轻型轨道几何参数检测车Word文档格式.docx

1、在线检测作为一门多学科的综合性技术正式进入铁路系统的实际应用,对保障铁路运输生产安全起到了积极作用。随着现代科学技术的不断发展和相互间的渗透,各种新型在线检测方式不断涌现,形成了以微机监控检测、射频识别检测、红外线检测、超声波检测、传感检测、图像识别检测等为主流的在线检测体系。目前,铁路系统在线检测技术主要应用在单项设备设施和系统2个层面上。对于设备设施而言,在线检测含盖了研制、生产、施工、日常检修和维护等方面,其检测装备的功能也不断得到扩展,并向一体化、车载化和实时化方向发展;对于系统而言,在线检测含盖了列车运行控制、调度指挥、车辆监控管理、维修养护、客货营销等系统,随着系统的相互渗透和相互

2、融合,在线检测技术装备将向贯穿包括安全监控、行车指挥、运营管理和服务等在内的整个铁路系统全方位扩展。1.2.2 监控检测技术的应用监控检测技术在铁路信号、机车车辆等领域得到了广泛应用,其最大的特点是充分利用计算机网络通信、现场总线、数据库以及功能强大的软件工程,并辅以传感器、打印机、显示器等设备,能够对检测目标进行全方位的监测和记录,有效地提供故障判断、分析和报警等功能。例如,信号微机监测系统就是一种保证行车安全、加强信号设备结合部管理、监测铁路信号设备运用质量的在线检测装备,它通过监测并记录信号设备的主要运行状态,为路局、电务段及车站掌握设备的当前状态和进行事故分析提供科学依据。同时,该在线

3、检测装备还具有数据逻辑判断功能,当信号设备工作偏离预定界限或出现异常时,能及时进行报警,避免因设备故障或违章操作影响列车的安全、正点运行。又如,一种被称之为轨道智能动态检测仪的在线检测装置,是借助微机技术检测列车运行过程中振动加速度来诊断线路状态的微机监控检测设备。该装置在微机控制下,能自动计程、自动检测水平和垂直2个方向的列车振动加速度及实时车速,还能自动打印出线路超限处的里程、加速度及实时车速,并同时将全程检测的记录数据保存在微机中,以便通过软件对全程数据进行分析,实施有针对性的维修,防止病害蔓延,确保线路质量。1.2.3 传感检测的应用随着热敏、光电、压敏等传感器门类及技术性能的飞速发展

4、,采用各种传感器作为获取检测目标性能参数的传感检测技术几乎涉及到铁路车、机、工、电、辆各个应用领域,成为在线检测装置的一个重要组成部分。例如,一个可在列车高速通过时进行车轮探伤和测量车轴负载的在线检测装置,当列车通过时其传感器就会发出光信号,并将光信号转变为代表车轮受损特征和车轴负载特征的电子信号,然后借助专用软件分析便能确定车轮的受损状态和车辆载重;又如,在机务段机车入库线上安装机车轮对尺寸在线检测设备,当机车入库时能够动态检测机车的轮对踏面擦伤深度、轮对圆周磨耗、轮缘厚度和内侧距等参数,一旦超限便能自动报警,且实现数据共享,以改变人工检测存在劳动强度大、漏检和难以发现隐患等状况。1.3 铁

5、路系统采用在线检测的对策和措施1.3.1 存在的问题纵观我国铁路在线检测应用的现状,虽然近几年来,一大批在线检测技术装备和系统得到了应用,并取得了一定的成效,列车运行监控装置、信号微机检测系统、列车轴温红外探测和集中报警系统、超偏载仪等在线检测设备就是其中的典范。但随着高速、重载列车的迅速发展,在线检测应用无论在技术上和组织协调上,还是在人员培训和资金投入上,都跟不上铁路建设、装备更新和技术发展的要求。主要表现在以下几个方面:（1）目前已经装备的在线检测设备还没有完全覆盖所有的铁路关键装备和安全设施,而且其技术水平与国外先进铁路相比还存在着较大差距。例如,国外铁路在线检测设备中大量采用先进的电

6、子、信息和计算机网络技术,并将其融入到铁路各个专业领域,实现数据共享,联动自动监控。特别是在图像化检测、车载化检测等方面,一种采用高速摄像和激光技术安装在运营车辆车轴上的看管的轨道几何形状检测量系统就是一个典型的例子,该系统在车辆运行中自动收集轨道几何数据,通过网络将数据传输到中央处理装置,并与轨道数据库中的数据对比,再经过网络传输给管理人员进行分析和判断。（2）虽然有的在线检测设备在使用中不断改造升级,但其技术规范、操作标准、维修规程等技术管理方面往往没有及时同步跟进。尤其是各种在线检测装备在全路范围内尚未形成一个包括定义界定、技术标准、运用接口等内容的统一规范,也未形成一个完整的信息共享的

