軌道狀態(tài)檢測課件

1、軌道狀態(tài)檢測 劉 秀 波電話-mail：xbliurails2019年12月28日7/20/20221機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所軌檢車動態(tài)檢查項目軌道不平順動態(tài)檢查的主要設備是軌道檢查車，檢查包括軌道動態(tài)不平順和車輛動態(tài)響應。中國軌檢車檢查項目主要包括左右高低、左右軌向、水平、三角坑、曲線超高、曲線半徑、軌距、車體水平和垂直振動加速度、左右軸箱垂直振動加速度等。軌檢車根據軌道動態(tài)不平順和車輛動態(tài)響應綜合評價軌道狀態(tài)。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(huán)境監(jiān)視等項目檢測。 7/20/20222機車車輛研究所礎

2、設施檢測研究所礎設施檢測研究所軌檢車檢測項目正號定義 軌檢車正向：檢測梁位于軌檢車二位端，定義二位端至一位端方向為軌檢車正向，軌檢車行使方向與軌檢車正向一致時為正向檢測，反之為反向檢測。軌距（偏差）正負：實際軌距大于標準軌距時軌距偏差為正，反之為負；高低正負：高低向上為正，向下為負；軌向正負：順軌檢車正向，軌向向左為正，向右為負；水平正負：順軌檢車正向，左軌高為正，反之為負；曲率正負：順軌檢車正向，右拐曲線曲率為正，左拐曲線曲率為負；車體水平加速度：平行車體地板，垂直于軌道方向，順軌檢車正向，向左為正；車體垂向加速度：垂直于車體地板，向上為正。 7/20/20223機車車輛研究所礎設施檢測研究

3、所礎設施檢測研究所軌道不平順定義：軌距點“線規(guī)”規(guī)定實際鋼軌頂面以下鋼軌內側16mm處輪軌接觸點。目前軌檢車檢測的是16mm點 7/20/20224機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所軌道不平順定義：軌距同一軌道橫截面內左右鋼軌兩軌距點之間的最短距離。 目前軌檢車檢測16mm點間距離。7/20/20225機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所軌道不平順定義：軌向鋼軌內側軌距點垂直于軌道方向偏離軌距點平均位置的偏差。分左右軌向兩種。 軌向也稱作方向?？梢苑謩e按不同弦長的正矢和不同波長范圍的空間曲線輸出。7/20/20226機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所軌道不平順

4、定義：高低鋼軌頂面垂直于軌道方向偏離鋼軌頂面平均位置的偏差。分左右高低兩種。 可以分別按不同弦長的正矢和不同波長范圍的空間曲線輸出。7/20/20227機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所軌道不平順定義：水平、超高中國水平：同一軌道橫截面上左右鋼軌頂面所在水平面的高度差。不含圓曲線上設置的超高和緩和曲線上超高順坡量。 UIC水平型軌檢車車相對水平超高：曲線地段外軌頂面與內軌頂面設計水平高度之差。 7/20/20228機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所軌道不平順定義：三角坑軌道平面的扭曲，沿軌道方向前后兩水平代數差。 也稱作扭曲7/20/20229機車車輛研究所礎設施檢測研

5、究所礎設施檢測研究所軌道不平順定義：復合不平順在軌道同一位置上，垂向和橫向不平順共存時稱為軌道復合不平順。目前主要指軌向不平順與水平不平順組合的逆向不平順。復合不平順的計算如下： 復合不平順X-1.5Y 式中: X為軌向不平順值； Y為水平不平順值。水平為正，軌向為負，不利情況 7/20/202210機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所軌道不平順定義：鋼軌斷面磨耗垂直磨耗：標準鋼軌斷面寬度內側1/3 處實際鋼軌垂向磨耗。側面磨耗：標準鋼軌頂面以下16mm處實際鋼軌垂向磨耗?？偰ズ模捍怪蹦ズ?1/2側面磨耗側面磨耗垂直磨耗7/20/202211機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研

6、究所軌道不平順定義：鋼軌波磨波形磨耗是指鋼軌頂面上出現的波狀不均勻磨耗。按其波長分為短波（或稱波紋型磨耗）和長波（或稱波浪型磨耗）兩種。波紋型磨耗為波長約50100mm，波幅0.10.4mm的周期性不平順；波浪型磨耗為波長100mm以上，3000mm 以下，波輻2mm以內的周期性不平順。7/20/202212機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所地面標記ALD7/20/202213機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所軌道檢測檢測方式主要分為： 弦測法 慣性基準法 弦測與慣性相結合方法高低和軌向輸出方式： 正矢（10，20，40m） 空間曲線（25m，70m，150m，200m

