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1、现代轨道检测技术及其应用,轨道检查车,部基础设施检测中心陈东生,第2页 共 126 页,内容,一、轨道检测技术 二、国外轨道检测技术 三、国内轨道检测技术 四、国内轨检车技术应用,部基础设施检测中心陈东生,第3页 共 126 页,一、轨道检测技术,1.轨检技术的历史 2.轨检技术的作用,部基础设施检测中心陈东生,第4页 共 126 页,轨道不平顺的影响,机车车辆和铁路轨道是一个相互作用、相互联系的统一体。 轨道不平顺是导致机车车辆和轨道产生振动与破坏的根本原因，伴随列车速度提高和轴重的增大，不平顺对机车车辆和轨道的影响越来越大。,部基础设施检测中心陈东生,第5页 共 126 页,波浪形短波不平
2、顺与动荷载系数关系,部基础设施检测中心陈东生,第6页 共 126 页,短波不平顺随速度变化引起车轮振动加速度,部基础设施检测中心陈东生,第7页 共 126 页,高低不平顺引起的车体垂向加速度变化,部基础设施检测中心陈东生,第8页 共 126 页,轨向不平顺引起的车体横向加速度变化,部基础设施检测中心陈东生,第9页 共 126 页,轨道状态的监测,上世纪60年代以来，列车速度和轴重的提高，机车车辆和轨道破坏日益加剧，养护维修费用不断增加，重载线路钢轨波磨日益严重，钢轨寿命逐年缩短，列车运行的平稳性、舒适性、安全性有所降低，列车运行品质受到很大影响。 不平顺的种类、幅值、波长的不同在不同速度时对行
3、车的影响各不相同，因此必须对轨道不平顺进行精确检测，控制轨道不平顺的发展。,部基础设施检测中心陈东生,第10页 共 126 页,幅值1mm正弦形不平顺不同速度下影响,在不平顺幅值、速度一定情况下，不同波长所造成的动力响应差异很大。 试验结论：簧下质量的加速度与不平顺波长的平方成反比。,部基础设施检测中心陈东生,第11页 共 126 页,幅值1mm正弦形不平顺不同速度下影响,部基础设施检测中心陈东生,第12页 共 126 页,轨道检查车,面对列车运行速度、轴重增加，轨道状态破坏的加剧，养护维修成本费用提高的矛盾，真实再现轨道状态，科学掌控轨道状态的变化，实现轨道科学管理，作为对轨道设备（钢轨、轨
4、枕、扣件、道床、路基、桥梁等）、轨道几何状态（暗坑、空吊板、道床板结、弹性不均匀等）、轨道几何形位（接头错牙、直线、曲线线形等）、钢轨断面（磨耗、表面擦伤）、道床断面检测，并能作出准确评价和指导维护手段的检测车由此诞生。,部基础设施检测中心陈东生,第13页 共 126 页,轨道检查车,是轨道检测技术具体应用的产物 是铁路工务维修管理部门获取动态轨道状态信息、指导现场进行养护维修与施工作业、评估新线施工和既有线养护维修作业质量、实施轨道科学管理的重要手段。 是使轨道设备经常保持良好均衡状态、保证列车按规定的速度安全、平稳、不间断运行品质的重要技术保障。,部基础设施检测中心陈东生,第14页 共 1
5、26 页,1.轨检车检测技术历史,轨检车的发展已有一百多年的历史，1877年第一辆简易轨检车诞生。在各种静态检测设备和手推式检测工具使用的基础上，20世纪40年代，瑞士、联邦德国、美国、法国、日本等，相继研制开发了采用弦测法检测技术、利用接触式机械测量，检测速度60公里以下的轨道检查车。 二次世界大战后，轨检车由机械式向电气式转变，测试仪表电子化，检测项目增加、速度提高，并开始应用惯性基准原理。 70年代后期、80年代初，电子技术和检测技术的发展，带动了轨检技术的革命，轨检车普遍采用惯性检测技术，光电、电磁、电容等非接触传感器、伺服跟踪、自动补偿修正、车载计算机、模拟信号数字化处理以及数字滤波
