轨道状态检测

轨道状态检测刘秀波电话-mail：xbliu@2007年12月28日11/22/20231机车车辆研究所础设施检测研究所轨检车动态检查项目轨道不平顺动态检查的主要设备是轨道检查车，检查包括轨道动态不平顺和车辆动态响应。中国轨检车检查项目主要包括左右高低、左右轨向、水平、三角坑、曲线超高、曲线半径、轨距、车体水平和垂直振动加速度、左右轴箱垂直振动加速度等。轨检车根据轨道动态不平顺和车辆动态响应综合评价轨道状态。新型轨检车还增加了钢轨断面、波磨、断面磨耗、轨底坡、表面擦伤、道床断面、线路环境监视等项目检测。11/22/20232机车车辆研究所础设施检测研究所轨检车检测项目正号定义轨检车正向：检测梁位于轨检车二位端，定义二位端至一位端方向为轨检车正向，轨检车行使方向与轨检车正向一致时为正向检测，反之为反向检测。轨距（偏差）正负：实际轨距大于标准轨距时轨距偏差为正，反之为负；高低正负：高低向上为正，向下为负；轨向正负：顺轨检车正向，轨向向左为正，向右为负；水平正负：顺轨检车正向，左轨高为正，反之为负；曲率正负：顺轨检车正向，右拐曲线曲率为正，左拐曲线曲率为负；车体水平加速度：平行车体地板，垂直于轨道方向，顺轨检车正向，向左为正；车体垂向加速度：垂直于车体地板，向上为正。11/22/20233机车车辆研究所础设施检测研究所轨道不平顺定义：轨距点“线规”规定实际钢轨顶面以下钢轨内侧16mm处轮轨接触点。目前轨检车检测的是16mm点11/22/20234机车车辆研究所础设施检测研究所轨道不平顺定义：轨距同一轨道横截面内左右钢轨两轨距点之间的最短距离。目前轨检车检测16mm点间距离。11/22/20235机车车辆研究所础设施检测研究所轨道不平顺定义：轨向钢轨内侧轨距点垂直于轨道方向偏离轨距点平均位置的偏差。分左右轨向两种。轨向也称作方向。可以分别按不同弦长的正矢和不同波长范围的空间曲线输出。11/22/20236机车车辆研究所础设施检测研究所轨道不平顺定义：高低钢轨顶面垂直于轨道方向偏离钢轨顶面平均位置的偏差。分左右高低两种。可以分别按不同弦长的正矢和不同波长范围的空间曲线输出。11/22/20237机车车辆研究所础设施检测研究所轨道不平顺定义：水平、超高中国水平：同一轨道横截面上左右钢轨顶面所在水平面的高度差。不含圆曲线上设置的超高和缓和曲线上超高顺坡量。UIC水平Ⅲ型轨检车车相对水平超高：曲线地段外轨顶面与内轨顶面设计水平高度之差。11/22/20238机车车辆研究所础设施检测研究所轨道不平顺定义：三角坑轨道平面的扭曲，沿轨道方向前后两水平代数差。也称作扭曲11/22/20239机车车辆研究所础设施检测研究所轨道不平顺定义：复合不平顺在轨道同一位置上，垂向和横向不平顺共存时称为轨道复合不平顺。目前主要指轨向不平顺与水平不平顺组合的逆向不平顺。复合不平顺的计算如下：复合不平顺＝∣X-1.5Y∣

式中:X为轨向不平顺值；

Y为水平不平顺值。水平为正，轨向为负，不利情况11/22/202310机车车辆研究所础设施检测研究所轨道不平顺定义：钢轨断面磨耗垂直磨耗：标准钢轨断面宽度内侧1/3处实际钢轨垂向磨耗。侧面磨耗：标准钢轨顶面以下16mm处实际钢轨垂向磨耗。总磨耗：垂直磨耗+1/2侧面磨耗侧面磨耗垂直磨耗11/22/202311机车车辆研究所础设施检测研究所轨道不平顺定义：钢轨波磨波形磨耗是指钢轨顶面上出现的波状不均匀磨耗。按其波长分为短波（或称波纹型磨耗）和长波（或称波浪型磨耗）两种。波纹型磨耗为波长约50～100mm，波幅0.1～0.4mm的周期性不平顺；波浪型磨耗为波长100mm以上，3000mm以下，波辐2mm以内的周期性不平顺。11/22/202312机车车辆研究所础设施检测研究所地面标记ALD11/22/202313机车车辆研究所础设施检测研究所轨道检测检测方式主要分为：弦测法惯性基准法弦测与惯性相结合方法高低和轨向输出方式：正矢（10，20，40m）空间曲线（~25m，~70m，~150m，~200m）11/22/202314机车车辆研究所础设施检测研究所弦正矢和空间曲线11/22/202315机车车辆研究所础设施检测研究所空间曲线11/22/202316机车车辆研究所础设施检测研究所弦测法（日本、意大利等）11/22/202317机车车辆研究所础设施检测研究所惯性基准法轨道的高低不平顺等于质量块的垂向运动z和质量块与钢轨间相对位移h之差。

y=z-h质量块在惯性空间的垂向运动z，可以用由加速度计检测的加速度a经过二次积分得到；h可以用位移传感器得到。11/22/202318机车车辆研究所础设施检测研究所轨道几何检测设备（1）

