第一篇：高速鐵路軌道平順性的高精度檢測方法

一種高速鐵路軌道平順性的高精度檢測方法

張磊，賀文俊，鄭陽，王加科，鄭建平

（長春理工大學 光電工程學院，吉林 長春 130000）

摘要：提出一種新的高速鐵路軌道平順性的檢測方法。采用了雙頻激光干涉技術，通過比較測量小車沿軌道前進時，測量光路和參考光路中光拍信號的位相差變化，得到鎖相測頭相對線路中心線的直線度偏差。同時利用激光測距技術測量軌距，經過數據計算處理將鎖相測頭的直線度偏差轉換為左右兩軌的直線度偏差，即測得軌道的靜態平順度。該方法在原理上區別于慣性基準法和弦測法等已有的軌道檢測技術，利用時間的精準性完成了空間的高精度測量，實現了原理上的創新。

關鍵詞：高速鐵路；軌道平順性；雙頻激光干涉；比對位相法 中圖分類號：U216.3 TH741 文獻標識碼：A A High-precision Measurement Method of Track Irregularity for High-speed Railway Zhang Lei, He Wen-jun, Zheng Yang, Wang Jia-ke, Zheng Jian-ping(School of Opto-Electronics Engineering ,Changchun University of Science and Technology,Changchun

130022,China)Abstract: A new measurement method of track irregularity for high-speed railway is proposed.Using double-frequency laser interference technique, the linear deviation between the phase-locked gauging head and the center line of the route can be got by comparing the phase difference variation of the light beat signal in the test ray path and the reference ray path when the measuring car is moving forward along the track.While we use laser ranging technique to measure gauge, after calculating data, we will change straightness deviation of phase-lock gauging head into straightness deviation of left-right two tracks, promptly the static irregularity for track.The method is different from the inertial reference method, chord measurement method and such as existing track detection techniques in principle;it utilized accuracy of time to accomplish high-precision measurement of space and achieved principles of innovation.Key words: high-speed railway;track irregularity;double frequency laser interference technique;Phase comparison method

引言

隨著我國高速鐵路系統的迅速發展，列車的運營速度越來越快，列車與軌道長時間的相互作用以及地質沉降等因素勢必會引起軌道幾何形位的不斷變化。由于軌道不平順是激發列車振動、增大輪軌動作用力和影響行車平穩性的主要因素之一[1]，為確保高速鐵路行車的安全、平穩與舒適，軌道的幾何形位必須保持極高的平順性。

目前軌道平順性的檢測方法主要可分為慣性基準法和弦測法，大型的軌檢車普遍采用慣性基準法，通過對列車車體和軸箱的振動加速度信號進行二次積分直接求得位置或位移量，得出慣性基準并測量出軌道的不平順[2]。其缺點在于測量結果受行車速度的影響，制造和使用成本很高，不便于日常線路檢測和維護。便攜式軌檢車則大多采用弦測法，通過測量短弦矢高來推算長波不平順，由于以小推大，造成測量誤差成倍放大。且普遍認為弦測法傳遞函數收斂性差，測量值不能真實地反映軌道狀態[3]。為了提高長波不平順的測量精度，利用激光準直法進行長弦測量[4]，但是大氣擾動，激光束漂移，光強中心的判讀誤差以及振動等因素限制了其測量精度的進一步提高。本文將基于雙頻激光干涉技術，提出一種新的軌道平順性檢測方法。直線度檢測原理

如圖1所示，測量點表示為G，基準點表示為S1和S2，測量點G到基準點S1的距離表示為L1，測量點G到基準點S2的距離表示為L2，基準點S1和S2的距離表示為2d，測量點G到基準點S1和S2的連線的距離表示為L，測量點G相對基準點S1和S2的中心線的偏移量表示為?。由式(3)可知，我們能夠通過直接測量測量點G到基準點S1和S2的距離差?L，來間接測得測量點G相對兩個基準點的中心線的偏移量。若測量點G沿兩個基準點的中心線方向移動，則可以得到其移動路徑的直線度。

222??L1=L+?d?????L2?L1??L2?L1?=4d??222??L2=L+?d????L?L??L2?L1????214d由于L??d,L2?L1?2L令L2?L1=?L???L?L2d

圖1 直線度檢測原理圖 系統的整體結構

圖2 測量系統整體結構簡圖

如圖2所示，該系統主要包含基準標桿、測量小車和光學基準站三大部分。基準標桿作為測量的基準，A型標桿上安裝一個球棱鏡，B型標桿沿鉛垂方向安裝有兩個球棱鏡，形成上下兩個基準點。A型標桿和B型標桿對稱于線路中心線，每隔120米設置一對，可以利用一對CPⅢ控制點作為A型標桿上的基準點和B型標桿的下基準點，B型標桿的上基準點可以利用CPⅢ高程控制網通過大地測量設置標定，使其與下基準點構成的連線鉛垂，且連線的中心與垂向鎖相測頭大致在同一高程面。要求基準標桿上的基準點的安放精度較高，安裝后聯合CPⅢ控制網進行平差。

測量小車上包含兩個在鉛垂方向上有一定間隔的鎖相測頭，橫向鎖相測頭以基準標桿A型的基準點和基準標桿B型的下基準點為測量基準，通過測量橫向鎖相測頭到兩者的距離差來計算測頭相對線路中心線的水平偏移量，同時測量小車通過激光測距技術來得到軌距值以及鎖相測頭到左右兩軌的水平距離，用以將鎖相測頭的水平偏移數據轉換為左右兩軌的水平偏移數據，垂向鎖相測頭則以基準標桿B型的上下兩個基準點作為測量基準，來測量左右兩軌相對線路中心線的垂向偏移量。