7、全程全网的在线检测系统,更没有达到从科研、制造、安装到运用、维护、更新的全方位、全过程的一条龙配套协调的标准化管理要求。（3）随着铁路机构改革进程的加速,从事在线检测装备管、修、用的人员也发生了很大变化,机构撤并造成减员、转岗等现象十分普遍,加上现有人员存在编制不明确、缺乏实践经验、理论知识培训不足等问题,一定程度上影响我国铁路在线检测技术队伍的完善和建设,也影响了铁路在线检测技术及其装备的开发应用和日常使用。（4）在引进和消化吸收国外铁路先进在线检测技术及其装备等方面还存在着不足和欠缺,有待于进一步加强。例如,在引进国外铁路先进装备的同时往往对与其相关联的在线检测技术或附属设备重视不够,更谈

8、不上引进与在线检测相关的技术规范、标准及其配套资料。对策和措施的探讨1.3.2 应对措施众所周知,我国铁路将迎来一个持续高速发展的新时代。与此同时,随着科技的迅速发展,用于在线检测的各种新技术、新材料、新器件和新工艺也日趋成熟,铁路系统只要采取相应的对策和措施,就能让无损检测技术发挥更大的效能。（1）加强推广应用,根据自身的实际情况来加大在线检测技术应用的力度,而且要相互合作共同联手来部署结合部或相关联的在线检测装备。一方面要完善本系统的检测体系消灭检测的空白点,将安全、质量隐患纳入可监测的范围之内;另一方面要注重共线共网技术的应用,最大程度实现信息共享,以降低成本、提高技术含量,以成全路全程

9、全网的完善的在线检测体系。（2）采用高新科技,提高设备技术含量加大科研力度,努力推进在线检测装备实现从单一项目检测向综合项目检测、从粗放型定性检测向精细型定量检测、从抽象数据显示向直观图像显示、从地面固定检测向车载移动检测以及从点对点检测信息传输向网络化检测信息传输等发展目标,在较短时期内实现装备更新换代,以满足高速、重载铁路发展的需要。（3）内外并举,借鉴国外先进检测技术在加大国内研究开发在线检测技术装备力度的同时,密切关注国外铁路无损检测技术装备的发展新动向,通过引进、合作、交流等方式,有效地消化吸收先进技术和成功经验,避免走弯路,在短期内实现跨越式发展,迎头赶上世界先进水平。与此同时,引

10、进和借鉴国外先进装备还必须要重视包括技术标准、检定规程、设备接口和配套设施等方面技术资料的消化研究工作,以避免发生制式混乱、互不配套、维修困难等不良后果。1.4 铁路路轨几何参数检测设备现状1.4.1 手动推检车目前，成熟且市场应用较广的手动检测车型号主要有GJY-H-1、GJY-H-2、GJY-H3轨道检查仪以及徕卡轨道检测系统GRP3000 、GRP5000等。 徕卡GRP3000 国产GJY-H-1图1: 手动推检车上述系统均利用安装在手推小车上的倾角传感器、位移传感器、里程传感器采集数据,经过单片机数据处理把结果直接显示在仪器液晶屏幕上。如有需要还可以把数据通过USB口上传至计算机显示

11、波形,打印报表。图2: 推检车结构示意功能实现上，以国产GJY-H系列检测车为例，其可检测轨距、水平、三角坑、轨距变化率、左右轨向、左右高低、轮缘槽和里程，自带单片微型计算机数据采集系统，可实时显示检测数值或偏差值，有标记和暂停等功能。采用H型双边检测方案，可同时检测左右轨道的轨向和高低，可快速解体、搬运。系统一次充电可连续工作8小时以上，配数据分析处理系统RailWay CHK XP。图3: 国产推检车及其校验平台手动推检车性能指标参数：左、右轨向（10米弦）示值误差：1.0mm；左、右高低（10米弦）示值误差：轨距测量范围:1410mm1470mm；轨距变化率示值误差：0.5；轨距示值误差