美国KLDLABS公司11/22/202319机车车辆研究所础设施检测研究所轨道几何检测设备（2）

美国IMAGEMAP公司11/22/202320机车车辆研究所础设施检测研究所轨道几何检测设备（3）

美国

ENSCO公司11/22/202321机车车辆研究所础设施检测研究所轨道几何检测设备（4）

意大利MERMEC公司弦测法

TrackGaugeRollingPlaneCalculatedfromRealRailProfilesLaserBeamGaugePoint14mmunderRollingPlane11/22/202322机车车辆研究所础设施检测研究所轨道几何检测设备（5）

DB激光三角测量方法11/22/202323机车车辆研究所础设施检测研究所基于图像测量的处理方法11/22/202324机车车辆研究所础设施检测研究所实测轨道不平顺11/22/202325机车车辆研究所础设施检测研究所钢轨顶面不平顺检测设备（1）

ENSCO公司伺服机构三点弦激光测量系统11/22/202326机车车辆研究所础设施检测研究所钢轨顶面不平顺检测设备（2）

意大利TECNOGAMMA公司激光图像弦测法11/22/202327机车车辆研究所础设施检测研究所钢轨顶面不平顺检测设备（3）

德国BENTTEC公司激光图像测量方法11/22/202328机车车辆研究所础设施检测研究所钢轨顶面不平顺检测设备（4）轴箱加速度二次积分方法，使用该方法的国家有英国、荷兰、澳大利亚、日本、法国11/22/202329机车车辆研究所础设施检测研究所钢轨顶面不平顺检测设备（5）通过车底板下轮轨噪声间接评价，使用该方法的国家有英国、德国、日本、法国11/22/202330机车车辆研究所础设施检测研究所实测钢轨顶面短波不平顺谱11/22/202331机车车辆研究所础设施检测研究所轨道几何检测设备结构图11/22/202332机车车辆研究所础设施检测研究所轨道几何合成

传感器坐标系的定义11/22/202333机车车辆研究所础设施检测研究所轨距测量轨距定义为左右两根钢轨顶面以下16mm点之间的最短距离.在激光断面测量系统中是通过计算左右钢轨顶面各点中具有最大的Y值点以下16mm处间的距离获得的.目前要求新引进轨道检测系统检测左右两根钢轨顶面以下16mm点之间的最短距离.11/22/202334机车车辆研究所础设施检测研究所轨距变化率计算只要满足列车通过条件连续不变轨距小轨距有利车辆动力性能。轨距检测受标定误差影响，常产生检测系统误差。由相隔2.5m的两点实际测量的轨距差除以2.5m得到。选择2.5m主要考虑车辆轴距和滤波。轨距变化率直接影响轮轨接触几何，危机行车安全和舒适性。11/22/202335机车车辆研究所础设施检测研究所日本轨距和轨距变化率标准11/22/202336机车车辆研究所础设施检测研究所超高、水平和三角坑测量方法通过测量轨道平面相对于水平面的倾角计算。该倾角等于检测梁的倾角与梁相对于轨道平面倾角之差，即：检测梁的倾角可由测滚陀螺和倾角仪（水平加速度）可计算得到。梁相对于轨道平面倾角由激光摄像系统计算得到。11/22/202337机车车辆研究所础设施检测研究所曲率测量方法曲率是以列车走行的单位距离轨道的方向角的变化表示。即：由摇头陀螺陀螺可以测量摇头速率11/22/202338机车车辆研究所础设施检测研究所高低和轨向检测方法高低和轨向检测方法本质一样。但要通过惯性元件和唯一检测系统修正垂直面或水平面的加速度和位移量11/22/202339机车车辆研究所础设施检测研究所长波高低和轨向不平顺

