PPT轨道状态检测讲义

轨道状态检测测轨检车动态检检查项目轨道不平顺动动态检查的主主要设备是轨轨道检查车，，检查包括轨轨道动态不平平顺和车辆动动态响应。中国轨检车检检查项目主要要包括左右高高低、左右轨轨向、水平、、三角坑、曲曲线超高、曲曲线半径、轨轨距、车体水水平和垂直振振动加速度、、左右轴箱垂垂直振动加速速度等。轨检车根据轨轨道动态不平平顺和车辆动动态响应综合合评价轨道状状态。新型轨检车还还增加了钢轨轨断面、波磨磨、断面磨耗耗、轨底坡、、表面擦伤、、道床断面、、线路环境监监视等项目检检测。第3页共20页轨检车检测项项目正号定义义轨检车正向：：检测梁位于于轨检车二位位端，定义二二位端至一位位端方向为轨轨检车正向，，轨检车行使使方向与轨检检车正向一致致时为正向检检测，反之为为反向检测。。轨距（偏差））正负：实际际轨距大于标标准轨距时轨轨距偏差为正正，反之为负负；高低正负：高高低向上为正正，向下为负负；轨向正负：顺顺轨检车正向向，轨向向左左为正，向右右为负；第4页共20页轨检车检测项项目正号定义义水平正负：顺顺轨检车正向向，左轨高为为正，反之为为负；曲率正负：顺顺轨检车正向向，右拐曲线线曲率为正，，左拐曲线曲曲率为负；车体水平加速速度：平行车车体地板，垂垂直于轨道方方向，顺轨检检车正向，向向左为正；车体垂向加速速度：垂直于于车体地板，，向上为正。。第5页共20页轨道不平顺定定义：轨距点“线规”规定实实际钢轨顶面面以下钢轨内内侧16mm处轮轨接触点点。目前轨检车检检测的是16mm点第6页共20页轨道不平顺定定义：轨距同一轨道横截截面内左右钢钢轨两轨距点点之间的最短短距离。目前轨检车检检测16mm点间距离。第7页共20页轨道不平顺定定义：轨向钢轨内侧轨距距点垂直于轨轨道方向偏离离轨距点平均均位置的偏差差。分左右轨轨向两种。轨向也称作方方向。可以分别按不不同弦长的正正矢和不同波波长范围的空空间曲线输出出。第8页共20页轨道不平顺定定义：高低钢轨顶面垂直直于轨道方向向偏离钢轨顶顶面平均位置置的偏差。分分左右高低两两种。可以分别按不不同弦长的正正矢和不同波波长范围的空空间曲线输出出。第9页共20页轨道不平顺定定义：水平、超高高中国水平：同同一轨道横截截面上左右钢钢轨顶面所在在水平面的高高度差。不含含圆曲线上设设置的超高和和缓和曲线上上超高顺坡量量。UIC水平Ⅲ型轨检车车相相对水平超高：曲线地地段外轨顶面面与内轨顶面面设计水平高高度之差。第10页共20页轨道不平顺定定义：三角坑轨道平面的扭扭曲，沿轨道道方向前后两两水平代数差差。也称作扭曲第11页共20页轨道不平顺定定义：复合不平顺顺在轨道同一位位置上，垂向向和横向不平平顺共存时称称为轨道复合合不平顺。目目前主要指轨轨向不平顺与与水平不平顺顺组合的逆向向不平顺。复合不平顺的的计算如下：：复合不不平顺顺＝∣∣X-1.5Y∣∣式中:X为轨向向不平平顺值值；Y为水平平不平平顺值值。水平为正，轨向为负，不利情况第12页共共20页轨道不不平顺顺定义义：钢轨轨断面面磨耗耗垂直磨磨耗：：标准准钢轨轨断面面宽度度内侧侧1/3处实际际钢轨轨垂向向磨耗耗。侧面磨磨耗：：标准准钢轨轨顶面面以下下16mm处实际际钢轨轨垂向向磨耗耗。总磨耗耗：垂垂直磨磨耗+1/2侧面磨磨耗侧面磨耗垂直磨耗第13页共共20页轨道不不平顺顺定义义：钢轨轨波磨磨波形磨磨耗是是指钢钢轨顶顶面上上出现现的波波状不不均匀匀磨耗耗。