12、：0.5mm；水平及超高测量范围：200mm；水平及超高示值误差：里程示值误差：5；本体重量：约60kg；外形尺寸：（LWH）=1700mm 1430mm 350mm；三角坑示值误差：轮缘槽测量范围：35mm50mm;1.4.2 列车综检车随着列车速度的提高，对列车的安全、舒适性提出了更高的要求，同时运行速度的提高和重载列车的开行，对轨道的破坏作用加大，导致轨道状态的恶化加剧。因此，加强轨道动态检测力度，及时掌握轨道质量状态，正确指导线路养护维修，确保铁路运输安全，已成为铁路工作中的一项重要基础工作。轨道检测的设备主要是轨检车（轨道检查车）。发达国家大多数拥有自己研制生产的中高速或高速轨检车。

13、在高速轨检车上，激光、数字滤波及图象处理技术得到广泛应用，以计算机为数据处理主体，对轨检信号进行模拟与数字混合处理，确保检测结果不受轨检车运行速度和运行方向的影响。与发达国家相比，我国轨检车的性能和应用标准还存在一定差距，主要表现在：尚没有高速轨检车，现有的准高速轨检车也主要靠引进国外技术制造；部分关键传感器未能国产化；对轨检车的检测数据还不能充分利用。这些都是急待研究和改进的地方。1.4.2.1 国产轨道检测车中国铁路现役轨检车按检测系统类型划分为四类：GJ-3型,GJ4型,GJ4G型,GJ5型（引进美国ImageMap公司设备）；按车辆速度等级划分为：120km/h 等级、140km/h

14、等级、160km/h 等级。我国轨检车可检测13项内容，包括：左右轨的前后高低、左右轨的轨向、水平、左右轨的不平顺、曲线外轨超高、曲线半径、轨距、线路扭曲、车体水平和垂直振动加速度、左右轴箱垂直振动加速度等。除检测轨道几何形位外，还可以从轮轨相互作用和行车平稳性等方面对轨道状态作出综合评价。图4: GJ-4轨道检测车随着2007年4月18日铁路第六次大提速200-250km/h动车组的开行，出现了新型的综合检测车（200km/h等级），不仅具有GJ-5的功能，还可以检测供电接触网、信号检测、列车运行动力学指标等。图5: 检测车内部设备1.4.2.2 国外轨道检测车 （1）日本Easti综合检测

15、列车Easti是日本完全利用其国内技术开发的综合检测列车，由6辆检测车组成，可以检测轨道几何参数、接触网、通信信号、轮轨作用力、环境噪声等，最高检测速度可达 275km/h。该轨道检测系统安装在列车的第3号车辆上，这个车辆采用了与实际运行车辆相同的两个二轴拖动转向架结构。Easti综合检测列车可在一次运行过程中实现对线路的综合检测功能，但各检测项目之间的检测数据并不综合到一个统一的中心，各检测单元有各自独立的数据显示、记录、转储和地面分析、处理、维护管理决策等系统，全系统仅有位置、时间和速度是统一的。Easti综合检测列车是相对成熟的产品，在保障日本高速铁路的运行安全中发挥了重要的作用。其轨道

16、检测方法为弦测法，而目前国内轨检车和世界绝大多数国家轨检车普遍采用惯性基准法，在测量原理上采用两种不同的技术路线。（2）美国Ensco和ImageMap公司轨检车美国各铁路公司均拥有自主研发的轨检车，美国联邦铁路署还委托Ensco公司研制了技术先进的T10型轨检车，用于抽查各铁路公司的线路质量。T10型轨检车采用惯性基准测量原理和非接触式测量方法，应用光电、伺服、数字滤波、局域网技术，最近还增加了钢轨断面测量系统，使轨检车的功能更加齐全，检测速度可达192km/h。ImageMap公司研制的Laserail轨道测量系统采用激光摄像、高速图像处理技术取代了光电伺服技术，体现了轨道检测技术的发展方

17、向。它采用惯性基准原理、非接触式测量方法，系统包括两个光纤陀螺和两个加速度计及其模拟处理板，4个激光器、10台摄像机等，可测量轨距、左右轨向、左右高低、超高、水平、三角坑、曲率、钢轨顶磨和侧磨等。检测速度可达300km/h。（3）奥地利Plasser公司EM250型轨检车 为适应奥地利高速铁路的检测需要，奥地利EM250型轨检车检测速度为250km/h，其主要技术特点是采用惯性基准原理、光电转换技术和多处理技术等，除了测量轨道几何参数和车辆振动参数外，还能测量钢轨断面、轮轨作用力并记录环境图像EM250 型轨检车有两种途径评定轨道质量：a）采用ADA 程序来获得轨道质量系数，评定轨道区段的整体