1.5~70m是长波高低和轨向不平顺随机信号所包含的波长范围。以往轨检车检测输出和评价的高低和轨向波长范围是1.5~42m。对于160km/h以下线路1.5~42m波长范围的高低和轨向不平顺足以反映影响行车安全和舒适性。但160km/h以上是1.5~42m波长范围的高低和轨向不平顺主要反映影响行车安全，考虑舒适性必须而且重点考虑1.5~70m波长范围的高低和轨向不平顺。11/22/202340机车车辆研究所础设施检测研究所水准仪测量长波高低与轨检车检测结果对比11/22/202341机车车辆研究所础设施检测研究所轨检车地面标记识别轨道上的道口、道岔、桥梁、轨距拉杆等会含有金属部件，安装于轨检梁上ALD传感器可以探测到这些金属部件，其输出的信号可以和里程、轨道不平顺同步显示在轨道检测波形图上。由于道口、道岔、桥梁、轨距拉杆等会含有金属部件大小、形状、位置不同，ALD信号反应就有所区别。因此根据ALD信号特征可以识别就可以道口、道岔、桥梁、轨距拉杆位置，根据这些位置可以方便准确地找出轨道病害的位置。实际应用时可以结合曲率和超高波形图来共同确定轨道病害位置。11/22/202342机车车辆研究所础设施检测研究所道岔区ALD信号特征

轨检车直向或侧向过道岔时，安装在轨检梁上的ALD传感器经过转辙器尖轨拉杆和导曲线钢轨或连接部分直股连接钢轨产生高电压信号。拉杆较细，ALD反应持续时间短，ALD信号表现为两根小刺；导曲线钢轨和连接部分直股连接钢轨较粗，ALD反应持续时间较长，同时ALD通过轨迹斜交钢轨，因此ALD经过导曲线钢轨和连接部分直股连接钢轨时产生等边梯形信号曲线11/22/202343机车车辆研究所础设施检测研究所桥头ALD信号特征

轨检车通过桥时，安装在轨检梁上的ALD传感器在通过桥两头护轨梭头时产生感应产生一对高电压信号，并且当ALD传感器偏离轨检梁中心较大时ALD还能感应到桥梁护轨产生高电压信号。护轨处ALD信号波动是由于检测梁随转向架横向摆动引起ALD与护轨距离变化产生的。现在许多新建桥梁无护轨，这时桥梁位置较难识别。桥头常见的轨道不平顺超限是路桥过渡段不均匀下沉产生的高低超限，特别是长波长高低不平顺超限。11/22/202344机车车辆研究所础设施检测研究所平交道口ALD信号特征

平交道口处在轨道中心一般有钢筋混凝土板和其钢板约束，当ALD传感器从上面经过时产生感应，产生高电压信号。平交道口日常较难维修，因此产生空吊，道口常见的病害是三角坑和轨距，但有时因平交道口处因泥土覆盖在轨距点上产生虚假的小轨距超限。11/22/202345机车车辆研究所础设施检测研究所电容枕ALD信号特征

当ALD传感器通过电容枕时产生感应，产生高电压信号，但持续时间较短，当ALD增益调节恰当时能检测到电容枕位置。电容枕一般等间距布置，根据电容枕位置也可以确定轨道病害确切位置。

11/22/202346机车车辆研究所础设施检测研究所曲率超高特征曲线

根据病害相对于曲线距离确定轨道病害位置。按列车行进方向曲线分左右曲线，右曲线超高曲率均为正，即左轨高。11/22/202347机车车辆研究所础设施检测研究所道岔区处异常轨道不平顺对于固定性辙叉，轨检车通过叉心有害空间时，钢轨实际作用边不连续，对于图像测量方法，检测的轨距点和高低点实际根据有害空间处翼轨计算得出，因此轨距、水平、三角坑和一单侧钢轨高低轨向出现尖刺。对于GJ_4(G)型轨检车，高低仍采用接触式测量方法，车轮通过有害空间时，由于车轮半径较大，轨检车检测的高低、水平和三角坑不平顺波形连续正常，这时激光点打到翼轨上，单边轨距异常。对于可动心轨道岔，辙叉区无有害空间，检测结果正常。11/22/202348机车车辆研究所础设施检测研究所尖轨处异常轨道不平顺尖轨处因基本轨刨切或轨检车通过时尖轨与基本轨不密贴，检测轨距和一单侧轨向波形不连续。对于9和12号道岔尖轨处的轨距加宽量，轨检车由于无法自动识别道岔类型并没有消除。11/22/202349机车车辆研究所础设施检测研究所低速侧向过岔轨向轨检车低速侧向通过道岔导曲线时，由于导曲线不设超高，超高通道信号较小，但导曲线一般半径较小，曲率信号较大，因此结合ALD信号比较容易确定侧向过叉位置。同时由于没有设超高和导曲线半径较小，惯性包内轨向加速度变化较大，轨向平衡能力差，同时由于滤波原因把小半径曲线的部分成分当作轨向输出，因此低速侧向道岔时的轨向不真实。11/22/202350机车车辆研究所础设施检测研究所设备故障引起的孤立超限判断方法

孤立的较短的轨道不平顺，形状类似尖刺，属于异常值，主要因为图像干扰引起，一般由于只是单侧钢轨断面受到干扰，其特征主要表现为轨距、水平、三角坑和单侧高低和轨向同时出现尖刺，加速度信号并无明显反应。