光學基準站每隔120米設置一個，埋設在線路中心線下方，且在A型標桿的基準點與B型標桿的下基準點的連線上，配合測量小車上的基準提取裝置使用。光學基準站上的基準點通過大地測量標定固死，或者固定GPS裝置實時測量其大地坐標信息。測量開始前使測量小車位于光學基準站的上方，基準提取裝置對準光學基準站的基準點，提取到基準點的大地坐標信息后，以該點作為測量的起始點。測量小車沿軌道前進，鎖相測頭到其對應的測量基準點的距離差，隨著小車前進不斷變化，即式(1)中的?L變化。同時L也是變化的，相鄰兩個光學基準站之間的距離是已知的，測量小車上的里程計記錄其前進的距離，那么測量小車在任意里程處，鎖相測頭到其對應的測量基準點連線的距離L就能夠求得。從而可以解算出測量小車前進軌跡的二維直線度，通過數據處理計算就能合成軌道的平順性曲線。鎖相測頭工作原理

鎖相測頭是測量小車的核心部件，用以測量到其對應的測量基準點的距離差?L，其工作原理見圖3。

圖3 鎖相測頭工作原理圖

SJD-5T型橫向賽曼雙頻激光器發出兩束振動方向相互垂直、頻率差為243.6kHz的線偏振光，穩頻精度為10-7，頻差穩定性為0.5kHz/10h。采用低頻差的雙頻激光器的好處在于有利于位相測量，能獲得很高的測量精度[5]。從激光器出射的兩束相互正交的線偏振光一部分經分束鏡反射，通過45°偏振片后，由雪崩管D1接收光拍信號形成參考光路；另一部分光透射后經過準直擴束系統，然后由偏振分束棱鏡分光作為測量光路。振動方向平行紙面的激光(頻率為f1)透射，經過快軸呈45°安裝的1/4波片后變成右旋圓偏振光，經反射鏡反射，再經過分光棱鏡分光后一部光反射出去，照準基準標桿上的球棱鏡后沿原路返回，再次經過快軸呈45°安裝的1/4波片，振動方向變為垂直紙面，被偏振分束棱鏡反射進入等腰直角棱鏡;振動方向垂直紙面的激光(頻率為f2)反射，經過快軸呈45°安裝的1/4波片后變成左旋圓偏振光，經反射鏡反射，再經過分光棱鏡分光后一部光透射出去，照準基準標桿上的球棱鏡后沿原路返回，再次經過快軸呈45°安裝的1/4波片，振動方向變為平行紙面，從偏振分束棱鏡透射進入等腰直角棱鏡。于是頻率為f1和f2的兩束光經過透鏡會聚，透過45°偏振片后，由雪崩管D2接收光拍信號。圖4中的兩個反射鏡分別安裝在轉臺上，用傳動帶連接，由電機驅動轉臺，實現雙光束的共點對稱掃描和跟蹤，使測量小車前進過程中，鎖相測頭始終能接收到基準標桿上的球棱鏡反射回來的激光。設頻率為f1和f2的激光束在測量光路中的光場分別為：

?E1?Acos(k1Z1???t)(2)?E?Acos(kZ??t)?2222式中A為兩光束的振幅，t為時間，1和

kk2分別為兩光束的波數，??和?2分別為兩光束的角頻率，Z1和Z2Z1=2L，Z2?2L2，又L2?L1??L，所分別為兩光束的光程，由于光束經過基準標桿上的球棱鏡的反射，故以式(2)可改寫為：

?E1?Acos(2k1L1???t)(3)??E2?Acos[2k2(L1??L)??2t]偏振片與兩正交的線偏振光呈45°放置，合成光場況下的光照特性具有平方律性質，即輸出光電流為

E?E1cos45??E2cos45?。雪崩管在輸入光強較弱情I?KE2=K?E1cos45??E2cos45??2KA2?[1?cos?4L1km?2?Lk2?2?mt??cos4L1k?2?Lk2?2t??(4)211cos?4L1k1?2?1t??cos?4L1k2?4?Lk2?2?2t?]22k?kk?k???2???2式中km?12，k?12，?m?1，??1，K為常數

2222??由式(4)可知，在輸出信號中除直流分量外，在交變分量中包含向賽曼雙頻激光器出射的雙頻激光頻差很小，故

2?m、2?、2?1和2?2等四個諧波成分。橫

比較小，該諧波成分處于雪崩管

2?m??1??2?2??f1?f2?的上限截止頻率之內。其余三項屬于高頻項，其頻率遠遠超出通頻帶之外，所以雪崩管能夠單獨分離出差頻信號分量。于是式(4)可以簡化為

KA2I??1?cos?4L1km?2?Lk2?2?mt???(5)2?由式(5)可知，雪崩管的輸出信號是一個頻率為

2?m?2??f1?f2?的時變信號。實際上測量小車在前進過程中，L1和?L都不斷變化，但是4km?4k1?k24?4?3??243.6?10?0.0102?f1?f2??8L2c3?10，即1變化628米才使電信號的位相變化一個周期，所以

L1的變化對測量結果的影響可以忽略。

KA2I0???1?cos?2kmZ0?2?mt???Z2同理可求的參考光路中雪崩管的輸出光電流，其中0為定值。將參考信號和測量信號送入鑒相器進行位相比較，測量小車前進時?L的變化必然引起參考信號和測量信號位相差的改變，那么就可以通過測量參考信號和測量信號的位相差變化，來測量鎖相測頭到其對應的測量基準點的距離差?L的變化，最終實現軌道平順性的高精度檢測。4 理論精度分析

以設計時速為350km/h的雙線高速鐵路為例，雙線距為5米，總路基寬11米。假設基準標桿A型的基準點到基準標桿B型的下基準點的距離為么可以由下式計算?L的測量精度：

2d1?10m，基準標桿B型的上基準點和下基準點的間距為2d2?1m，取L?120m，采用SJD-5T型橫向賽曼雙頻激光器，取波長?2?632.8nm。鑒相器的鑒相精度一般為0.5°，那

?0.5o2k2?L=2???360o(6)??k2?2???2??L??21440?632.8?0.44nm(7)1440結合式(7)可求得： 橫向不平順測量精度：?1?L120?L??0.44nm?5.28nm 2d110L120?L??0.44nm?52.8nm 2d21垂向不平順測量精度：?2?5 結論

