GJ5型轨检车原理及应用.docx

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GJ5型轨检车原理及应用

GJ-5轨检车

原理及应用

GJ-5型轨检车原理及应用

一、轨道动态检查技术的发展变化

轨道动态检查相比静态检查，更准确，也更能反映线路真实情况，更能评价列车运行安全性指标，因此轨检车一直是检查轨道病害、指导线路养护维修、保障行车安全的重要手段。

我国轨道动态检查技术随着计算机技术和检测技术的发展得到迅速的发展，从二十世纪50年代的GJ-1型轨检车发展到目前的GJ-5型轨检车，检测精度和可靠性大大提高。

1、GJ-1型轨检车采用弦测法，机械传动，可以将轨距、水平、三角坑、摇晃（用单摆测量）项目的幅值绘在图纸上，人工判读超限并计算扣分。

2、GJ-2型轨检车仍采用弦测法，但改为电传动，检测项目比GJ-1型增加了高低，也是需要人工判读超限和计算扣分。

我局1988-1993年使用该型车。

3、GJ-3型轨检车于80年代初期研制成功，是我国轨检车技术的一次大飞越，采用先进的传感器技术、计算机技术和惯性基准原理，可以检测高低、水平、三角坑、车体垂直和水平振动加速度等项目，计算机采集各检测项目数据后，判断超限等级并计算扣分。

我局GJ-3型轨检车（SY997737）于1994年初开始运用，是全路GJ-3型运用时间最长的，也是用得比较好的。

a、1999年我局轨检车技术人员研发的Ⅲ型轨检车实用软件成果是工务部门汇总分析轨检车检查数据、指导养护维修线路的工具，它使轨检车的工作效率和工作质量得到了大大的提高，该成果达到了国领先水平，于2000年通过了局级鉴定，并于2002年获得路局科技进步三等奖。

b、为了均衡地提高线路养护维修的质量，我局轨检车技术人员研发了轨道质量指数（TQI）应用软件，并于2003年局工务维修会议上向各工务段推广应用，便于向各工务段掌握线路的动态质量，科学指导线路养护维修，真正做到状态修，收到了很好的效果。

c、2004年我局轨检车技术人员研发GPS（全球定位系统）自动校正里程系统，该系统能自动校正轨检车里程，消除轨检车测量的里程累计误差，便于各段准确定位检查病害处所，查找和整治线路病害，保证行车安全和提高线路保养质量。

d、2004年我局轨检车技术人员在原GJ-3型轨道检测系统的基础上，完成轨道几何参数变化率设计和开发，轨道几何参数变化率大大方便线路病害的查找和整治。

4、GJ-4型轨检车。

1985年我国引进美国ENSCO公司T-IO轨检车，研制成功XGJ-1型轨检车，并在此基础上研制成功GJ-4型轨检车。

GJ-4型轨检车采用惯性基准检测原理，“捷联式”系统结构（GJ-3型各子系统采用组合式），计算机对各种误差信号进行补偿修正，并使用小型计算机集中处理全部检测项目数据。

检测项目齐全，包括轨距、轨向、高低、水平、三角坑、车体垂直和水平振动加速度、超高、曲率、地面标志等。

由于GJ-3型和GJ-4型轨检车所使用的轨距梁存在严重的安全隐患，目前GJ-3型轨检车已基本报废，大多GJ-4型轨检车也进行了改造，淘汰了原用轨距伺服跟踪测量系统，采用和GJ-5型轨检车一样的激光摄像测量系统。

GJ-4型轨检车轨检车原理

轨检车的检测原理：

1、轨距的检测原理：

GJ-4型轨检车所采用的轨距检测系统为激光光电伺服跟踪轨距测量装置。

在测量梁上安装激光光电传感器、位移计、驱动马达及伺服机械。

当钢轨产生位移，使轨距变化时，光电传感器感受其变化并输出相关电信号。

经调制解调器处理后，成为与轨距变化成线形比例的电压信号，再经过信号处理器、功放、驱动马达使光电传感器在伺服的推动下，发出的光束投身到左右股钢轨顶面下16mm处（16mm处是有效位置），跟踪钢轨位移。