7、）7/20/202214機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所弦正矢和空間曲線7/20/202215機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所空間曲線7/20/202216機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所弦測法（日本、意大利等）7/20/202217機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所慣性基準法軌道的高低不平順等于質量塊的垂向運動z和質量塊與鋼軌間相對位移h之差。 y = z -h質量塊在慣性空間的垂向運動z，可以用由加速度計檢測的加速度a經過二次積分得到； h 可以用位移傳感器得到。7/20/202218機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所軌道幾

8、何檢測設備（1）美國KLD LABS公司7/20/202219機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所軌道幾何檢測設備（2） 美國IMAGEMAP 公司7/20/202220機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所軌道幾何檢測設備（3） 美國 ENSCO 公司7/20/202221機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所軌道幾何檢測設備（4） 意大利MERMEC公司弦測法 Track GaugeRolling PlaneCalculated fromReal Rail ProfilesLaser BeamGauge Point 14 mm under Rolling Plan

9、e7/20/202222機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所軌道幾何檢測設備（5）DB激光三角測量方法7/20/202223機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所基于圖像測量的處理方法7/20/202224機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所實測軌道不平順7/20/202225機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所鋼軌頂面不平順檢測設備（1）ENSCO公司伺服機構三點弦激光測量系統(tǒng)7/20/202226機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所鋼軌頂面不平順檢測設備（2）意大利TECNOGAMMA公司激光圖像弦測法7/20/202227機車車輛研究所礎設

10、施檢測研究所礎設施檢測研究所鋼軌頂面不平順檢測設備（3）德國BENTTEC公司激光圖像測量方法7/20/202228機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所鋼軌頂面不平順檢測設備（4）軸箱加速度二次積分方法，使用該方法的國家有英國、荷蘭、澳大利亞、日本、法國7/20/202229機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所鋼軌頂面不平順檢測設備（5）通過車底板下輪軌噪聲間接評價，使用該方法的國家有英國、德國、日本、法國7/20/202230機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所實測鋼軌頂面短波不平順譜7/20/202231機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所軌道幾何檢

11、測設備結構圖7/20/202232機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所軌道幾何合成傳感器坐標系的定義7/20/202233機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所軌距測量軌距定義為左右兩根鋼軌頂面以下16mm點之間的最短距離.在激光斷面測量系統(tǒng)中是通過計算左右鋼軌頂面各點中具有最大的Y值點以下16mm處間的距離獲得的.目前要求新引進軌道檢測系統(tǒng)檢測左右兩根鋼軌頂面以下16mm點之間的最短距離.7/20/202234機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所軌距變化率計算只要滿足列車通過條件連續(xù)不變軌距小軌距有利車輛動力性能。軌距檢測受標定誤差影響，常產生檢測系統(tǒng)誤差。由相隔

12、2.5m的兩點實際測量的軌距差除以2.5m得到。選擇2.5m主要考慮車輛軸距和濾波。軌距變化率直接影響輪軌接觸幾何，危機行車安全和舒適性。 7/20/202235機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所日本軌距和軌距變化率標準7/20/202236機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所超高、水平和三角坑測量方法通過測量軌道平面相對于水平面的傾角計算。該傾角等于檢測梁的傾角與梁相對于軌道平面傾角之差，即：檢測梁的傾角可由測滾陀螺和傾角儀（水平加速度）可計算得到。 梁相對于軌道平面傾角由激光攝像系統(tǒng)計算得到。7/20/202237機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所曲率測量

13、方法曲率是以列車走行的單位距離軌道的方向角的變化表示。即：由搖頭陀螺陀螺可以測量搖頭速率7/20/202238機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所高低和軌向檢測方法高低和軌向檢測方法本質一樣。但要通過慣性元件和唯一檢測系統(tǒng)修正垂直面或水平面的加速度和位移量7/20/202239機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所長波高低和軌向不平順 1.570m是長波高低和軌向不平順隨機信號所包含的波長范圍。以往軌檢車檢測輸出和評價的高低和軌向波長范圍是1.542m。對于160km/h以下線路1.542m波長范圍的高低和軌向不平順足以反映影響行車安全和舒適性。但160km/h以上是1.54