本文提出了一種新的高速鐵路軌道平順性檢測方法，實現了原理上的創新。利用雙頻激光進行外差式測量，消除了激光器穩定性對測量結果的影響，抗大氣擾動能力相對提高。通過測量差頻信號的位相變化，間接得到測量小車前進時鎖相測頭的二維直線度，最終完成軌道平順性的測量。理論精度達到納米級，且差頻檢測具有靈敏度高、輸出信噪比高等優點。且該方法可廣泛應用于高精度超長軌道直線度測量，地鐵軌道的維護和檢測等精密測量領域，具有廣闊的應用前景。

參考文獻：

[1] 蘆睿泉,練松良.軌道復合不平順對提速列車運行影響的研究[J].鐵道科學與工程學報,2005,2(5):17-22.LU Rui-quan,LIAN Song-liang.Research of the effect of track complex irregularities on the vehicle dynamic response[J].Journal of Railway Science and Engineering,2005,2(5):17-22.[2] 鄭樹彬,林建輝,林國斌.高速磁浮軌道長波不平順檢測系統設計[J].儀器儀表學報,2007,28(10):1781-1786.Zheng Shubin,Lin Jianhui,Lin Guobin.Design of track long wave irregularity inspection system for high-speed maglev[J].Chinese Journal of Scientific Instrument, 2007,28(10):1781-1786.[3] 朱洪濤,魏暉,王志勇等.軌檢儀弦測法“以小推大”檢查軌道軌向不平順的理論研究[J].鐵道學報，2007,29(1):36-40.ZHU Hong-tao,WEI Hui,WANG Zhi-yong,et al.Discussion on Inspection of Track Alignment Irregularities according to Method of Chord Measuring and Its”Using Small Fetch Big”[J].Journal of The China Railway Society, 2007,29(1):36-40.[4] 高春雷,王發燈.利用激光準直技術檢測線路的長波不平順[J].鐵道建筑,2009(1):81-85.GAO Chun-lei,WANG Fa-deng.Application of laser alignment technology to inspection of long-wave irregularity[J].Railway Engineering 2009(1):81-85.[5] 殷純永等.橫向賽曼雙頻激光直線度/同軸度測量裝置：中國，01134379.6[P].2003-5-14.

第二篇：軌道平順性論文：高速鐵路軌道平順性測量相關技術問題的研究

軌道平順性論文：高速鐵路軌道平順性測量相關技術問題的研究

【中文摘要】目前,中國已投入運營的高速鐵路里程已達到7000多公里,同時還有1萬余公里高速鐵路(時速250公里以上)在建。高速鐵路行車速度快,要求軌道的平順性好。為了確保軌道的平順性滿足高速行車的要求,目前的通用方法是在精測網的控制下,通過軌檢小車實測軌道平順性的各項參數,并與設計參數進行比較,再通過軌道精調使軌道的平順性各項參數滿足設計要求。衡量軌道平順性的參數有哪些,以及如何測量與計算,是軌檢小車設計與制造的關鍵技術。因此,本文針對軌道平順性測量的相關技術進行研究,具有現實的意義。本文首先研究傳統軌道平順性各項參數的測量原理與計算方法,接著詳細研討現代軌道平順性各項參數的測量方法和計算模型,主要包括德國和中國對軌向及高低這兩個重要參數的評價標準和計算方法。最后根據所推導的數學模型和計算方法計算了一段軌道實測數據,并與某軌檢小車的計算結果進行比對,以驗證所推導數學模型和計算方法的正確性和可行性。本文的主要學術貢獻在于以下兩點：1)介紹了如何通過CPⅢ控制網下的實測坐標關聯軌道的設計里程及其設計參數,以及如何根據軌道的實測坐標計算軌道中心線的坐標；2)通過比較德國和中國軌向和高低的計算方法與結果,認為兩種方法具有各自的優勢,可以互補,為了充分真實地反映軌道的軌向和高低,軌檢時應該使用兩種方法進行評價與分析。

【英文摘要】At present, China having been put into operation high-speed railway mileage has reached more than 7000km, as well as ten thousand kilometers of high-speed railway(250km per hour or more)under construction.High-speed railway traffic speed, requiring Track Regularity better.In order to ensure that the ride track meet the demands of high speed traffic, currently is the general way in precision measuring network control, by track inspection car track ride the parameters measured, and compare to design parameters and fine tuning makes the track by track by ride the parameters meet the design requirements.Measuring rail ride what are parameters? How these parameters and the definition of measurement and calculation? Is key to design and manufacture of rail detecting car technology, therefore this article related to rail ride comfort measurement technique to study with real-world significance.This first study on the traditional track measuring principle and calculation method of ride comfort parameters, Went on to discuss in detail modern rail ride comfort measurement method of ride comfort and track various parameters of the calculation model, Rail that is involved in important parameters both high and low orbit and to ride Germany’s standard and calculation methods and

standards in China and its calculation method, The last calculated based on the mathematical model and calculation method for the derivation of the parameters of the section of track test track ride, And than on the results of a calculation of track inspection car, to verify the correctness and the feasibility of the mathematical model and calculation method of derivation.Main scholarly contribution is this article the following two points:1)Describes how to CPIII measured under control network coordinates associated with mileage of track design and its design parameters, and how the track measured coordinates calculation of coordinates of the track centre line;2)By comparing Germany and alignment and high and low calculation method and results in China, the two methods have their own advantages, can complement one another, in order to fully truly reflect the track alignment and high and low, track inspection should be used for evaluation and analysis of two methods.【關鍵詞】軌道平順性 軌檢小車 高速鐵路 精度

【英文關鍵詞】Track Regularity Railway Inspection Instruments High-speed railway Accuracy 【目錄】高速鐵路軌道平順性測量相關技術問題的研究6-7Abstract7

第1章 緒論10-16

摘要

1.1 引言

101.2 軌道平順性測量發展概況10-111.3 無砟軌道平順性測量現狀11-1313-14

1.4 軌道控制網(CPⅢ網)簡介

第2章 2.1 1.5 本文的主要研究內容及意義14-16

16-26軌道平順性各項參數的定義及其傳統的測量方法軌距16-1718-20程22

2.2 水平/超高17-182.4 高低20-21

2.3 正矢/軌向

2.6 里

2.5 扭曲21-22

222.7 線路中線的三維坐標

22-26

2.8 軌檢車測量軌道的各項平順性參數第3章 軌檢小車測量軌道平順性3.1 軌檢小車的工作流程參數的原理研究26-432626-433.2 軌檢小車檢測軌道平順性各項參數的原理3.2.1 軌距的檢測原理26-27

