大型钢轨探伤车在朔黄铁路的优化和运用

技术应用ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＡＮＤＭＡＲＫＥＴ
Ｖｏｌ．２８，Ｎｏ．１，２０２１大型钢轨探伤车在朔黄铁路的优化和运用
郭江龙
（朔黄铁路发展有限责任公司，河北沧州０６２３５０）
摘　要：在役钢轨探伤设备主要有钢轨探伤仪和钢轨探伤车２种。

朔黄铁路自２０１３年引进ＳＹＳ１９００系统钢轨探伤车，在运用过程中发现，由于轮式探伤系统固有限制，高速检测时受线路条件影响，对中及耦合不良、检测噪声和杂波干扰等问题突出，进而造成系统误报率高和核伤漏检，严重制约钢轨高速检测技术的运用。

立足于现有装备，通过研发智能轮缘降噪装置、新型耦合水喷头、探轮标定试验装置，改造对中系统，有效改善对中、耦合效果；制定企业标准，确保整备质量；运用综合分析方法，提高疑似伤损检出率，对钢轨探伤车的技术发展及应用提供重要的指导作用。

关键词：钢轨探伤车；重载线路；对中；耦合；检出能力
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－８５５４．２０２１．０１．０３４
　引言
朔黄铁路是我国西煤东运的第二条大通道，２０１８年运量达到３．２亿ｔ，最大运行轴重为３０ｔ，常态化开行２万ｔ单元列车，是国内运量仅次于大秦线的重载铁路，钢轨伤损呈种类多、发展快的特点。

２０１３年底朔黄铁路公司从美国引进了ＳＹＳ１９００系统钢轨探伤车，最高检测速度为８０ｋｍ／ｈ，实现了正线钢轨快速检测，累计发现各类重伤５００余处，在钢轨防断方面发挥了重大作用，并形成了高速检测与地面检查相配套的探伤模式。

正线钢轨探伤采用探伤车及探伤仪交叉作业、周期交替、优势互补的模式，探伤车检测周期为每旬１次，探伤仪按不同行别、区段制定不同检测周期，同时对探伤车疑似伤损进行复核，有效保证了行车安全。

为更好开展钢轨防断工作，对比探伤车与探伤仪优缺点，发现ＳＹＳ１９００系统钢轨探伤车存在诸多缺陷，立足于现有装备，对钢轨探伤系统进行优化、改造，有效提高了伤损检出率。

　探伤车优势
１．１　检测重复性好
探伤车在正常状态下，具有很好的重复性。

在检测周期内，能有效观察到伤损大小变化，可分析出线路伤损发展基本规律。

这为摸索线路状态和钢轨伤损发展规律提供可靠依据，也为钢轨大修提供相关依据。

１．２　检测效率高
最高检测速度８０ｋｍ／ｈ，是探伤仪（无缝线路规定不超过３ｋｍ／ｈ）无法比拟的。

探伤车在检测过程中，计算机系统会自动识别伤损，识别率一般可达８０％以上。

探伤车日均完成有效探伤近３００ｋｍ，可以代替２５个探伤班组１５０人的工作。

在钢轨伤损逐渐增加、探伤人员普遍不足的情况下，探伤车更适合钢轨探伤需要和发展。

１．３　受环境影响小
探伤车可在大风、雨雪、雾霾等恶劣天气下连续作业，具备夜间作业能力。

同时在参数、对中及系统正常情况下，识别结果受人为因素影响相对较少。

探伤仪上道检测效果与执机者业务水平、责任心、精神状态等息息相关，受外界因素影响较大，如长时间作业人员容易疲劳等。

１．４　安全系数高
探伤车检测时无人员地面作业，人身安全风险低。

　探伤车不足
２．１　电磁对中能力不足
为了确保检测质量，探轮０°晶片必须对准钢轨截面的几何中心线。

现有对中系统采用电磁传感器，当检测小半径曲线及钢轨磨耗严重地段时，电磁传感器很难找准钢轨几何中心线，导致对中失败。

另外由于电磁传感器具有强磁性，在线上运行一段时间，电磁传感器会沾满煤灰及铁锈，造成电磁传感器失效。

电磁传感器还存在以下问题：①自动对中系统的稳定性差，不受控制的摆动、振动。

②存在轮探头落在轨外侧的风险，尤其是小半径曲线及道岔区。

③Ｅ Ｃｏｒｅ工作表面污染，寒冷天气下结冰。

２．２　轮缘噪音
探伤车在通过小半径曲线地段时，由于轮缘与钢轨间的剧烈摩擦，产生较宽频率范围的噪声，包含超声探伤频率范围，轮缘噪声被超声波探伤系统接收，从而在Ｂ型显示中出现大量杂波，严重干扰正常检测。

