钢轨探伤车普速铁路检测能力及适用条件技术方案设计

钢轨探伤车普速铁路检测能力及适用条件技术方案设计
罗国伟;石永生;高东海;刘峰
【摘要】随着铁路运输的发展,高效率的钢轨探伤车承担起越来越多的探伤检测任务,尤其在高铁线路、高原线路上,由于区间里程长、环境恶劣等原因造成人工探伤作业困难,将主要采用钢轨探伤车进行探伤.针对探伤车在普速铁路的检测能力和适用条件,提出“人工伤损试块静态检测能力测试+人工伤损试验线动态检测能力测试+运营线路自动对中专项试验测试+运营线路自然伤损动态检测能力验证”的综合研究方案,进行各模块技术方案的详细设计,给出评价测试方法和评价测试标准,为下一步具体技术研究的开展做好充分准备.
【期刊名称】《中国铁路》
【年(卷),期】2018(000)011
【总页数】5页(P45-49)
【关键词】探伤车;灵敏度设置;伤损检测;钢轨探伤
【作者】罗国伟;石永生;高东海;刘峰
【作者单位】中国铁路总公司工电部,北京100844;中国铁道科学研究院集团有限公司基础设施检测研究所,北京100081;中国铁道科学研究院集团有限公司金属及化学研究所,北京100081;中国铁道科学研究院集团有限公司基础设施检测研究所,北京100081
【正文语种】中文
【中图分类】U216.6
0 引言
我国钢轨探伤主要采用大型钢轨探伤车和小型多通道探伤仪2种形式，探伤车探伤效率高，探伤后需人工复查；探伤仪探伤灵敏度高，灵活性好，但稳定性差，受操作者人为因素影响大。

随着铁路运输的发展，要求探伤车承担更多的检测任务，因此探伤结果的可靠性非常重要[1-2]。

探伤车在国外发达国家的应用已有四五十年的历史，早已替换人工探伤设备，成为检测在役钢轨伤损的主要手段。

北美地区探伤车检测速度为25～40km/h，绝大多数采用停顿式检测作业方式，因此平均检测速度在 10km/h 左右，单车年检测里程约 2000km。

欧洲和日本采用连续检测模式，即探伤车获得数据后进行事后处理，可疑伤损由人工另行复核。

日本探伤车最高检测速度为40km/h，欧洲最高检测速度达到80km/h[3-5]。

我国从1989年引进至2017年底，已有58辆探伤车，2017年全年探伤车的检测里程为77.3万km，检测速度有40、60和
80km/h。

各铁路局集团公司都设有人工伤损标定线，探伤车在出车前需要在标定线上进行灵敏度调整，使铺设的人工伤损满足检出率≥80%、误报率≤20%，以此标准作为伤损检测标准[6-7]。

由于我国在普速铁路上采用了探伤车、探伤仪互补的二级探伤网络模式进行探伤检测，实际应用中认为探伤车还存在一些不足，如对中不良、识别漏检、灵敏度低等。

但随着线路的修建，导致探伤人员不足，需要探伤车承担起周期检测任务或更多的探伤检测工作。

探伤车在我国普速铁路的检测质量如何、该如何安排探伤车的检测、该做哪些技术或管理改进等，均需要对探伤车在普速铁路的检测能力和适用条件进行研究，并在合适的条件下提出相关标准或应用建议。

1 总体技术路线
总体目标为通过对GTC-80型探伤车和主型钢轨探伤仪检测能力的对比试验，提
出GTC-80型探伤车的检测能力界定和适用范围，为全路钢轨探伤管理提供技术
依据和支撑。

因为探伤车是动态检测，所以总体技术路线为先做静态检测能力试验研究，其次是0～80km/h不同速度下动态无磨耗平直线路检测能力试验研究，再做现场不同曲线不同速度等级线路下探轮对中能力试验，最后完成实际运营线路综合伤损检测能力试验，进而提出探伤车在我国不同线路条件下的检测能力和适用条件。

在总体思路指导下，整体试验研究分为4部分：（1）试块静态测试对比试验（测试对比静态检测能力）；（2）兴平伤损试验线人工伤损动态检测对比试验（测试无对中干扰下不同速度等级的动态检测能力）；（3）运营线路自动对中专项试验（测试自动对中系统的动态对中能力）；（4）实际运营线路自然伤损动态检测对比试验（测试实际线路综合条件下伤损检出情况）。