3.2.2 水平/超高的檢測原理27-2929-32

3.2.3 軌向的中波和長波不平順檢測原理

3.2.5 扭曲的檢

3.2.7 線3.2.4 高低的檢測原理32-33測原理33-363.2.6 線路里程的測量原理36路中線點三維坐標測量原理36-43平順性各項參數的相關數據計算及分析點坐標計算與分析44-46

43-44

第4章 軌檢小車測量軌道43-54

4.1 線路中線

4.2 軌距和軌距變化率計算與分析

46-47

4.4 軌向德國4.5 高低

4.6 4.3 水平/超高計算與分析檢測方法的計算及其與中國檢測方法的比較47-50德國檢測方法的計算及其與中國檢測方法的比較扭曲計算與分析52-5455-56

結論與展望

54-55

50-52

致謝參考文獻56-60攻讀碩士學位期間發表的論文

60-61附表一 線路中線坐標對比情況表61-64附表二

水平/超高比較表64-67附表三 本文計算模型計算的軌向和

附表四 軌附表五 本SGJ-T-CEC-I型軌檢小車計算的軌向結果表67-71向德國檢測方法和中國檢測方法計算結果表71-84文計算模型計算的高低和SGJ-T-CEC-I型軌檢小車計算的高低結果表84-88表88-96附表六 高低德國檢測方法和中國檢測方法計算結果附表七 扭曲比較表96-98

第三篇：高速鐵路采用哪些措施來提高平順性

高速鐵路采用哪些措施來提高平順性

高速鐵路軌道結構和普通鐵路軌道結構一樣，由鋼軌、軌枕、扣件、道床、道岔等部分組成。這些力學性質絕然不同的材料承受來自車輪作用力，它們的工作是緊密相關的。任何一個軌道零部件的性能、強度和結構的變化都會影響所有其他零部件的工作條件，并對列車運行質量產生直接的影響，因此軌道結構是一個系統，要用系統論的觀點和方法進行研究。鋼軌直接承受由機車車輛傳來的巨大動力，并傳向軌枕；軌枕承受鋼軌傳來的豎向垂直力、橫向和縱向水平力后再將其分布于道床，并保持鋼軌正常的幾何位置；輪軌間的各種作用力通過軌枕和扣件的隔振、減振和衰減后傳遞給道床，使道碴重新排列，并將作用力擴散傳遞于路基。由于列車速度的提高給軌道結構的作用力與速度的n次方成正比，因此高速鐵路的軌道必然要比普通線路具有更高的安全性、可靠性和平順性，高速鐵路的軌道結構要求具有高平順性。為使軌道結構的平順性持久、穩定，需要在設計、施工、管理各個環節進行嚴格控制

1交通運輸是人類生存和社會發展的重要條件之一。交通運輸方式的進步主要休現在提高運輸速率上。1964年，世界上第一條高速鐵路在日本誕生，開創了鐵路高速行車實用化的歷史。至今世界已形成近5000km的高速鐵路網。預計高速鐵路在21世紀必將有更大、更快的發展。

我國高速鐵路已起步，開工建設的秦沈客運專線實際上就是一條高速鐵路，它的最高速度超過250km/h，部分地段可達300km/h。2020年正在規劃、建設的有京滬、津秦、沈哈、京廣等段高速鐵路。

高速鐵路不僅體現了橋路軌道、機車車輛、牽引供電、通信信號、運輸指揮、運營管理等專業技術的最高水平，同時對其安全性提出更高的要求[1]。而作為高速鐵路行車基礎——軌道結構，其管理水平和目標起著關鍵性的作用。日本東海道新干線花費的運營開支最少卻能實現大量高速列車安全運行的秘密，關鍵在于建立了較科學的軌道不平順管理系統。法國TGV高度鐵路的成功經驗也證明，若提高和保持軌道結構的平順性便可以滿足300km/h高速行車對線路的要求。因此，筆者根據高速鐵路軌道結構特點，分析軌道安全管理所需檢測方法、管理內容及手段，并提出一種改進思路，即應建立在各種異常情況下的處理機制。高速鐵路軌道結構的平順性特征

2．1 高速鐵路軌道必須具有高平順性[2]

軌道不平順是引起輪軌作用力增大的主要原因。焊縫不平順，軌面剝離、擦傷、波形磨耗等原因，造成短波不平順幅值雖然很小，但是，在高速行車條件下，就可引起很大的輪軌作用力和沖擊振動。例如：一個0.2mm的微小焊縫迎輪臺階形不平順，當車速高達300km/h時，所引起的高頻動作用力可達722kN，低頻輪軌力可達321kN，使道碴破碎、道床路基產生不均沉陷，從而形成較大的中長波不平順，并能引起很大的噪音，嚴重情況時，還可能引發鋼軌、輪、軸斷裂，導致惡性脫軌事故。

2．2 嚴格控制鋼軌的平直性和焊縫的平順性

要求軌道結構具有高平順性，對鋼軌而言，其主要尺寸公差、平直度指標和焊接接頭的平直度是鋼軌重點關注的指標。無論是鋼軌主要尺寸公差，還是鋼軌焊接接頭的幾何尺寸公差，我國目前的標準與運行高速鐵路國家的標準相比都有較大的差距[3]。

2．3 一次鋪成跨區間無縫線路

一次鋪成跨區間無縫線路，是提高軌道結構連續性、均勻性的重要措施，可最大限度減少鋼軌接縫引起的輪軌沖擊作用和由此引發的一些接頭病害；還可控制初始不平順，提高軌道平順性，減少維修工作量，降低運營成本，且效果顯著。

2．4 高精度的軌道鋪設及維修標準[4]