按按其波波长分分为短短波（（或称称波纹纹型磨磨耗））和长长波（（或称称波浪浪型磨磨耗））两种种。波纹型型磨耗耗为波波长约约50～100mm，波幅幅0.1～0.4mm的周期期性不不平顺顺；波浪型型磨耗耗为波波长100mm以上，，3000mm以下，，波辐辐2mm以内的的周期期性不不平顺顺。地面标标记ALD轨道检检测检测方方式主主要分分为：：弦测法法惯性基基准法法弦测与与惯性性相结结合方方法高低和和轨向向输出方式式：正矢（（10，20，40m）空间曲曲线（（~25m，~70m，~150m，~200m）弦正矢矢和空空间曲曲线空间曲曲线弦测法法（日日本、、意大大利等等）惯性基基准法法轨道的的高低低不平平顺等等于质质量块块的垂垂向运运动z和质量量块与与钢轨轨间相相对位位移h之差。。y=z-h质量块块在惯惯性空空间的的垂向向运动动z，可以以用由由加速速度计计检测测的加加速度度a经过二二次积积分得得到；；h可以用用位移移传感感器得得到。。轨道几几何检检测设设备（（1）美美国KLDLABS公司轨道几几何检检测设设备（（2）美美国国IMAGEMAP公司轨道几几何检检测设设备（（3）美美国国ENSCO公司轨道几几何检检测设设备（（4）意大利利MERMEC公司弦弦测法法TrackGaugeRollingPlaneCalculatedfromRealRailProfilesLaserBeamGaugePoint14mmunderRollingPlane轨道几几何检检测设设备（（5）DB激光三三角测测量方方法基于图图像测测量的的处理理方法法实测轨轨道不不平顺顺钢轨顶顶面不不平顺顺检测测设备备（1）ENSCO公司伺伺服机机构三三点弦弦激光光测量量系统统钢轨顶顶面不不平顺顺检测测设备备（2）意意大利利TECNOGAMMA公司激激光图图像弦弦测法法钢轨顶顶面不不平顺顺检测测设备备（3）德德国BENTTEC公司激激光图图像测测量方方法钢轨顶顶面不不平顺顺检测测设备备（4）轴箱加加速度度二次次积分分方法法，使使用该该方法法的国国家有有英国国、荷荷兰、、澳大大利亚亚、日日本、、法国国钢轨顶顶面不不平顺顺检测测设备备（5）通过车车底板板下轮轮轨噪噪声间间接评评价，，使用用该方方法的的国家家有英英国、、德国国、日日本、、法国国实测钢钢轨顶顶面短短波不不平顺顺谱轨道几几何检检测设设备结结构图图轨道几几何合合成传传感感器坐坐标系系的定定义轨距测测量轨距定定义为为左右右两根根钢轨轨顶面面以下下16mm点之间间的最最短距距离.在激光光断面面测量量系统统中是是通过过计算算左右右钢轨轨顶面面各点点中具具有最最大的的Y值点以以下16mm处间的的距离离获得得的.目前要要求新新引进进轨道道检测测系统统检测测左右右两根根钢轨轨顶面面以下下16mm点之间间的最最短距距离.第36页共共20页轨距变变化率率计算算只要满满足列列车通通过条条件连连续不不变轨轨距小小轨距距有利利车辆辆动力力性能能。轨轨距检检测受受标定定误差差影响响，常常产生生检测测系统统误差差。由相隔隔2.5m的两点点实际际测量量的轨轨距差差除以以2.5m得到。。选择2.5m主要考考虑车车辆轴轴距和和滤波波。轨距变变化率率直接接影响响轮轨轨接触触几何何，危危机行行车安安全和和舒适适性。。第37页共共20页日本本轨轨距距和和轨轨距距变变化化率率标标准准第38页共共20页超高高、、水水平平和和三三角角坑坑测测量量方方法法通过过测测量量轨轨道道平平面面相相对对于于水水平平面面的的倾倾角角计计算算。。