11/22/202351机车车辆研究所础设施检测研究所车体加速度辅助判断方法

一般大的轨道不平顺都可能引起较大的车体加速度响应，但受到列车速度的影响不同波长的轨道不平顺在不同速度下引起的车体加速度也不相同。一般情况高低和车体垂向加速度、轨向和车体水平加速度相关性较好，特别是轨道不平顺波长与车体敏感波长一致时，轨道不平顺与车体加速度能一一对应，只是相位不同。因此，利用车体加速度可以辅助评判超限正确性，以利于超限编辑。11/22/202352机车车辆研究所础设施检测研究所11/22/202353机车车辆研究所础设施检测研究所阳光干扰

对于采用图像处理轨道检测系统，当阳光照射在激光切割断面上时，将引起图像处理困难，很难识别实际的钢轨轮廓，使得检测波形出现剧烈变化。有时钢轨刚打磨完也影响检测，效果类似阳光干扰。这种情况一般只出现在单侧钢轨。11/22/202354机车车辆研究所础设施检测研究所其它干扰

对于采用图像处理轨道检测系统，因挂纸、泥沙雪等干扰引起激光和检测图像不正常，检测波形产生异常，这种情况为表现单侧钢轨不平顺出现异常。检测梁松动也是常发生的设备故障，这种故障引起的超高和曲率变化较明显，高低和轨向因滤波常常不易觉察。11/22/202355机车车辆研究所础设施检测研究所检测速度对检测结果的影响（1）11/22/202356机车车辆研究所础设施检测研究所检测速度对检测结果的影响11/22/202357机车车辆研究所础设施检测研究所检测速度对检测结果的影响（1）11/22/202358机车车辆研究所础设施检测研究所检测速度对检测结果的影响11/22/202359机车车辆研究所础设施检测研究所影响舒适性的振动因素11/22/202360机车车辆研究所础设施检测研究所舒适性评价方法中国在轨检时采用幅值评价，车体垂向加速度采用20Hz低通虑波，车体横向加速度采用10Hz低通虑波。11/22/202361机车车辆研究所础设施检测研究所曲率变化、长波长轨向、横向加速度对应关系11/22/202362机车车辆研究所础设施检测研究所路桥过渡段长波长高低不平顺与垂向加速度11/22/202363机车车辆研究所础设施检测研究所长波长高低不平顺与垂向加速度11/22/202364机车车辆研究所础设施检测研究所轨道状态评价方法轨道状态评价分为局部幅值评价和区段质量评价两类。局部幅值评价包括0/峰值、均/峰值和峰/峰值评价区段质量评价包括平均值、绝对平均值、标准差、RMS和轨道不平顺谱几种。两种方法互为补充，共同用于轨道状态评价。实测车辆动力响应评价。11/22/202365机车车辆研究所础设施检测研究所Wednesday,November22,202366中国与国外轨向谱比较11/22/202366机车车辆研究所础设施检测研究所Wednesday,November22,202367中国与国外高低谱比较11/22/202367机车车辆研究所础设施检测研究所轨道不平顺标准差、百分位数和最大值的关系轨向双侧99.5百分位数与标准差之比变化曲线

轨向绝对值最大值与标准差之比变化曲线11/22/202368机车车辆研究所础设施检测研究所轨道状态新的评价方法随着列车速度提高，几个幅值较小的单项不平顺组合也可能是病害，组合不平顺很难用简单公式计算评价，采用车辆动态响应（车辆加速度和轮轨作用力）辅助评价轨道状态是目前国内外常用的方法。但实测车辆动态响应易受到车辆性能和检测速度影响检测结果重复性差。通过动力学仿真分析、系统识别和预测方法计算车辆动力响应评价轨道状态是目前新的潮流。11/22/202369机车车辆研究所础设施检测研究所70国外轨道不平顺管理标准法国高速铁路轨道不平顺管理标准11/22/202370机车车辆研究所础设施检测研究所71国外轨道不平顺管理标准法国高速铁路轨道不平顺管理标准11/22/202371机车车辆研究所础设施检测研究所72国外轨道不平顺管理标准法国高速铁路轨道不平顺管理标准11/22/202372机车车辆研究所础设施检测研究所73国外轨道不平顺管理标准德国高速铁路轨道不平顺管理标准11/22/202373机车车辆研究所础设施检测研究所74国外轨道不平顺管理标准德国高速铁路轨道不平顺管理标准11/22/202374机车车辆研究所础设施检测研究所75国外轨道不平顺管理标准德国高速铁路轨道不平顺管理标准11/22/202375机车车辆研究所础设施检测研究所76国外轨道不平顺管理标准德国高速铁路轨道不平顺管理标准11/22/202376机车车辆研究所础设施检测研究所77国外轨道不平顺管理标准德国无碴轨道验收标准11/22/202377机车车辆研究所础