要保持軌道的高平順性，首先要求鋪設的精度要高，其次日常要保證高標準、高質量的維修及管理。

設計時采用高標準，施工時嚴格控制質量，在投入運營后應隨時監測掌握不平順發展變化情況，進行軌道的安全管理，發現超限的處所需立即處理。高速鐵路軌道的安全管理

3．1 建立安全確認車檢查制度

高速鐵路是客運專線，采用白天行車、晚上固定“天窗”養護作業方式。在每天早晨開行第一趟列車之前，無論法國還是日本都利用安全確認車進行線路檢查，其目的是檢查線路是否在夜間遭到破壞，或者夜間施工有無機具遺漏在線路上，侵入限界，影響行車安全。其檢測技術是通過在司機室內設置的攝像機拍攝前方圖像，通過計算機對圖像進行處理，檢查扣件有無松動，道床的路肩寬度有無變化，提供對保障行車安全有用的數據資料。

3．2 軌道不平順管理

軌道的幾何形位在列車運行過程中，發生各種各樣的變化。為保障行車安全，對軌道幾何形位進行控制，超出某一限值時進行養護維修。由于軌道動態檢測更能反映軌道幾何形位實際變化情況，世界各國都采用軌檢車進行檢測

高速鐵路維修管理目標分5個層次：

（1）作業驗收質量目標管理，即維修作業或施工后，按照作業驗收標準進行的目標管理。

（2）經常保養目標管理，即按照保養標準對線路進行日常養護，保持線路質量均衡所進行的目標管理。

（3）預防性計劃維修管理（平衡舒適度目標管理），即按管理區段軌道質量指數標準，在軌道狀態惡化之前進行預防性維修。

（4）臨時補修管理，即當時軌道局部不平順達到或超過臨時補修管理標準時，在規定的時間內安排臨時補修計劃，并予以消除。

（5）限速管理，即當軌道局部不平順達到或超過限速管理標準時，必須降低列車運行速度，并立即予以消除。

3．3 列車振動加速度管理

根據國際振動環境標準ISO2631的規定，振動頻率為1~2Hz，累計持續時間為4H的車體振動環境，保持舒適度不減退的允許加速度：橫向為0.17m/s2，垂向為034~0.49m/s2。列車振動加速度利用晃車儀等設備檢測，發現異常情況，通過沿線的電纜傳輸到中央調度臺的工務調度及相關養護部門，由調度向養護部門下達調查和處置命令，對于超出一定限值的列車采用限速措施

3．4 鋼軌踏面及傷損管理

鋼軌的傷損主要包括軌頭磨耗（垂直磨耗、側面磨耗、波磨）、表面凹凸不平順、焊縫不平順、表面擦傷、剝離及內部的核傷和裂縫。對鋼軌狀態管理分為踏面及傷損管理。

3．4．1 鋼軌踏面管理

對于鋼軌踏面的檢測需利用先進的激光技術、計算機技術、圖像技術、進行快速、無接觸的檢測。經過圖像處理后，比較鋼軌標準截面和實際截面的形狀，可得到鋼軌表面狀態。

在高速鐵路上，實行鋼軌踏面管理，其目的有二：一是為降低噪聲和振動，減少輪重的變化；二是防止鋼軌表面傷損縱向方向的發展。對鋼軌踏面管理的方法：開通前用磨軌列車打磨鋼軌；運行過程中進行周期性打磨。

打磨鋼軌，去除鋼軌在軋制和運行過程中造成的不平順，進一步提高焊頭的平順性，已被國外的高速鐵路的實踐證明是一項技術經濟效益顯著的成功經驗。

3．4．2 鋼軌探傷管理

鋼軌內部的核傷和裂紋可用探傷車來檢測；探傷的種類有如下兩種：

（1）周期性探傷。根據探傷作業計劃，每隔一定周期，在“天窗”時間內，鋼軌探車以30~40km/h的速度邊向鋼軌灑水，邊向鋼軌發射2500Hz、2MHz的超聲波，根據各種反射波來判斷鋼軌內部的傷損。超聲波探頭單側裝有4個，發射角度分別為0°和37°各一個，70°的有兩個。探傷結果有多種表示方法。

（2）精密探傷。使用鋼軌探傷車對全線進行探傷，找出傷損鋼軌的處所和部位，再由探傷工使用各種小型精密探傷儀，逐處進行精密探傷，對照傷損判別標準，確定傷損等級，采取相應措施。

3．5 無縫線路管理

無縫線路最致命的事故是“脹軌跑道”和“鋼軌折斷”。產生該事故的原因主要是鋼軌內部的溫度力，而鋼軌最小抗彎強度與鋼軌橫向剛度、道床橫向阻力、軌排彎曲剛度有關。

因此，在無縫線路管理時應做到：

（1）正確設定鋼軌鎖定軌溫并嚴格檢測；

（2）嚴格按章作業，確保道床橫向阻力；

（3）控制鋼軌的異常伸縮、爬行；

（4）異常高溫時，增加巡道班次，觀察線路方向，必要時采取慢行措施。異常情況下的處理對策

異常情況是指列車運行時，遇到不可抗拒的自然災害或突發事件，其管理體制標準優先級別最高。

4．1 降暴雨時處理對策

在高速鐵路沿線布置雨量計，收集沿線降雨情況，并將相關數據傳輸到管理室。當雨量超過限值時，一方面加強線路巡視，啟動相應的救援體系，另一方面對列車進行限速。當降雨結束后，解除限速，逐級提速，恢復原有行車速度。

4．2 振動超限時處理對策

當司機報告有振動超限時，通過該區段的列車采取慢行措施，進行現場調查，以決定是否能解除慢行。此外，對軌道不平順中高低、方向超限時，也采取慢行措施。

4．3 地震、強風、大雨雪時處理對策

高速鐵路線路走向不同，地質狀況不同，采取措施也有不同。東海道新干線沿海而建，地震頻繁，而在東北新干線，降雨雪對行車的影響也需考慮。

第四篇：軌道結構材料檢測

軌道結構材料檢測

科標檢測作為國內一流的高分子材料檢測機構，主要根據國內外被廣泛接受的標準進行高分子材料分析測試，并依據強大的技術實力，可以根據客戶的特殊要求幫助開發新的檢測方法并進行相關的研究分析。