18、不平顺状态；b）采用ADA程序来判断超过规定限界值的幅值大小，并对不同等级轨道病害进行分类和统计并能及时发现危及行车安全的轨道病害，又能评定单元区段的线路质量。（4）德国OMWE和RAILAB轨检车德国OMWE轨检车和RAILAB轨检车的技术特点是在车下建立测量框架，在车内安装与框架相连的三轴稳定性平台，采用3个陀螺和3个伺服加速度计组成了惯性导航系统，为轨道几何参数的测量构建了惯性平台，结合安装在测量框架上的光电传感器，测量相对平台的位移量，经计算机处理合成即可得出轨道的高低、水平、轨向值。轨道质量状态的评定方法包括：摘取超限峰值，判断和统计超过A、B、C 三个等级的个数和长度，以及计算50

19、0m区段的轨道质量指数TQI、起拨道指数和捣固指数。（5）意大利“阿基米德号”综合检测列车“阿基米德号”综合检测列车又称 Roger2000，是 MER MEC公司和TECNOGAMMA公司为意大利铁路设计制造的，检测速度可达220km/h。检测项目包括轨道几何参数、钢轨断面、钢轨波浪磨耗、接触网及受流状态、通信和信号、车体和轴箱加速度、轮轨作用力等。车上有57台计算机，每秒钟可处理30G数据，有24个激光器、43个光学摄像传感器、47个加速度计以及大量的强度速度、定位以及温度传感器，以及用于航空电子领域的惯性平台。意大利高速铁路使用“阿基米德号”综合检测列车已经形成了一整套检测和维修养护体制

20、。综合检测列车各子系统有独立的存储数据库，在速度、时间、空间上保持同步，所有子系统的检测数据集成到车载中央数据库，由中央数据库将数据通过无线网络传输到地面的RFI数据处理中心进行综合分析、比较，从而制定科学的维修保养计划，指导养护维修。其轨道检测在较低速度时采用弦测法，在较高速度时采用惯性基准法，较好地发挥了两种测量原理的优势。（6）法国MGV综合检测列车目前在法铁的线路上主要应用着三种检查车，分别为Mauzin、Helene和Melusine。Mauzin主要用于轨道几何参数的检测，可以检测轨面高低、断面、方向、扭曲、轨距等项目，采用13m和65m弦，检测速度可以达到200km/h，目前在法

21、铁的高速线上有5辆Mauzin，每年对线路检测23次。Helene主要用于信号的检测，可以测量轨道电路中电流的强度、纵横向交叉对话、轨道的横向阻抗等，检测速度200km/h，每两个星期对线路检测一次。Melusine主要用于检测列车的舒适度以及钢轨断面的绘制，可以测量列车的位置和速度、转向架和车体的加速度、受电弓、钢轨表面、接触网电流等到项目，检测速度300km/h，每15到30天对线路进行一次检测。MGV是专为法国高速铁路研制的综合检测列车，该列车的主要特点是集成以上各系统，并实现检测速度达到320km/h，这样在正常运营（发车间隔34分）的情况下就可以对线路设备进行检测，轨道几何的检测实现

22、无接触化。在MGV检测列车中采用采用法国既有成熟的动力集中式TGV动车组，8节车辆的编组：该车检测项目比较齐全，几乎包括了从接触网及受流状态、通信信号、轨道几何、钢轨断面、钢轨表面、线路环境数字图像、扣件、轨枕、道碴等各项基础设施和运行状态。2 轻型轨检车需求分析2.1 现有设备存在的问题由于铁轨参数变化导致的安全隐患大量存在，为了保证铁路的运行安全，需要经常对铁路轨道进行检查维护。这些维护包括对铁轨轨距、水平、高低、轨向和三角坑的测量和矫正，保证铁轨参数在规定的数值以内。铁轨检测分为静态检测和动态检测两种。静态测量是人工使用仪器进行测量；动态测量是指在列车上安装测量仪器进行测量，动态测量比静

23、态测量多了一项指标，即车体及轴箱加速度的测量。目前人工检测使用的轨道检查尺体积小，便于携带，在检测铁路轨道时可以测量铁路轨道二根铁轨之间的水平度和轨距。但是这些测量装置精度较低，特别是在隧道内进行测量时需要配备照明设备，由于工作条件差，轨道测量的误差通常比较大，工作效率低，而采用车载仪器进行测量效率较高，省工省时。比较精确的检测设备是轨检车，但是轨检车的价格昂贵，不能保证每个工务段都能配置。2.2 轻型轨检车的优点轻型轨检车的检测系统所使用的惯性测量单元、轨距轨向检测元件性价比较高，在同样精度等级要求下，可以比轨检车低得多的成本实现对轨道状况的快速检测。a） 低速检测。轨检车低速不能检测，当检

