超限，在高标准下就是三级超限。
而二级超限扣5分，三级超限扣100分，二者相差95分。
b.不平顺管理波长和项目增加。
主要是指增加70米波长的轨距、轨向检测，其中高低、轨向分左右轨共计4项。
原检测项目共计12项，现变为16项。
三、轨检车应用
1、检测周期
根据《铁路线路修理规则》规定，检测周期应根据运量和线路状态确定。
对于允许速度大于120km/h的线路每月检查不少于2遍，对年通过不小于8000万吨的正线每月检查2遍，对年通过总重为2500～8000万吨以内的正线每月检查1遍，对年通过总重小于2500万吨的正线每季检查1遍，对状态较差的线路，可适当增加检查遍数。
2、检测数据的应用
路局、工务段管辖范围内的轨道几何状态用所管辖区段的每公里平均扣分数、优良率、合格率、失格率、平均TQI值、平均T值、均衡率、计划率、优先率等指标评定。
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。
轨检车向路局、工务段提供线路二/三/四级超限地点、公里小结、区段总结、曲线要素、TQI值、T值等检测报告和波形图。
对轨检车查出的Ⅲ级超限处所，通知工务段（或由工务段通知管内施工的责任单位）及时处理，对查出的Ⅳ级超限处所，立即上报工务处调度，限制行车速度，同时通知工务段立即安排整修，待整修完毕后，恢复正常行车速度。
表5区段总结报告表
表6公里小结报告表
表7曲线摘要报告表
表8轨道质量指数（TQI）报告表
表9整公里T值报告表
表10轨道二级超限报告
表11轨道三/四级超限报告表
3、波形图的识别
波形图是轨检车输出的最重要的检测数据，它包含了线路动态几何质量状态的全部信息，是指导现场维修作业的最直接的依据，熟练判读波形图可以方便、准确、快捷地查找和消灭线路病害，工务段、车间、班组还可利用波形图分析软件在计算机上对线路病害进行超限峰值、超限地点、超限长度的精确分析和准确定位，对比维修作业前后的实际效果，找出差距，持续改进。
超限峰值、超限地点、超限长度在波形图上的对应关系如图12所示，实际测量的波形图如图13～图15所示。
单开道岔
复交道岔
桥梁
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
形信号曲线。
（图14）京包上行k546.7-k547.0十月与九月第二次检查超限峰值对比图
（图15）京包上行k546.7-k547.0十月与九月第二次检查超限长度对比图
四、GJ—4型轨检车高低、水平及三角坑病害分析与整治
1．轨道不平顺对安全的影响
根据国际铁路联盟、北美铁路协会等国际铁路组织的研究机构和国内许多研究证明，严重的轨道不平顺对列车脱轨确有重要影响。
（1）严重的高低不平顺将引起车辆剧烈地点头和浮沉振动，会使车轮大幅度减载，甚至悬浮，在曲线上或上方方向不良区段运行时，可能导致脱轨。
高低不平顺的幅值过大（约超过25mm时）会使道床阻力显著降低，引起无缝线路发生胀轨跑道。
高低不平顺是由于轨排结构垂向弹性不均匀、残余变形不相等以及存在不同的间隙、暗坑吊板等原因造成的。
高低不平顺引起的巨大轮轨作用力（相当于大大增加了轮重和轴重）将加快轨道、车辆部件的伤损，并使轨道几何状态趋于恶化，导致轨道的维修周期和部件的使用寿命缩短。
因此，国际铁路联盟和我国都规定当速度在30公里以下时，车轮减载率Pmin/Po≤0.6～0.65。
严重的高低不平顺将引起车辆剧烈的点头和浮沉振动，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。
如果严重减载的车轮上同时又有很大的侧向力作用，也很可能脱轨。
此外，高低不平顺的幅值过大（约超过25毫米时）会使道床阻力显著降低，轮载引起的钢轨垂向负挠度亦将增大，造成轨枕浮起，高低不平顺所引起的振动又使道床阻力进一步减小，因此易引起无缝线路发生动态涨轨跑道，导致列车倾覆。
（2）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。
许多铁路专家认为曲线上严重的水平不平顺，往往是引起超载货车脱轨的重要原因，若方向、水平两种不平顺同时存在且逆向复合时，引起脱轨的危险性更大。