鐵路軌道結構中，扣件的擋板座是保護軌枕擋肩、絕緣、保持軌距的重要部件。要求其材料耐低溫、抗沖擊。制備這種部件選擇高強度的增韌塑料材料是合適的。

鋼軌絕緣件是鐵路軌道線路的絕緣部分，為保證軌道信號準確無誤，鋼軌連接要求具有良好的絕緣性和高的壓縮強度。現在多采用尼龍(PA)、超韌PA、纖維增強塑料(FRP)等材料制作。為適應高速鐵路的要求，設計了新型的提速道岔，并采用了混凝土岔枕，岔枕中配置了塑料套管。該套管要求具備高抗拔力、絕緣、強韌性等性能，現在多采用高強增韌PA材料制作。此外，塑料材料還用作可變墊板、電熱墊板、軌道填充材料、彈性枕木等零部件；

檢測范圍

橡膠墊板、聚酯墊板、HDPE軌下小阻力墊板、軌下常阻力墊板、板下常阻力墊板、風擋、客車門窗玻璃、鋼軌橡膠墊板機車車輛門窗用密材料、內燃機車用橡膠密封件機車、動車前窗玻璃、綜合護套、鋁護套信號電纜、絕緣電纜、高分子材料鋼軌絕緣件、機車司機室座椅機車、動車空氣管路用橡膠軟管、動車組乘客座椅、機車用刮雨器、機車轉向架構架等。檢測項目 客車門窗玻璃 TB1243-1982 機車車輛門窗用密封材料TB/T 1422-2013 內燃機車用橡膠密封件TB/T 1444-2002 機車、動車前窗玻璃TB/T 1451-2007 綜合護套、鋁護套信號電纜TB1472-1983

機車車輛電纜 第1部分：額定電壓3kV及以下標準壁厚絕緣電纜 TB/T 1484.1-2010 機車車輛電纜 第2部分：薄壁絕緣電纜TB/T 1484.2-2010

機車車輛電纜 第3部分：30kV乙丙橡皮絕緣單相電力電纜TB/T 1484.3-2010

高分子材料鋼軌絕緣件TB/T 2927-2015 機車司機室座椅TB/T 2961-1999

機車車輛風擋 TB/T 3094-2015

機車、動車空氣管路用橡膠軟管TB/T 3261-2011

動車組乘客座椅TB/T 3263-2011 機車用刮雨器TB/T 3265-2011 機車轉向架構架TB/T 3312-2013

第五篇：軌道檢測數據在高速鐵路維修中的應用（寫寫幫推薦）

軌道檢測數據在高速鐵路維修中的應用

(2010-10-19 11:45:12)轉載 標簽：

雜談

軌道檢測數據在高速鐵路維修中的應用

摘要：本論文主要針對線路設備動態下的綜合檢測車、軌檢車和靜態下的光電式檢查小車的檢查數據，對高速鐵路的線路維修作業進行指導。通過動靜態數據對比,達到檢測數據的現場精確定位，使動態下軌檢車檢查結果能直接反映到每米線路上，有效指導作業,同時對如何利用動態資料進行維修養護提出科學性的建議。

關鍵詞：鐵道工務 軌道 檢測數據 維修

高速鐵路的安全運用, 高質量的線路設備是基本保證。線路設備質量的提高，首先要求我們檢測方法的加強和維修手段的不斷進步。目前我國高速鐵路的檢測設備已取得顯著的成績，但在數據應用與指導生產上，從基層工務段來講還有提升的空間。本文主要通過作者的現場實踐，探討在軌道動靜態檢測數據應用上的一些體會。檢測數據介紹

高速鐵路軌道檢測數據按檢查方式可分為動態檢測和靜態檢查。1.1 動態檢測

動態檢測主要有部綜合檢測車檢查和線路檢查儀檢查。

1.時速200km的部綜合檢測車有安裝在V型車上的0號檢查車和安裝在II型車上的10號檢查車，二者檢測項目略有不同，檢測周期為每月2～3次。另外在既有線提速段通常每月還有2～3次掛在直達列車上的時速160km的軌道檢查車的檢查。

2.線路檢查儀分安裝在機車（或動車）上的車載儀線路檢查儀和人工添乘時攜帶的便攜式線路檢查儀兩種。1.2 靜態檢測 靜態檢測主要有軌檢儀、靜調小車，以及道尺和弦繩等輔助檢測工具。靜調小車主要應用于無碴軌道測量，其采用全站儀設站精細測量作業，對軌道進行空間精確定位。軌檢儀和道尺、弦繩的檢測主要是軌道幾何尺寸的檢測。檢測資料應用及分析 2.1 軌檢車資料的應用與分析

軌道檢查車是檢查軌道動態不平順的主要設備，檢查包括軌道動態不平順和車輛動態響應。檢查項目主要包括左右高低、左右軌向、軌距、水平、三角坑，曲率、曲線超高、曲線半徑，車體橫向和垂直振動加速度、左右軸箱垂直振動加速度、輪重減載率和脫軌系數等。新型軌檢車還增加了鋼軌斷面、波磨、斷面磨耗、軌底坡、表面擦傷、道床斷面、線路環境監視等項目檢測。軌檢車根據軌道動態不平順和車輛動態響應綜合評價軌道狀態，工務車間和工區主要應用以下方面數據。

1.軌檢車資料應用最多的是軌距、水平和三角坑等偏差的峰值超限，主要是對其I、II、III級偏差的臨修指導。

2.工務部門在月度工作安排中，對T值超限或TQI值較大的處所，安排選擇性保養，以實現線路設備狀態的均值管理。

3.目前越來越多的一線工班長，通過對振動加速度的分析，綜合判斷晃車的形成，其中橫向加速度多波振動是造成車體晃車的主要原因。

4.通過對垂向加速度波形的分析，綜合判斷鋼軌垂磨情況，以便于合理安排大型打磨車作業。

在以上數據尤其是峰值偏差超限處所的應用中，存在的主要問題是檢測里程和現場實際里程有一定的偏差，難以精確到“米”或每根軌枕為單位的位置上整治病害。

2.2 線路檢查儀的應用

車載式和便攜式線路檢查儀，通過對車體轉向架的感應來檢測車體垂向加速度和橫向加速度，在0.3～10Hz間濾波得出基本反映線路狀態。線路檢查儀不能直接反映病害的成因，也不能檢測出軌道的幾何尺寸，只能針對反映不良處所通過分析軌檢車圖紙和現場調查，確定整治方案。2.3 軌檢儀資料的應用