24、测速度低于15Km/h时，高低无输出;当检测速度低于24Km/h时，轨向无输出。这导致在施工慢行地段和站线地段无法检测。尤其是在站线，可以说是动态检测的真空地带，只能依靠人工检测，轻型轨检车恰好弥补了使用上的空白，避免综检车检测结果受速度的影响，更接近人工检测的结果，符合段务对检测设备的需求。b） 不受车体顺反向检查的影响。现有检测车的设备分别安装在驱动轮以及随动轮支架上，会导致了车辆行进方向对检查结果产生影响。检测方向与检测探杆部件集中安装在车尾，顺向检测时，车辆尾部自由摆动，而在反向检测时，探杆部件受到前方车辆的牵引摆动，导致在同一条线路上不同方向时采集的信息不一样，会出现较为悬殊的检测结

25、果偏差。轻型轨检车车体较小，不受顺反向影响，在低速状态下行驶检测结果一致性好。c） 安全性高。采用无伺服机构的非接触轨距测量装置，避免了传统轨距检测装置吊梁上的设备故障率高，检测结果容易受到车辆以外其他因素的影响。东北寒冷地区雨雪结冰、西北地区风沙导致的伺服机构移动失常问题难以避免，伺服电机和吊梁上传感器的故障率远远大于安装在其他部位的传感器。轻型轨检车采用非接触式激光摄像轨距测量系统，无机械式伺服机构，因此大大降低了系统故障率。d） 精度高，成本低。工作原理上，轻型轨检车采用同高速综检车类似的惯性基准检测法，具有轨道检测速度快，精度高，动态性能好等一系列优点。同时，轻型轨检车采用自研轻型驾驶

26、车底盘，检测系统关键设备为公司自研，大大降低了检测系统的机械结构成本及传感器设备成本。使之既具有综检车的性能，又具有推检车水平的价格优势。e） 简洁灵活，使用方便。轻型轨检车采用模块化设计，重量轻，拆卸方便，保养维护工作量小。f） 适用性强，效率高。轻型检测车摆脱了人工检测受雨雪天气的制约，检测速度也远高于推检车，减小了检测周期，避免了综检车带来的检测时间空白。由于客运强度的不断加大，轨道检测密度的逐渐提高，各工务段检测任务的压力逐渐加大，轨检车大规模检测结合工务段人工检测维修的模式已不能适应我国铁路检测现代化的迫切需求。目前，国内外尚未见到此类型的轨检车，产品研制成功后，轻型轨检车不但有着非

27、常广阔的国内市场应用前景，还可出口国外市场，符合国家创新型产业结构调整。2.3 需求分析2.3.1 目标客户目前，各工务段仍采用人工使用的轨道检查尺作为主要的检测手段，工作量大，检测效率低。同时，随着铁路线路使用的日益繁忙，高速铁路对铁轨检测需求及检测强度的逐步提升，用于检测的时间窗口将逐渐缩小，人工检测已逐渐不能满足适应高速铁路的对路轨维护的使用要求。最为主要的是，综合检测车用动态方法实现对轨道几何参数的测定，而目前人工检测采用轨道检查尺属于静态检测方法，无法对振动及横向加速度等参数进行检查，不同的检测方法必然造成轨检车初检与人工复检差异较大。轻型轨检车属动态测量，测量的原理相同，测量的结果

28、同综合检测车也最为相近。以综合检测车对横向加速度病害的检测为例。数据显示，轨道高低的不平顺性会增加列车通过的冲击动力，在平顺轨道上，行车速度10Km/h提高至100Km/h时，动压力只增加7%，而当轨面上只要存在有60mm长，3mm深的不平顺时，动压力将增加1.5倍。图6: 检测参数误差分布从上表基本数据对比可以发现,在轨检车检查中,水平加速度病害在所有病害中占比重最大，两组测试数据中水平加速度病害分别占到了总扣分比例的41.11% 和70.49%。这表明，在人工复查过程中，将有相当比例的故障无法复现，造成了检测与修复的突出矛盾。检测车重量较大、运行速度较快，检测结果更能反映实际工况下的铁轨动态性能指标，能够放大并有效检测出暗坑、空吊等病害的影响，保证综检车与复检结果的一致性。由此，我们认为轻型轨检车更适于配备各路段养护单位，作为故障快速定位、诊断的工具，用于各铁路局下属各工务段的常规检测。因此，轻型轨检车定位为大型综合检测车的技术补充，并将其作为提高各工务段检测、维修效率的有效手段。2.3.2 功能定位轨道检测参数主要包括：轨道、线路视景及全断面尺寸、接触网、信号、通信及