6、等技术在轨检车上得到广泛应用。,部基础设施检测中心陈东生,第15页 共 126 页,1.轨检车检测技术历史,90年代后，激光、摄像、数字滤波、图象处理、非接触测量、无移动检测设备、计算机网络、无线通信技术得到广泛应用。 以计算机为中心，经过模拟及数字混合处理，保证轨检车检测结果不受列车速度和方向的影响。通过采用数字滤波技术扩充了轨道不平顺的可测波长范围，改善了轨检系统的传递函数特性，大大提高了轨检车检测精度和可靠性。 高速轨检车和综合检测车得到了发展。,部基础设施检测中心陈东生,第16页 共 126 页,2.轨检技术的作用,轨检技术的广泛应用，带动了轨道维修手段、设备检查制度、养护维修方式、维
7、修理念、以及相应管理体制的变革： 传统的手工维修工具被小型、中型、大型维修机械所代替； 传统的人工静态检测逐步被大型或中小型动态检测设备取代； 传统的设备固定周期维修模式逐步向“状态修”方向过度； 传统的设备“检修管”一体化理念正逐步向“检养修”或“检管修”分开的理念靠近； 陈旧、落后的管理体制已逐步被高效、先进、科学的管理体制所替代。,部基础设施检测中心陈东生,第17页 共 126 页,轨检技术的作用之一,轨检车是获取轨道真实状态的重要手段。,部基础设施检测中心陈东生,第18页 共 126 页,轨检车检测数据和波形,部基础设施检测中心陈东生,第19页 共 126 页,轨检技术的作用之二,轨检
8、车实现了轨道静态向动态检测方式的过渡。 列车速度的不断提高、行车密度的加大，利用列车间隔采用人工上线检测或养护维修作业的方式已成为过去。 基础设备结构的加强和改善，静态检测方式已经难以满足科学管理的需要。 现场维修手段的进步，传统的方式和习惯做法已无法适应铁路快速发展的要求。,部基础设施检测中心陈东生,第20页 共 126 页,动静态间的差异和影响（日本）,部基础设施检测中心陈东生,第21页 共 126 页,动静态间的差异和影响（中国）,部基础设施检测中心陈东生,第22页 共 126 页,静动态的差异和关系,一般情况下，同一地段动态与静态不平顺存在较大差异； 动态不平顺的幅值越大，静动态之间的
9、差异也越大； 新建线路和大修、维修作业后的动静态不平顺差异较小； 高平顺性高速轨道较一般轨道动静态之间差异较小； 不同结构、不同种类轨道不平顺，动静态幅值间的差异和相互关系各不相同； 无碴轨道和有碴轨道的动静态间差异各不相同； 无碴轨道动静态间的差异较小。,部基础设施检测中心陈东生,第23页 共 126 页,轨检技术的作用之三,轨检车的应用实现了轨道从周期修向状态修的革命。 铁路工务维修修程、修制的演变过程,部基础设施检测中心陈东生,第24页 共 126 页,轨检技术的作用之四,轨检车是新线工程竣工验收和施工作业质量验收的重要工具。（部轨检车近年来参加的验收工作） 1995年兰新复线开通验收
10、1997年京九线开通验收 2001年秦沈客运专线竣工质量验收 2006年胶济、浙赣线200公里改造线路 其他,部基础设施检测中心陈东生,第25页 共 126 页,轨检技术的作用之五,轨检车是既有提速试验和重大综合科研试验的重要帮手。 历次铁道部组织的既有线路牵引平推试验，为提速调图掌控提速改造工程质量奠定了基础。 广深准高速、郑许高速铁路综合试验。 秦沈、遂渝线路200公里国产动车组综合试验。 胶济线CRH1、CRH2动车组200公里牵引、供电、接触网、受流状态、列车控制、地面应答器等大型综合试验。 其他,部基础设施检测中心陈东生,第26页 共 126 页,轨检技术的作用之六,安全评估和事故分
11、析 1989年黔贵线80次事故调查中，部轨检车最近一次的该区段轨道状态检测数据，真实再现了当时的轨道状态，从而为国务院事故调查组最终查清事故原因、分析事故产生根源奠定了基础。 1992年铁道部组织（上海局金千线）脱轨试验。 1996年津浦上行徐州符离集间货车脱轨试验。,部基础设施检测中心陈东生,第27页 共 126 页,二、国外轨道检测技术,1日本 2德国 3英国 4法国 5意大利,部基础设施检测中心陈东生,第28页 共 126 页,国外轨道检测技术,自世界上第一台简易轨检车问世至今，轨检技术得到不断更新和发展，特别是高速铁路运输的发展建设，为确保高速铁路运输安全，世界各国纷纷研制开发具有综合