軌檢儀檢測數據包括軌道左右高低、左右軌向、軌距、水平、三角坑，它可以實現每間隔125mm的連續檢測。通過對檢測數據的處理可以生成經常保養作業報告、臨時補修作業報告和作業驗收超限報告。同時可進行軌道頻譜分析、缺陷統計以及圖形化分析軌道幾何尺寸的特點。軌檢儀資料的應用在工區還未能全面展開，基本上是用于以下二個方面。

1.用于線路設備的檢查和作業驗收，替代工長手工檢查，提高檢查效率和連續性。

2.分析檢測數據，對幾何尺寸超限處所，及時安排臨時補修。

多數工區在對檢測結果的軌道頻譜分析、缺陷統計以及圖形化分析方面還未能展開，同時對數據月度對比方面，由于軟件編制原因也未能達到分析和考核的作用。2.4 軌檢車和軌檢儀檢測資料的對比應用

軌檢儀里程相對來講較為精確，可以精確到“米”甚至于那根軌枕上，這是其與軌檢車相比最為關鍵的優點。而軌檢車是動態下的檢測結果，對于有碴軌道來講，其更能真實反映軌道在列車荷載作用下的動態幾何形變。如何將二者充分結合起來，達到幾何尺寸分析到位、現場病害位置查找精確的目標，將對維修工作帶來革命性的變化。通過作者兩年多來的實踐，我們完全可以通過看圖分析，來達到將軌檢車動態檢測結果和靜態軌檢儀數據合二為一的效果。

1.培養熟練識別車檢車圖紙的能力。每次軌檢車過后，必須全面瀏覽一遍檢測圖紙，通過“全面看、找重點”的方式，確定軌檢車檢測需要整修的病害。基本確定后將每屏設成200m長度進行詳細分析，確保動態下偏差超限處所分析透徹。查找出單項病害后，逐條線進行審圖。

1)除注重單項峰值病害外，要注意左右軌向、左右高低線是否同向趨勢。左右軌向相同則線路中心線形成軌向，易引起車體橫向晃車；左右股高低線形成對高或對低，則易引起車輛上下跳躍，都行車都具用破壞性。

2)重點關注橫向、垂向車體振動加速度是否呈顯連續多波性，這些病害的存在嚴重影響行車平穩性。連續多波水加線基本對線路檢查儀報警位置相對應。

3)對軌距線重點在變化率和峰值超限上進行關注。

4)對超高、曲率線重點關注逆向變化。防止出現大半徑的反超高曲線，這種形式下極易引起晃車。

5)重點關注軌向和水平的逆向復合變化不平順，其是車輛動態考核的關鍵指標。2.軌檢儀檢測資料的應用

離開動態軌檢車檢測資料來看軌檢儀資料，缺乏動態指導的依據。而在動態資料指導下，回過頭來看軌檢儀資料，可以使作業人員心中豁然開朗。在軌檢車資料我們掌握了線路設備在動態下的不良處所，帶著問題來分析軌檢儀資料，利用軌檢儀資料位置精確的特點，我們可以實現把動態檢測結果實現精細定位到每根軌枕上的要求。

1)通覽“軌檢儀線路檢查記錄”，尤其是對軌檢車檢測偏差處所重點關注。通過對軌檢儀檢測數值的觀察，判斷病害的大約實際位置。

2)確定位置后，通過軌檢儀軟件，瀏覽間隔125mm的測量數據，結合軌檢車各項指標檢測線的趨勢，綜合分析偏差對應基本位置。

3)基本確定動態下的病害范圍后，通過軌檢車軟件，認真偏差項目的線型圖，對比此圖和軌檢車圖型的變化趨勢，可以精確判斷出動態偏差點對應軌檢儀病害的位置，從而達到精確定位偏差的目的。

4)軌檢車和軌檢儀軌向數據的對比（京廣下行線K366+000～K366+200）（1）8月10日軌檢儀檢測數據左右軌向線型

（2）8月11日軌檢車檢測數據左右軌向線型

由于動靜態檢測結果的差異，需要我們在全面分析的基礎上，依靠一定的經驗才能做出正確的判斷。譬如軌向線要結合軌距，三角坑病害要結合水平等。建立在大量讀圖和現場實踐基礎上，我們就能熟練應用二者數據，更好地為生產服務。3 檢測資料的精確定位

為了實現檢測資料的精確定位，我們需要在檢測及分析中，掌握以下方法，提高檢測和分析偏差位置精度的能力。3.1 軌檢儀資料的精確定位 軌檢儀的檢測定位，關鍵在檢測過程中的及時校正里程，對曲線、橋涵等設備進行認真標定，確保每公里誤差范圍縮小在500mm以內。同時要對誤差進行記錄，采取均差的方式實現對病害的精確定位。3.2 線路檢測儀的精確定位

線路檢測儀二項指標是通過車體來感覺線路設備的整體狀態，其反映有個基本的過程。除了嚴重超限的單項病害外，目前高速條件下的晃車基本上是由多波病害引起的。其報警里程和病害的位置一般有如下關系。

1.車載式線路檢查儀的報警，在LKJ數據準確、信號機位置正確的基礎上（且兩個信號機間無長短鏈），垂加病害自報警點向車尾方向20m后開始向后找20m左右的單項病害或100米范圍內的2～3波高低病害，水加病害自報警點向車尾方向20m后開始向后找80m范圍內的多波病害為主。