该该倾倾角角等等于于检检测测梁梁的的倾倾角角与与梁梁相相对对于于轨轨道道平平面面倾倾角角之之差差，，即即：：检测测梁梁的的倾倾角角可可由由测测滚滚陀陀螺螺和和倾倾角角仪仪（（水水平平加加速速度度））可可计计算算得得到到。。梁相相对对于于轨轨道道平平面面倾倾角角由由激激光光摄摄像像系系统统计计算算得得到到。。第39页共共20页曲率率测测量量方方法法曲率率是是以以列列车车走走行行的的单单位位距距离离轨轨道道的的方方向向角角的的变变化化表表示示。。即即：：由摇摇头头陀陀螺螺陀陀螺螺可可以以测测量量摇摇头头速速率率第40页共共20页高低低和和轨轨向向检检测测方方法法高低低和和轨轨向向检检测测方方法法本本质质一一样样。。但要通过过惯性元元件和唯唯一检测测系统修修正垂直直面或水水平面的的加速度度和位移移量第41页共共20页长波高低低和轨向向不平顺顺1.5~70m是长波高高低和轨轨向不平平顺随机机信号所所包含的的波长范范围。以往轨检检车检测测输出和和评价的的高低和和轨向波波长范围围是1.5~42m。对于160km/h以下线路路1.5~42m波长范围围的高低低和轨向向不平顺顺足以反反映影响响行车安安全和舒舒适性。。但160km/h以上是1.5~42m波长范围围的高低低和轨向向不平顺顺主要反反映影响响行车安安全，考考虑舒适适性必须须而且重重点考虑虑1.5~70m波长范围围的高低低和轨向向不平顺顺。2022年10月25日第42页共共20页水准仪测测量长波波高低与与轨检车车检测结结果对比比第43页共共20页轨检车地地面标记记识别轨道上的的道口、、道岔、、桥梁、、轨距拉拉杆等会会含有金金属部件件，安装装于轨检检梁上ALD传感器可以探探测到这些金金属部件，其其输出的信号号可以和里程程、轨道不平平顺同步显示示在轨道检测测波形图上。。由于道口、道道岔、桥梁、、轨距拉杆等等会含有金属属部件大小、、形状、位置置不同，ALD信号反应就有有所区别。因因此根据ALD信号特征可以以识别就可以以道口、道岔岔、桥梁、轨轨距拉杆位置置，根据这些些位置可以方方便准确地找找出轨道病害害的位置。实际应用时可可以结合曲率率和超高波形形图来共同确确定轨道病害害位置。2022年10月25日日第44页共20页道岔区ALD信号特征轨检车直向或或侧向过道岔岔时，安装在在轨检梁上的的ALD传感器经过转转辙器尖轨拉拉杆和导曲线线钢轨或连接接部分直股连连接钢轨产生生高电压信号号。拉杆较细细，ALD反应持续时间间短，ALD信号表现为两两根小刺；导导曲线钢轨和和连接部分直直股连接钢轨轨较粗，ALD反应持续时间间较长，同时时ALD通过轨迹斜交交钢轨，因此此ALD经过导曲线钢钢轨和连接部部分直股连接接钢轨时产生生等边梯形信信号曲线2022年年10月25日第45页共20页桥头ALD信号特征轨检车通过过桥时，安安装在轨检检梁上的ALD传感器在通通过桥两头头护轨梭头头时产生感感应产生一一对高电压压信号，并并且当ALD传感器偏离离轨检梁中中心较大时时ALD还能感应到到桥梁护轨轨产生高电电压信号。。护轨处ALD信号波动是是由于检测测梁随转向向架横向摆摆动引起ALD与护轨距离离变化产生生的。现在许多新新建桥梁无无护轨，这这时桥梁位位置较难识识别。桥头头常见的轨轨道不平顺顺超限是路路桥过渡段段不均匀下下沉产生的的高低超限限，特别是是长波长高高低不平顺顺超限。2022年年10月25日轨道状态检检测第46页共20页平交道口ALD信号特征平交道口处处在轨道中中心一般有有钢筋混凝凝土板和其其钢板约束束，当ALD传感器从上上面经过时时产生感应应，产生高高电压信号号。