12、检测功能的检测设备，综合检测技术应运而生。,部基础设施检测中心陈东生,第29页 共 126 页,日本轨道检测技术,轨检车发展过程中，世界各国都经历了由弦测法向惯性法检测原理的转变，只有日本、意大利等少数国家，无论是一般轨检车还是高速检查车依然采用弦测法检测技术。 日本具有代表性一般电气检测车和电气综合检测车均采用弦测法技术，分别采用等弦或不等弦方式。 一般轨检车采用3轴方式，最高速度120km/h 日本的“黄色医生”和新一代检测车“East i”,部基础设施检测中心陈东生,第30页 共 126 页,日本轨道检测技术,1964年世界第一条高速铁路在日本诞生，目前拥有高速铁路2049公里，山阳新干
13、线JR西日本的500系高速列车运行速度为300km/h，东海道新干线运行速270km/h，JR东日本的东北、上越、北陆新干线运行速度275km/h。自1996年日本先后生产了六列“电气轨道综合试验车”俗称“黄色医生”。用于综合检测。 JR东日本公司于2002年研制开发出当时速度最高的综合检测列车，其中以近期投入使用的E926型“East-i最具代表性。,部基础设施检测中心陈东生,第31页 共 126 页,日本轨道检测技术,“East-i”由六辆检测车组成，在JR东日本新干线检测速度为275km/h，检测速度与运行速度一致，实现了等速检测。“East-i”可进行轨道、接触网、轮轨作用力、车体加速
14、度、通信信号的检测。轨道检测系统安装在列车的第3号车辆上，该车辆采用了与实际运行车辆相同的二个转向架结构，以使轨检车车辆的性能与实际运行车辆相同。,部基础设施检测中心陈东生,第32页 共 126 页,日本轨道检测技术,部基础设施检测中心陈东生,第33页 共 126 页,日本轨道检测技术,部基础设施检测中心陈东生,第34页 共 126 页,日本轨道检测技术,该检测列车的检测项目由原来的59项扩大到88项，原来一直由人工检测的接触导线重叠部分、渡线部分都实现了自动检测。列车头部安装了摄象装置，可以随时监视轨道及周遍结构物的情况；其他检测装置包括对向列车检测装置、横向加速度检测器、转向架检测装置、激
15、光陀螺仪、噪声计、接触导线间隔测定装置、冲击检测器、受电弓高度检测器、接触导线磨耗检测器等。,部基础设施检测中心陈东生,第35页 共 126 页,日本轨道检测技术,日本“East-i”综合检测列车具有如下功能: 实现高速检测（210km/h275km/h）； 可用于新干线、既有线检测； 实现人工测定的自动化（接触网重叠、渡线等）； 对应新型设备方式（数字式列车无线通信、未来数字式ATC）； 数据处理的迅速化； 减少车辆数量（对2编组实现1编组化）； 可以对中波、长波长检测；,部基础设施检测中心陈东生,第36页 共 126 页,日本轨道检测技术,East i综合检测列车实现一列车运行过程中对线路
16、的综合检测功能，同时各检测单元有各自的数据显示、记录、转储和地面分析、处理、维护管理决策等子系统，全系统实现位置、时间和速度的同步控制。 JR东日本铁道公司结合综合检测列车的数据应用，开发了新干线运营管理系统（COSMOS），共有八个子系统，其中设备管理子系统处理电气轨道综合试验车的检测数据，并与工务段终端机联接，工务段可随时检索、查询、调用、输出图表，指导线路的养护维修工作。 该检测列车指导各基础设施养护维修的流程如图所示：,部基础设施检测中心陈东生,第37页 共 126 页,日本轨道检测技术,部基础设施检测中心陈东生,第38页 共 126 页,日本轨道检测技术,综合检测列车各系统数据存储到新干线系统中心的中央数据库，通过广域网传输到新干线养路技术中心进行数据分析、比对，输出报表，指导维修与养护。,部基础设施检测中心陈东生,第39页 共 126 页,德国轨道检测技术,德国铁路（DB）现有运营里程约38500公里，其中电气化铁路19000公里，新建高速铁路和通过改造达到200km/h以上的线路约10000公里。由德国铁路路网公司（DB Net