经计算显示轨距。

（光电头被堵住、就不能检测轨距、同时也不检测方向）。

监测围1415mm---1480mm;+45mm、–20mm，误差为±1mm。

2、曲率的检测原理：

曲率为一定弦长曲线轨道（如30米）对应的圆心角a，即、度/30m、度数大、曲率大、半径小。

反之，度数小、曲率小、半径大。

轨检车通过曲线时、测量轨检车每通过30米后车体方向角的变化值，计算出轨检车通过30米后的相应圆心角的变化值。

即曲率。

曲率、曲率变化率是检测曲线圆度的波形通道、仅供参考、不作考核容。

能正确判断曲线正矢连续差和曲线的圆度。

曲率变化率的波形通道有突变、正矢肯定不好，（50×曲率）=正矢、如：

某曲线曲率为0.46、正矢=50×0.46=23mm。

在直线上存在碎弯、小方向或轨距递减不好。

3、水平的检测原理：

水平为轨道同一横断面钢轨顶面之高差。

曲线水平称为超高。

GJ-4型轨检车采用补偿加速度系统测量水平，利用补偿加速度系统测量车体对地垂线滚动角，利用位移计测量车体与轨道相对滚动角，二者结合计算出轨道倾角。

利用两轨道中心线间距（1500mm）计算出水平值。

监测围±200mm，误差±1.5mm。

4、高低的检测原理：

高低是指钢轨顶面纵向起伏变化。

GJ-4型轨检车采用惯性基准的原理测量轨道变化的实际波型，得到高低变化的空间曲线，数据采集处理系统实时采集数据的间隔距离为0.305m,同时可换算成5米、10米、20米或其它弦长之测量法测量。

测量高低的传感器除了测量曲率、水平外，另外还有2个垂直加速度计。

通过车体位移，计算出轨面相对惯性空间的位移变化，进行必要的处理，得到高低数值。

监测围±60mm，误差±1.5mm。

高低摸拟弦长18.6米。

5、方向的检测原理：

方向指钢轨侧面轨距点沿轨道纵向水平位置的变化。

利用左右股轨距测量装置所测的左右股轨距变化或位移，轨距点相对纵向轨迹—轨向。

监测围±100mm，误差±1.5mm。

摸拟弦长18.6米。

6、扭曲（三角坑）的检测原理：

扭曲反映了钢轨顶面的平面性。

如图：

设轨顶面abcd四个点不在一个平面上，c点到abd三个点组成的平面的垂直距离h为扭曲。

扭曲会使车轮抬高面悬空，使车辆产生3点支撑1点悬空，极易造成脱轨掉道。

扭曲值h为：

h=（a-b）-（c-d）h=△h1-△h2。

△h1为轨道横断面I---I的水平值，△h2为轨道断面Ⅱ--Ⅱ的水平值，△h1-△h2为基长L（断面I—I与断面Ⅱ--Ⅱ之间距）时两轨道断面的水平差。

水平已经测出，所以只要按规定基长取两断面水平差即可计算出扭曲值。

二、GJ-5型轨检车检测原理简介

2002年我国从美国IMAGEMAP公司引进GJ-5型轨检车。

GJ-5型轨检车仍然采用惯性基准测量原理，但引入了全新的激光摄像测量、网络和数据库技术，包含轨道几何测量系统、车体振动加速度测量系统、GPS里程自动修正系统，环境监视系统等。