（3）扭曲不平顺即三角坑将使转向架出现三点支承一轮减载甚至悬浮的危险情况。
我国刚度较大的货车在圆曲线上脱轨事故大多与轨道的扭曲不平顺有关，无论曲线和直线上严重的局部不平顺都可能引起车辆的剧烈侧滚和侧摆振动，导致脱轨系数过大而脱轨。
轨检车选定三角坑的基长是2.4米，这是从脱轨试验分析中得出的。
因为危及行车安全的三角坑主要为车辆的一组转向架两轴间的长度，在此长度内的三角坑病害容易造成一个车轮悬浮而导致脱轨。
2.高低、水平及三角坑（扭曲）的逻辑关系
水平是两股钢轨顶面的高度差称为水平。
水平定义为轨道同一断面内两股钢轨轨顶面的高差，以左高为正，右高为负。
水平不平顺，会使车辆产生侧滚，导致一侧车轮增载，另一侧减载，许多铁路专家认为曲线上严重的水平不平顺，往往是引起货车脱轨的重要原因。
水平=左高低－右高低
轨道上的三角坑即两股钢轨的共面性，表现为轨道顶面的扭曲状态，也就是两股钢轨顶面不在同一平面上。
三角坑以一定范围内的水平差的变化量来表示。
静态检查时每6.25米检查一次，以前后两点的水平正负误差的代数差来表示。
三角坑反映了轨顶面的平面性，三角坑会使车辆产生三点支撑一点悬空，易造成脱轨，特别是当列车从圆曲线向缓和曲线运行时。
三角坑为计算值，它是在一定长度范围内（2.4m）沿轨道方向前后两水平代数差。
扭曲不平顺，将使转向架出现三轮支承一轮减载甚至悬浮的危险情况，欧洲和我国刚度较大的货车在曲线圆缓点区的脱轨事故大多与轨道的扭曲不平顺有关，无论曲线和直线上严重的局部扭曲不平顺都可能引起车辆剧烈的侧滚和侧摆振动，导致脱轨。
三角坑的正负与计算方向有关，它反映钢轨顶面的扭曲方向，与三角坑的大小无关，因为三角坑的值是由水平的代数差来决定的，它可以总结为：
三角坑＝前点水平－后点水平
3．线路病害的识别及整治
线路的局部不平顺及局部超限是线路常见病害，其出现频率高。
特别是季节性病害，出现时间、地点不确定，变化较快，对行车安全危协大。
因此，要求相关技术人员能够熟练运用利用轨检车图形文件并结合设备台账对线路上的超限进行定位，分析产生的原因，准确的在现场消灭超限，具有重要的意义。
而轨检车是查找线路局部超限的主要手段，且轨检车数据精确性很高，所以通过分析轨检数据与图形来指导线路局部超限整治是十分必要和可行的。
通过分析轨检数据与图形来指导线路局部超限
整治，需要解决如下几个问题：
①如何精确查找超限地点
②如何确定引起超限的原因
③如何确定解决局部超限的方法,进行整修
1.如何精确查找超限地点
如何精确查找动态超限地点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。
首先我们根据轨检数据里程确定超限地点的大致范围，然后利用轨检车图形的地面标志物以及曲线起讫点等波形图上特征点（结合设备图）来查找局部超限的精确地点。
地面标志物包括道岔、桥梁、轨距拉杆等。
（1）利用道岔查找超限地点
（2）利用桥梁查找超限地点
（3）利用曲线特征的查找超限地点
2.如何确定引起超限的原因
3.如何确定解决局部超限的方法,进行整修
精确查找到动态超限地点后，我们就要想办法来确定是什么原因引起的局部超限，通过什么方法能够快速有效的解决局部超限，以下通过几个局部超限的实例来完整的阐述从“查找超限地点→确定超限原因→确定解决方案”的整个操作过程。
（1）呼和站k653三角坑
局轨检车4月30日由呼和站三站台发车，检查呼和站至大同间京包线上行，呼和站27#与25#菱形道岔之间，三角坑四级超限2处。
分别为k653+216处22.39mm，k653+219处-21.64mm。
（1）呼和站k653三角坑
局轨检车4月30日由呼和站三站台发车，检查呼和站至大同间京包线上行，呼和站27#与25#菱形道岔之间，三角坑四级超限2处。
分别为k653+216处22.39mm，k653+219处-21.64mm。
①通过波形图与呼和站设备图对比，可以确定图中每一个道岔的编号（见上图），因此确定2处三角坑四级超限位于呼和站27#与25#菱形道岔之间，具体位置通过波形图软件可测得各超
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