14、2m波長范圍的高低和軌向不平順主要反映影響行車安全，考慮舒適性必須而且重點考慮1.570m波長范圍的高低和軌向不平順。7/20/202240機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所水準儀測量長波高低與軌檢車檢測結果對比7/20/202241機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所軌檢車地面標記識別 軌道上的道口、道岔、橋梁、軌距拉桿等會含有金屬部件，安裝于軌檢梁上ALD傳感器可以探測到這些金屬部件，其輸出的信號可以和里程、軌道不平順同步顯示在軌道檢測波形圖上。由于道口、道岔、橋梁、軌距拉桿等會含有金屬部件大小、形狀、位置不同，ALD信號反應就有所區(qū)別。因此根據ALD信號特征可以識別

15、就可以道口、道岔、橋梁、軌距拉桿位置，根據這些位置可以方便準確地找出軌道病害的位置。實際應用時可以結合曲率和超高波形圖來共同確定軌道病害位置。 7/20/202242機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所道岔區(qū)ALD信號特征 軌檢車直向或側向過道岔時，安裝在軌檢梁上的ALD傳感器經過轉轍器尖軌拉桿和導曲線鋼軌或連接部分直股連接鋼軌產生高電壓信號。拉桿較細，ALD反應持續(xù)時間短，ALD信號表現為兩根小刺；導曲線鋼軌和連接部分直股連接鋼軌較粗，ALD反應持續(xù)時間較長，同時ALD通過軌跡斜交鋼軌，因此ALD經過導曲線鋼軌和連接部分直股連接鋼軌時產生等邊梯形信號曲線 7/20/202243機車

16、車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所橋頭ALD信號特征 軌檢車通過橋時，安裝在軌檢梁上的ALD傳感器在通過橋兩頭護軌梭頭時產生感應產生一對高電壓信號，并且當ALD傳感器偏離軌檢梁中心較大時ALD還能感應到橋梁護軌產生高電壓信號。護軌處ALD信號波動是由于檢測梁隨轉向架橫向擺動引起ALD與護軌距離變化產生的?，F在許多新建橋梁無護軌，這時橋梁位置較難識別。橋頭常見的軌道不平順超限是路橋過渡段不均勻下沉產生的高低超限，特別是長波長高低不平順超限。 7/20/202244機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所平交道口ALD信號特征 平交道口處在軌道中心一般有鋼筋混凝土板和其鋼板約束，當A

17、LD傳感器從上面經過時產生感應，產生高電壓信號。平交道口日常較難維修，因此產生空吊，道口常見的病害是三角坑和軌距，但有時因平交道口處因泥土覆蓋在軌距點上產生虛假的小軌距超限。 7/20/202245機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所電容枕ALD信號特征 當ALD傳感器通過電容枕時產生感應，產生高電壓信號，但持續(xù)時間較短，當ALD增益調節(jié)恰當時能檢測到電容枕位置。電容枕一般等間距布置，根據電容枕位置也可以確定軌道病害確切位置。 7/20/202246機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所曲率超高特征曲線 根據病害相對于曲線距離確定軌道病害位置。按列車行進方向曲線分左右曲線，右

18、曲線超高曲率均為正，即左軌高。 7/20/202247機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所道岔區(qū)處異常軌道不平順對于固定性轍叉，軌檢車通過叉心有害空間時，鋼軌實際作用邊不連續(xù)，對于圖像測量方法，檢測的軌距點和高低點實際根據有害空間處翼軌計算得出，因此軌距、水平、三角坑和一單側鋼軌高低軌向出現尖刺。對于GJ_4(G)型軌檢車，高低仍采用接觸式測量方法，車輪通過有害空間時，由于車輪半徑較大，軌檢車檢測的高低、水平和三角坑不平順波形連續(xù)正常，這時激光點打到翼軌上，單邊軌距異常。對于可動心軌道岔，轍叉區(qū)無有害空間，檢測結果正常。7/20/202248機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研

19、究所尖軌處異常軌道不平順尖軌處因基本軌刨切或軌檢車通過時尖軌與基本軌不密貼，檢測軌距和一單側軌向波形不連續(xù)。 對于9和12號道岔尖軌處的軌距加寬量，軌檢車由于無法自動識別道岔類型并沒有消除。7/20/202249機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所低速側向過岔軌向軌檢車低速側向通過道岔導曲線時，由于導曲線不設超高，超高通道信號較小，但導曲線一般半徑較小，曲率信號較大，因此結合ALD信號比較容易確定側向過叉位置。同時由于沒有設超高和導曲線半徑較小，慣性包內軌向加速度變化較大，軌向平衡能力差，同時由于濾波原因把小半徑曲線的部分成分當作軌向輸出，因此低速側向道岔時的軌向不真實。7/20/2