轨道几何测量系统包含轨距、轨向、高低、水平、三角坑、超高、曲率等项目，车体振动加速度测量系统包含车体垂直加速度和水平加速度两个项目。

根据新的轨道动态管理标准，GJ-5型轨检车在原有项目上增加了高低、轨向长波长（70m）、轨距变化率、曲率变化率和横加变化率。

新增加的长波长高低、轨向和三个变化率指标主要用于评价高速区段的列车运行的安全性与舒适性。

变化率是轨道不平顺局部波形特征描述的方法之一，其反应的是幅值的变化快慢，不同于单纯的幅值大小。

1、轨距

轨距是钢轨轨头部踏面下16mm围两股钢轨工作边之间的最小距离。

使用激光摄像技术测量。

2、轨向

钢轨侧，轨距点沿轨道延长方向的横向凹凸不平顺。

使用激光摄像技术和惯性基准原理测量。

3、高低

钢轨顶面沿延长方向的垂向凹凸不平顺。

使用惯性基准原理测量。

4、水平

同一横截面上左右高低测量值的代数差，但不含曲线上按规定设置的超高值及超高顺坡量。

5、三角坑（扭曲）

左右两轨顶面相对轨道平面的扭曲，用相距一定基长水平的代数差表示。

新车采用2.5m基长。

6、超高

使曲线地段外股钢轨高于股钢轨或其差值。

通过滚动陀螺测量轨检梁与地面倾角，计算出轨道超高。

7、曲率

曲率定义为一定弦长的曲线轨道对应之圆心角，度数越大，曲率越大，半径越小，通过度数或每公里的弧度来表示。

也可以说是曲线半径的另一种提法。

两者关系：

曲线半径＝1000m/曲率值。

8、车体垂直加速度

轨检车车体在垂直方向的振动强度。

9、车体水平加速度

轨检车车体在水平方向（即左右横向）的振动强度。

10、轨距变化率

轨距变化率是以2.5m基长轨距测量值的差值与基长的比值。

11、曲率变化率

曲率变化率是以18m基长曲率测量值的差值与基长的比值。

12、横加变化率

横加变化率是以18m基长车体横向加速度测量值的差值与车体通过基长所用时间的比值。

三、轨道检测基本知识

1、超限峰值的摘取

从超过一级再回到一级算一处超限。

最大峰值作为超限峰值，达到最大峰的里程为超限里程，超限长度为达到一级点与再回到一级点之间的距离。

2、轨检车各检测项目正号定义如下：

（1）、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；

（2）、高低正负：

高低向上为正，向下为负；

（3）、轨向正负：

顺轨检车正向，轨向向左为正，向右为负；

（4）、水平正负：

顺轨检车正向，左轨高为正，反之为负；

（5）、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；

（6）、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；

（7）、车体垂向加速度：

垂直于车体地板，向上为正。

3、静态和动态轨道不平顺的关系

（1）静态轨道不平顺

无轮载作用时，人工或轻型测量小车测得的不平顺通常称为静态不平顺。

静态不平顺不能如实反映暗坑、空吊板、刚度不均匀等形成的不平顺，往往只能部分反映道床路基不均匀残余变形积累形成的不平顺。

静态不平顺只是轨道不平顺部分的、不确定的表象。

（2）动态轨道不平顺

用轨检车测得的在列车车轮荷载作用下才完全显现出来的轨道不平顺通常称为动态不平顺。

真正对行车安全，轮轨作用力，车辆振动产生实际影响的轨道不平顺是动态不平顺。

因此，轨道不平顺的各种监控管理标准，尤其是安全管理标准，大多是依据动态不平顺来制定。

（3）静态和动态轨道不平顺的差异

通常情况下，同一地段动态不平顺与静态不平顺的波形，往往有较大差异。

暗坑、吊板越多，不良扣件越多，道床密实度越不均匀，差异越大。

动态不平顺的幅值越大，静态和动态轨道不平顺的差异也越大。

起道捣固、拨道作业的质量越好、越均匀，静态和动态轨道不平顺的差异越小。

具有高平顺性的高速铁路，静态和动态轨道不平顺的差异较一般轨道小。

无碴轨道静态和动态轨道不平顺的差异较小。

（4）动、静态不平顺幅值间的关系

动、静态不平顺幅值一般不存在一一对应的函数关系。