2 详细方案设计
2.1 试块静态测试研究对比试验
2.1.1 测试用试块
测试用WGT-3、GTS-60C、GTS-60试块应符合TB/T2340—2012《钢轨探伤仪》标准要求。

针对探伤车新制钢轨伤损试块（暂命名GTS-60D试块），外形尺寸和材质与
GTS-60相同，含有轨头Φ3×10×30横孔（直径 3mm、深 10mm、长30mm），轨下颚Φ4×5×120°锥孔（直径 4mm、长5mm、锥孔顶角120°），轨底
Φ10×10×120°锥孔（直径 10mm、长 10mm、锥孔顶角120°），轨底横向月牙形切割R6×6（半径 6mm、切入 6mm）、R5×4（半径 5mm、切入 4mm）、
R4×2（半径 4mm、切入2mm）共 6 种伤损。

2.1.2 静态检测能力评判标准
对比分析探伤车、探伤仪对各类人工伤损的静态检测灵敏度和信噪比，以灵敏度高、
信噪比大的为优。

通道灵敏度余量S、通道相对灵敏度余量Sx、通道信噪比Sy计算如下：
式中：S0为电噪声电平10%时的衰减器读数；S1为WGT-3试块基准反射物波高80%时的衰减器读数；S2为GTS-60/60C试块人工伤损波的最高波达到80%时
的衰减器读数；S3为GTS-60/60C试块人工伤损测试时保持探头不动，释放衰减器使闸门内最大噪声达80%时的衰减器读数。

2.2 兴平伤损试验线人工伤损动态试验
2.2.1 试验线路
在兴平伤损试验线进行测试。

试验线全长2000m，人工伤损段长250m，人工伤
损符合GB/T28426—2012《大型超声波钢轨探伤车》要求，并另增加部分人工伤损。

人工伤损设计原则：（1）能够考察钢轨探伤车所有超声通道；（2）选取《钢轨
探伤管理规则》（铁运〔2006〕200号）中的GTS-60C、GTS-60和GTS-60加长试块中的标准伤损为基准；（3）根据实际情况设置一系列深度、半径等尺寸变化的伤损，评估并考核探伤车的探伤精度。

人工伤损排布原则：（1）互不遮挡声束，互不影响；（2）同类型伤损就近排布，尽量加工在一根钢轨上；（3）深度、孔径都变化的伤损先在同一深度变化孔径排列，再按不同深度排列；（4）同一端3个螺孔上裂纹的角度和长度一致。

2.2.2 伤损设置
伤损设置和布置见图1。

2.2.3 测试方法
图1 伤损设置和布置
所有探伤车在试验线路上进行充分调试至最佳检测状态。

各探伤车独立对试验线路
上的人工伤损在不同速度下进行检测，从40～80km/h每10km/h为1个等级，共分成5个速度等级；每个速度等级拟安排检测8～10遍。

2.2.4 数据统计方法和评判标准
（1）伤损检出率。

伤损检出：系统产生反射图形并对其进行识别，图形和识别的内容与实际设置伤损相吻合。

伤损检出率＝检出伤损总数/设置伤损总数×100%；特定伤损重复率＝伤损检出次数/检测总次数×100%。

（2）误报率。

伤损误报：系统产生反射图形并对其进行识别，图形和识别的内容无法与线路中设置的伤损相对应。

误报率＝系统误报总数/（设置伤损总数＋系统
误报总数）×100%。

（3）不同速度下检出率和误报率对比。

通过对比各种速度下检出率和误报率数据，分析系统在不同速度下检测能力的差异。

（4）不同系统间检出率和误报率对比。

通过对比外方SYS-1900型和中国铁道科学研究院集团有限公司研发的TKGT-Ⅰ型钢轨探伤检测系统之间检出率和误报率
数据，分析2种系统检测能力的差异。

2.3 探伤车对中系统专项试验
2.3.1 仪器设备
参加试验的设备包括：9个铁路既有电磁自动对中设备、在中国铁路西安局集团有限公司对既有自动对中设备进行改进后的对中设备、中国铁道科学研究院集团有限公司研制的ATCS-1型激光自动对中设备。

2.3.2 试验方法
在不同线路、不同曲线、不同磨耗和不同轨面状况下，测试不同速度下的对中能力，包括自动对中和手动对中2种工作状况。

2.3.3 测试要求
在自动对中下取得 10、20、30、40、50、60、70、80km/h速度等级测试数据
或可推导数据；在手动对中下取得 10、20、30、40、50、60、70、80km/h 速
度等级测试数据或可推导数据。