平交道口日日常较难维维修，因此此产生空吊吊，道口常常见的病害害是三角坑坑和轨距，，但有时因因平交道口口处因泥土土覆盖在轨轨距点上产产生虚假的的小轨距超超限。第47页共20页电容枕ALD信号特征当ALD传感器通过过电容枕时时产生感应应，产生高高电压信号号，但持续续时间较短短，当ALD增益调节恰恰当时能检检测到电容容枕位置。。电容枕一般般等间距布布置，根据据电容枕位位置也可以以确定轨道道病害确切切位置。2022年年10月月25日日第48页共共20页曲率率超超高高特特征征曲曲线线根据据病病害害相相对对于于曲曲线线距距离离确确定定轨轨道道病病害害位位置置。。按列列车车行行进进方方向向曲曲线线分分左左右右曲曲线线，，右右曲曲线线超超高高曲曲率率均均为为正正，，即即左左轨轨高高。。2022年年10月月25日日第49页共共20页道岔岔区区处处异异常常轨轨道道不不平平顺顺对于于固固定定性性辙辙叉叉，，轨轨检检车车通通过过叉叉心心有有害害空空间间时时，，钢钢轨轨实实际际作作用用边边不不连连续续，，对对于于图图像像测测量量方方法法，，检检测测的的轨轨距距点点和和高高低低点点实实际际根根据据有有害害空空间间处处翼翼轨轨计计算算得得出出，，因因此此轨轨距距、、水水平平、、三三角角坑坑和和一一单单侧侧钢钢轨轨高高低低轨轨向向出出现现尖尖刺刺。。对于于GJ_4(G)型轨轨检检车车，，高高低低仍仍采采用用接接触触式式测测量量方方法法，，车车轮轮通通过过有有害害空空间间时时，，由由于于车车轮轮半半径径较较大大，，轨轨检检车车检检测测的的高高低低、、水水平平和和三三角角坑坑不不平平顺顺波波形形连连续续正正常常，，这这时时激激光光点点打打到到翼翼轨轨上上，，单单边边轨轨距距异异常常。。对于可可动心心轨道道岔，，辙叉叉区无无有害害空间间，检检测结结果正正常。。2022年年10月25日日第50页共共20页尖轨处处异常常轨道道不平平顺尖轨处处因基基本轨轨刨切切或轨轨检车车通过过时尖尖轨与与基本本轨不不密贴贴，检检测轨轨距和和一单单侧轨轨向波波形不不连续续。对于9和12号道岔岔尖轨轨处的的轨距距加宽宽量，，轨检检车由由于无无法自自动识识别道道岔类类型并并没有有消除除。2022年年10月25日日第51页共共20页低速侧侧向过过岔轨轨向轨检车车低速速侧向向通过过道岔岔导曲曲线时时，由由于导导曲线线不设设超高高，超超高通通道信信号较较小，，但导导曲线线一般般半径径较小小，曲曲率信信号较较大，，因此此结合合ALD信号比比较容容易确确定侧侧向过过叉位位置。。同时由由于没没有设设超高高和导导曲线线半径径较小小，惯惯性包包内轨轨向加加速度度变化化较大大，轨轨向平平衡能能力差差，同同时由由于滤滤波原原因把把小半半径曲曲线的的部分分成分分当作作轨向向输出出，因因此低低速侧侧向道道岔时时的轨轨向不不真实实。2022年年10月25日日第52页共共20页设备故故障引引起的的孤立立超限限判断断方法法孤立的的较短短的轨轨道不不平顺顺，形形状类类似尖尖刺，，属于于异常常值，，主要要因为为图像像干扰扰引起起，一一般由由于只只是单单侧钢钢轨断断面受受到干干扰，，其特特征主主要表表现为为轨距距、水水平、、三角角坑和和单侧侧高低低和轨轨向同同时出出现尖尖刺，，加速速度信信号并并无明明显反反应。。