通过大量数据统计分析，可以得出以下结论：

一个静态值可以对应一组动态值。

同样一个动态值也可能对应一组静态值。

相同轨道结构、不同种类的轨道不平顺，动、静态幅值之间的差异和相互关系各不相同。

四、GJ-5型轨检车在维修养护工作中的应用

1、数据资料

目前GJ-5型轨检车提供如下数据资料：

一、二、三、四级超限资料，曲线摘要，公里小结，区段汇总简要，区段汇总表，轨道质量指数（TQI）以及波形文件等详细文件名及容如下表：

文件名

文件容

CLASS1.html

一级超限资料

CLASS2.html

二级超限资料

CLASS3_4.html

三、四级超限资料

CLASS_OTHER.html

其他超限资料

CURVES.html

曲线摘要

KMSUMMARY.html

公里小结

PGP.html

区段汇总简要

SECSUMMARY.html

区段汇总表

TQI.html

轨道质量指数

*.IIC

无关文件，无法打开

*.STE

波形文件

（1）、超限资料：

记录所选区段所有超限，CLASS1、CLASS2、CLASS3_4三个文件中只包含轨距、轨向、高低、水平、三角坑、车体垂直加速度、车体水平加速度，其他类型超限存放在CLASS_OTHER中。

超限资料是查找和消灭线路病害，确保行车安全和指导养护维修线路的极为重要的数据。

（2）、曲线摘要：

记录了所选区段所有曲线实测资料，包含曲线平均半径、平均加宽、平均超高以及用75mm欠超高计算出的最高允许速度、限制该速度的极限点里程、半径、超高等数据资料。

结合波形图，有助于计算、设置曲线超高和整治曲线病害。

（3）、公里小结表：

记录了所选区段所有公里小结，用来评定和分析线路质量。

（4）、区段汇总简要：

记录了所选区段简要汇总情况。

（5）、区段汇总表：

所选区段详细汇总表。

（6）、轨道质量指数：

记录了所选区段所有轨道质量指数，超限一列有感叹号表示这200米TQI超过管理值或者某一单项超过管理值。

GJ-5型轨检车TQI数据格式与GJ-3型不同，我们原来使用的TQI管理软件已不能使用。

以上文件都是超文本文件，也就是网页文件，可以用IE浏览器和WORD打开，建议用EXCEL打开并另存为EXCEL文件，便于以后汇总统计和分析。

2、波形图查看及分析

（1）、波形图查看工具的使用

轨检车提供的*.ste文件是波形文件，采用部检测中心提供的专用看图软件（波形查看工具IAE）打开浏览，波形图各项目零线以上为正。

（2）、轨检车地面标志识别

轨道上的道口、道岔、桥梁、轨距拉杆等含有金属部件，安装于轨检梁上的地面标记传感器（ALD）可以检测到这些金属部件，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、轨距拉杆等含有金属部件大小形状、位置不同，ALD信号响应不同。

因此根据ALD信号特征可以识别道口、道岔、桥梁、轨距拉杆位置。

a、道岔（图）

b、桥梁（图）

c、道口（图）

（3）、如何结合波形图查找现场病害

平时我们到现场查找病害都是使用绝对里程定位，即根据轨检车提供的里程到现场查找病害，由于轨检车里程存在累计误差，往往找不到。

我们可以通过相对定位来查找病害，根据波形图地面标志，可以方便地识别道岔、桥梁、电容枕、道口，根据曲率和超高，也可以很容易定位曲线起、终点、缓和曲线、圆曲线。

再从波形图上计算病害与这些特定地面标志的距离即相对位置，在现场就很容易查找病害了。

（4）、波形图分析及病害的确认

轨检车检出病害，可以通过对波形图的分析来最后确认，应对比相关的项目，但不要对比相同传感器所对应的项目，因为同一路信号会导致几个项目出现样情况。

单个项目出现尖刺，应是信号干扰，不是轨道病害。

a、高低出现大超限，垂加应有反应，反过来垂加出现大超限，高低应有反应。

b、轨向出现大超限，横加应有反应，反过来横加出现大超限，轨向应有反应。

c、水平、三角坑出现大超限，超高应有反应，此时不应去看高低，因为三角坑由水平计算而来，而水平由高低计算而来。