2.3.4 评判标准
（1）对中不良率越低越好，钢轨良好廓形下正常检测时对中不良率不易超过1%。

对中不良率＝对中不良线路长度/曲线总长度×100%。

以单侧双探轮底波失波、0°出现轨颚回波或70°出现轨颚回波作为判断对中不良的典型信号。

选定5m连续性原则，即连续5m出现对中不良典型信号时认为系统进入对中不良状态；相反，
对中不良信号消失达到连续5m时，认为系统恢复对中良好状态。

（2）测试静态探轮偏移灵敏度下降曲线，统计偏移量值范围初步定为[-6mm，
+6mm]，标准偏差值小于 3mm。

2.4 实际运营线路自然伤损动态检测对比试验
2.4.1 参加单位和试验线路
（1）试验车选择。

中国铁路总公司GTC-301号、中国铁路北京局集团有限公司GTC-822号、中国铁路南昌局集团有限公司GTC-804号和中国铁路西安局集团
有限公司GTC-802号共4辆探伤车，结合当地探伤仪参加现场测试。

（2）线路选择。

拟在陇海线（西安—兰州段）、兰新线（兰州—嘉峪关段）、西康线和襄渝线（胡家营—达州段）进行运营线路试验。

所选线路全部为普速铁路，基本都是干线，线路条件比较多样，曲线类型比较丰富，轨况也有多样性，适合进行对中系统和超声检测系统的综合检测能力考查。

2.4.2 试验方法
将参加试验的4辆探伤车分为2组，两两连挂运行，通过在实际线路上的运行检测，分析对中系统的工作能力、边界条件和验证实际伤损检出能力。

2组探伤车试验交路安排如下：
第1组：陇海线（西安—兰州段）＋兰新线（兰州—嘉峪关段）；
第2组：陇海线（西安—兰州段）＋西康线＋襄渝线（胡家营—达州段）。

2.4.3 评判标准
（1）探伤车检出的伤损由探伤仪复核确认，必要时选典型钢轨伤损进行确认；（2）探伤仪检出的伤损可用来衡量探伤车是否检出；
（3）异议伤损确认：由铁路局集团公司探伤车、探伤仪和探伤车厂家对有异议的伤损进行共同确认。

3 结束语
钢轨探伤车的特点是检测速度快、检测效率高、能够对伤损进行自动识别，但也存在动态耦合影响、探轮对中影响、轨头检测能力偏弱等不足。

随着我国铁路线路里程的增加，需要进一步衡量探伤车的检测能力和适用条件，希望在一定程度上能够替代或部分替代探伤仪的检测周期，以有效解决日益紧张的探伤人员短缺问题。

结合我国钢轨探伤同时存在探伤仪和探伤车检测的特点，提出以探伤仪为尺度衡量探伤车的检测能力和适用条件的思路，设计了静态检测灵敏度试验方案、标定线动态测试方案、探轮专项对中测试方案和运营线路测试方案。

通过这些方案测试并对比相应的测试结果，能够分析出探伤车在普速铁路上的检测能力，并考虑探伤车检测速度、线路状况、曲线半径、钢轨表面状况和钢轨磨耗等方面因素，进而提出探伤车适用条件建议。

参考文献
【相关文献】
[1] 石永生，罗国伟，徐其瑞．钢轨探伤车对轨头核伤检测能力的分析[J]．无损检测，2014(9)：34-37．
[2] 徐其瑞，石永生，熊龙辉，等．基于大型钢轨探伤车的顶面伤损漏磁检测技术研究[J]．中国铁
路，2017(10)：39-44．
[3] 徐其瑞，刘峰．钢轨探伤车技术发展与应用[J]．中国铁路，2011(7)：38-41．
[4] 石永生，马运忠，傅强，等．钢轨探伤车的检测运用模式与伤损分级探讨[J]．铁路技术创新，2012(1)：96-98．
[5] 黄筱妍，石永生，张玉华，等．超声波钢轨探伤车B显数据伤损模式分类技术研究[J]．中国铁路，2018(3)：82-87．
[6] GB/T 28426—2012 大型超声波钢轨探伤车[S]．
[7] 铁运〔2012〕43号钢轨探伤车运用管理办法[S]．。