2022年年10月25日日第53页共共20页车体加加速度度辅助助判断断方法法一般大大的轨轨道不不平顺顺都可可能引引起较较大的的车体体加速速度响响应，，但受受到列列车速速度的的影响响不同同波长长的轨轨道不不平顺顺在不不同速速度下下引起起的车车体加加速度度也不不相同同。一般情况况高低和和车体垂垂向加速速度、轨轨向和车车体水平平加速度度相关性性较好，，特别是是轨道不不平顺波波长与车车体敏感感波长一一致时，，轨道不不平顺与与车体加加速度能能一一对对应，只只是相位位不同。。因此，利利用车体体加速度度可以辅辅助评判判超限正正确性，，以利于于超限编编辑。2022年10月25日第54页共共20页2022年10月25日第55页共共20页阳光干扰扰对于采用用图像处处理轨道道检测系系统，当当阳光照照射在激激光切割割断面上上时，将将引起图图像处理理困难，，很难识识别实际际的钢轨轨轮廓，，使得检检测波形形出现剧剧烈变化化。有时钢轨轨刚打磨磨完也影影响检测测，效果果类似阳阳光干扰扰。这种情况况一般只只出现在在单侧钢钢轨。2022年10月25日第56页共共20页其它干扰扰对于采用用图像处处理轨道道检测系系统，因因挂纸、、泥沙雪雪等干扰扰引起激激光和检检测图像像不正常常，检测测波形产产生异常常，这种种情况为为表现单单侧钢轨轨不平顺顺出现异异常。检测梁松松动也是是常发生生的设备备故障，，这种故故障引起起的超高高和曲率率变化较较明显，，高低和和轨向因因滤波常常常不易易觉察。。2022年年10月25日第57页共20页检测速度对对检测结果果的影响（（1）2022年年10月25日第58页共20页检测速度对对检测结果果的影响2022年年10月25日第59页共20页检测速度对对检测结果果的影响（（1）2022年年10月月25日日第60页共共20页检测测速速度度对对检检测测结结果果的的影影响响2022年年10月月25日日第61页共共20页影响响舒舒适适性性的的振振动动因因素素2022年10月25日日第62页共20页舒适性评价方方法中国在轨检时时采用幅值评评价，车体垂垂向加速度采采用20Hz低通虑波，车车体横向加速速度采用10Hz低通虑波。2022年年10月25日日第63页共共20页曲率变变化、、长波波长轨轨向、、横向向加速速度对对应关关系2022年年10月25日第64页共20页路桥过渡段段长波长高高低不平顺顺与垂向加加速度2022年年10月25日第65页共20页长波长高低低不平顺与与垂向加速速度2022年年10月25日第66页共20页轨道状态评评价方法轨道状态评评价分为局局部幅值评评价和区段段质量评价价两类。局部幅值评评价包括0/峰值、均/峰值和峰/峰值评价区段质量评评价包括平平均值、绝绝对平均值值、标准差差、RMS和轨道不平平顺谱几种种。两种方法互互为补充，，共同用于于轨道状态态评价。实测车辆动动力响应评评价。中国与国外外轨向谱比比较中国与国外外高低谱比比较轨道不平顺顺标准差、、百分位数数和最大值值的关系轨向双侧99.5百分位数与与标准差之之比变化曲曲线轨向绝对值值最大值与与标准差之之比变化曲曲线轨道状态新新的评价方方法随着列车速速度提高，，几个幅值值较小的单单项不平顺顺组合也可可能是病害害，组合不不平顺很难难用简单公公式计算评评价，采用用车辆动态态响应（车车辆加速度度和轮轨作作用力）辅辅助评价轨轨道状态是是目前国内内外常用的的方法。但但实测车辆辆动态响应应易受到车车辆性能和和检测速度度影响检测测结果重复复性差。通过动力力学仿真真分析、、系统识识别和预