2.便攜式線路檢查儀，受GPS衛星定位的影響，里程精度難以確定。其精確定位要依靠對車載數據的綜合分析，以及看軌檢車圖形中的垂加和橫加兩條線來判斷。

3.3 軌檢車資料的精確定位

1.通過軌檢車圖上分析，我們可以借助地面輔助標志，橋梁撓度和接頭不平順，以及曲線頭尾和長度等資料，將在區間病害定位誤差不大于3米。對于岔區我們可以依靠叉心有害空間、尖軌尖段軌距兩項，將病害精確定位在1m范圍之內。

2.結合軌檢儀的數據分析，我們確定軌檢車檢測的偏差后，我們可以將二者合二為一，綜合判斷出區間病害在500mm范圍內的位置。在岔區我們可以判斷出在那根軌枕上的病害位置。運用動靜態檢測資料進行精調作業的方法

我們完成了病害的精確定位之后，我們就可以進行精細整修了。高速線路的維修養護作業，必須堅持“講科學、高標準、零誤差”。科學養護對于高速來講，必須堅持線路的高平順性。通過對線路的精調、優化，在軌檢車和軌檢儀等檢測數據的指導下，完成線路的精細養護。我們通過分析要以判斷出軌道幾何尺寸病害的精確位置，針對水平、軌距、三角坑、高低和軌向等病害進行精調作業，以提高行車平穩性 4.1 水平的精調技術

水平的精調，一是采用調換膠墊、更換墊板的技術來實現，二是采用可塑性軌道調高材料，通過注塑進行精確調整。后者一般應用于固體道床上。前者的應用主要有以下幾方面。1.在標準膠墊的基礎上，生產部分7mm、9mm不同厚度的標準材料做成的膠墊。通過更換膠墊的方式進行水平的調整。

2.生產0.5mm、1mm、2mm、3mm、5mm等高精度的尼龍墊板，通過墊板作業提高水平精度。

3.螺栓扭矩務必在規定范圍內且左右螺栓扭矩保持一致，確保膠墊在軌底的平展性。4.2 軌距的精調技術

軌距的精調，應該一是卡控軌距變化率，二是通過調整尼龍底座，把軌距控制在一個范圍值內。建議以左右股軌向對稱為前提，確保線路中心線順直后再卡軌距。精調注意以下幾點。

2.保證鋼軌兩側立螺栓的扭矩基本一致。

3.軌距值的卡控，應該結合軌向和鋼軌自身的應力，把軌距控制在-1～2mm間即可。具體原因見軌向的精調技術的介紹。

4.對于岔區的軌距，必須從動態平順性出發，建議結合尖軌類型進行重新定義。設計中模擬車輪通過道岔的狀態，對尖軌處軌距進行優化。理論依據是通過直股尖軌時的車輪，著力點從尖軌駛入端開始自輪緣向外過渡，過渡到40mm左右后再過渡回來（如圖所示）。當岔距尤其是尖軌處，軌距依然保持在1435mm或者更小時，如下圖所示，則更容易引起晃車。優化后的軌距，可類似于以下設計。

4.3 軌向的精調技術

軌向的調整，主要是指軌距不以一個值為前提，而以軌向對正為前提。軌向最終的表達形式，應該形成如下圖所示的結局，最終軌向取中線后，線路中心線盡量保持直的狀態。由于工區在日常作業中，多以軌距為基準。造成線路軌距是一個值，卻形成左、右軌向，線路中心線不直。在2007年以前，當軌距未執行零誤差時，軌距和軌向的關系如左圖所示。線路軌向峰值較大，但波長較長。一般峰值在3～5mm，波長在12～20m間。

自2007年開始對軌距執行“零誤差”標準后，尤其是2008年換軌大修期間，軌距的嚴格控制，造成如下圖所示的情況。這樣的結果是軌向峰值變小，一般在1~2mm間，但波長也隨之變短，軌道波長在6~8m間。這樣的維修結果是軌道結構幾何尺寸從靜態下檢查非常好，但從行車的平穩性上來講，卻容易造成車體的共振。

綜上所述，建議對軌向的整正必須結合軌距進行。左右對稱進行作業，不要以單純的軌距進行作業的卡控。只有這樣才能保證行車的平穩性。而其主要原因是由于車輪的結構所決定的。車輪是一個錐形踏面，列車在運行過程中，通過錐形踏面的自動調整而保持車輛的穩定。從踏面圖上分析可以看出，車輪在沿輪緣處運行和外側運行時，水平差約6mm。當軌距固定形成軌向，車輛運行時，外軌沿車輪輪緣運行，內軌沿車輪外側運行，形成1～4mm水平的變化。4.4 高低的精調技術

線路高低的精調技術，主要靠調整軌下膠墊或墊片來實現。其調整的主要依據是軌檢車圖紙。每次軌檢車過后，認真分析軌檢車圖紙。對動態下高低數值較大的處所，精確定位到哪根軌枕上，尤其是岔區的岔枕上。本著“撤高就低”的原則對高點進行調整。4.5 軌面打磨作業

軌面打磨作業是必須堅持的工作，通過從軌檢車圖上分析垂加線型或現場調查，確定軌面不良處所，全面安排采用仿型機進行打磨。打磨精度作業面以不超過0.2mm為限，作用邊以車輪是否用擦痕為前提，盡量減少打磨的工作量。

通過以上分析，主要是就如何熟練分析應用動態下的軌檢車資料和靜態下軌檢儀的數據，使二者有機的結合在一起，更好地服務于工務一線。具體還需要在實踐中探索，愿能通過這篇文章，強化工務部門應用各種檢測數據指導生產的目的。

參考文獻

1.《鐵路線路修理規則》.北京.鐵道部辦公廳.2006年

2.《鐵路線路修理規則雜文說明》.北京.中國鐵道出版社 2008年 3.《常用道岔主要參數手冊》.北京.中國鐵道出版社.2007年

4.羅林 《輪軌系統軌道平順狀態的控制》.北京.中國鐵道出版社.2006年 5.佐藤吉彥 《新軌道力學》.北京.中國鐵道出版社.2001年

6.圣小珍 雷曉燕 《現代軌道理論研究》 北京 中國鐵道出版社 2006年