20、02250機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所設備故障引起的孤立超限判斷方法 孤立的較短的軌道不平順，形狀類似尖刺，屬于異常值，主要因為圖像干擾引起，一般由于只是單側鋼軌斷面受到干擾，其特征主要表現為軌距、水平、三角坑和單側高低和軌向同時出現尖刺，加速度信號并無明顯反應。 7/20/202251機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所車體加速度輔助判斷方法 一般大的軌道不平順都可能引起較大的車體加速度響應，但受到列車速度的影響不同波長的軌道不平順在不同速度下引起的車體加速度也不相同。一般情況高低和車體垂向加速度、軌向和車體水平加速度相關性較好，特別是軌道不平順波長與車體敏感波長

21、一致時，軌道不平順與車體加速度能一一對應，只是相位不同。因此，利用車體加速度可以輔助評判超限正確性，以利于超限編輯。7/20/202252機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所7/20/202253機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所陽光干擾 對于采用圖像處理軌道檢測系統(tǒng)，當陽光照射在激光切割斷面上時，將引起圖像處理困難，很難識別實際的鋼軌輪廓，使得檢測波形出現劇烈變化。有時鋼軌剛打磨完也影響檢測，效果類似陽光干擾。這種情況一般只出現在單側鋼軌。7/20/202254機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所其它干擾 對于采用圖像處理軌道檢測系統(tǒng)，因掛紙、泥沙雪等干擾引起

22、激光和檢測圖像不正常，檢測波形產生異常，這種情況為表現單側鋼軌不平順出現異常。檢測梁松動也是常發(fā)生的設備故障，這種故障引起的超高和曲率變化較明顯，高低和軌向因濾波常常不易覺察。 7/20/202255機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所檢測速度對檢測結果的影響（1）7/20/202256機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所檢測速度對檢測結果的影響7/20/202257機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所檢測速度對檢測結果的影響（1）7/20/202258機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所檢測速度對檢測結果的影響7/20/202259機車車輛研究所礎設施

23、檢測研究所礎設施檢測研究所影響舒適性的振動因素7/20/202260機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所舒適性評價方法中國在軌檢時采用幅值評價，車體垂向加速度采用20Hz低通慮波，車體橫向加速度采用10Hz低通慮波。7/20/202261機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所曲率變化、長波長軌向、橫向加速度對應關系7/20/202262機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所路橋過渡段長波長高低不平順與垂向加速度7/20/202263機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所長波長高低不平順與垂向加速度7/20/202264機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研

24、究所軌道狀態(tài)評價方法軌道狀態(tài)評價分為局部幅值評價和區(qū)段質量評價兩類。局部幅值評價包括0/峰值、均/峰值和峰/峰值評價區(qū)段質量評價包括平均值、絕對平均值、標準差、RMS和軌道不平順譜幾種。兩種方法互為補充，共同用于軌道狀態(tài)評價。實測車輛動力響應評價。7/20/202265機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所Wednesday, July 20, 202266中國與國外軌向譜比較7/20/202266機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所Wednesday, July 20, 202267中國與國外高低譜比較7/20/202267機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所軌道

25、不平順標準差、百分位數和最大值的關系軌向雙側99.5百分位數與標準差之比變化曲線 軌向絕對值最大值與標準差之比變化曲線7/20/202268機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所軌道狀態(tài)新的評價方法隨著列車速度提高，幾個幅值較小的單項不平順組合也可能是病害，組合不平順很難用簡單公式計算評價，采用車輛動態(tài)響應（車輛加速度和輪軌作用力）輔助評價軌道狀態(tài)是目前國內外常用的方法。但實測車輛動態(tài)響應易受到車輛性能和檢測速度影響檢測結果重復性差。通過動力學仿真分析、系統(tǒng)識別和預測方法計算車輛動力響應評價軌道狀態(tài)是目前新的潮流。7/20/202269機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所70

26、國外軌道不平順管理標準法國高速鐵路軌道不平順管理標準 7/20/202270機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所71國外軌道不平順管理標準法國高速鐵路軌道不平順管理標準 7/20/202271機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所72國外軌道不平順管理標準法國高速鐵路軌道不平順管理標準 7/20/202272機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所73國外軌道不平順管理標準德國高速鐵路軌道不平順管理標準 7/20/202273機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所74國外軌道不平順管理標準德國高速鐵路軌道不平順管理標準 7/20/202274機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所75國外軌道不平順管理標準德國高速鐵路軌道不平順管理標準 7/20/202275機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所76國外軌道不平順管理標準德國高速鐵路軌道不平順管理標準 7/20/202276機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所77國外軌道不平順管理標準德國無碴軌道驗收標準7/20/202277機車車輛研究所礎設施檢測研究所礎設施檢測研究所78國外軌道不平順管理標準日