２．３　耦合不良
探伤车使用水作为超声耦合剂，排除探轮与钢轨表面之间的空气，使超声波能有效地进入钢轨内部。

钢轨探伤车原装耦合水系统采用风包水单管锥形喷洒，排布方式为两侧探轮前后共８个耦合水管和Ⅰ位端轮对前后共４个轮缘耦合水管。

在检测中频繁出现因水中杂质造成喷头堵塞、塑料材质水管变形等问题，造成耦合不良，在加大维护工作量的同时，也导致伤损漏检率及误报率增加。

２．４　７５ｋｇ／ｍ钢轨核伤检测能力不足
现有Ｘ－Ｆｉｒｅ探轮主要是针对６０ｋｇ／ｍ钢轨进行设计与应用，利用二次波检测轨头内侧磨耗严重、钢轨表面存在鱼鳞纹的钢轨。

但在检测７５ｋｇ／ｍ钢轨时超声波无法有效进入钢轨内部。

通过对探伤仪判重伤下线而探伤车未检出的伤损钢轨进行解剖，根据某年伤损漏检统计，７５ｋｇ／ｍ钢轨轨距角核伤漏检占整个上行未检出数量的４３．９％。

以２０１５年某日为例，共计解剖伤损钢轨９根，通过对比钢轨探伤车数据，５处为探
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技术与市场技术应用２０２１年第２８卷第１期
伤车漏检，均为轨头内侧轨距角处小核伤。

　性能优化
针对钢轨探伤车存在的问题，主要从以下３个方面提升探伤车检测效果，即技术攻关开展设备研究、建立企业标准指导检验探伤车运用、发明改造进一步提升探伤车运用水平。

３．１　技术攻关
３．１．１　点式激光对中系统
点式激光传感器对中系统由激光位移传感器、控制计算机、伺服驱动器、电动缸、手动控制器等组成。

点式激光位移传感器获取轨面以下７５ｍｍ处的位置，可以避免钢轨磨耗的影响。

同时针对曲线超高问题，增加倾角补偿系统，将测量的数据传送到控制计算机中。

根据激光位移传感器传过来的钢轨位置数据，控制计算机计算当前传感器与钢轨之间的距离。

由于安装时激光位移传感器和超声波探头之间的位置是相对固定的，因此根据传感器和钢轨之间的距离可以计算出超声波探头和钢轨中心线的偏差，根据偏差，控制计算机运用相应的控制算法即可得到相应的控制量。

控制量传给伺服驱动器，伺服驱动器根据得到的驱动量驱动电动缸，电动缸带动超声波探头沿减少偏差的方向移动相应的距离，从而使超声波探头和钢轨中心线相重合，实现自动对中。

３．１．２　智能轮缘降噪装置
减少轮缘噪声，需在车辆进入较小半径曲线前开始对车轮喷水，在车辆出曲线后，关闭喷水系统。

现有设备为手动喷水模式，需人工在发现杂波干扰信号后，根据车辆行驶方向，手动喷水。

人工手动喷水，存在操作滞后、误差较大、操作不够灵活等问题。

智能轮缘降噪装置获取综合系统里程自动同步单元的里程信息，根据曲线半径大小、里程和上、下行线路等信息进行自动判别，实现入曲线前自动喷水，出曲线后自动关闭喷水，解决了之前喷水不及时、关水滞后而产生大量杂波的问题。

通过本装置，检测人员可以无需人工干预，根据车辆运行方向自动判断正反向喷水，从而有效改善人工喷水滞后而产生杂波的问题，同时降低人工劳动强度。

３．１．３　耦合系统改造
充分考虑到车辆运行速度、轨头宽度、喷头至轨顶面距离，制作不锈钢三通连接块、水管及扇形喷洒喷头，由原装模式改造成风包水双管扇形喷洒。

金属材质更加牢固，减少了因变形、脱落导致的停车维护；采取双管模式，在一个喷头堵塞时，另一个可以正常工作，减少了堵塞造成的停车维护；采用扇形喷头，提高了覆盖面积，减少了水的用量，同时应用于轮缘水时，有效减少过曲线时产生的轮缘噪音。

３．１．４　不同轨型适应性研究
Ｘ Ｆｉｒｅ探轮检测偏斜角度是依据钢轨下颚弧度决定的，实现轨距角轨头核伤的检出，要求二次主声束平行或接近平行钢轨中轴面，同时与轨顶面法线成７０°角。

为满足检测需要，对偏斜角度进行优化，通过理论研究，入射偏斜角１４°为检出率较高的偏斜角度。

３．２　建立企业标准
３．２．１　探轮静态测试
改造设计标零测试架，以０°晶片灵敏度的８０％波高为基准，准确调整提升探轮标零精度。

３．２．２　探轮动态测试试验台
研制探轮动态试验台，通过调整探轮下压量、位置、晶片灵敏度等，试验标定伤损轨和自然伤损轨，研究伤损特点，寻找规律，指导探伤车现场检测与探轮改造。

３．２．３　标定试验线
库前铺设标定线，出库时低速试验探伤系统状态、测试标定伤损的检测效果，调整编码器、激光对中标定等；铺设８０ｋｍ／ｈ高速标定线，自主完成探伤系统的高速年检标定测试。

３．２．４　探轮测试企业标准
研究钢轨探伤车探轮灵敏度余量和信噪比等测试标准和方法，制定《大型超声波钢轨探伤车换能器及轮探头测试标准》，指导钢轨探伤车应用。

３．３　发明改造
３．３．１　探轮维护架
针对更换探轮膜、排除气泡作业时存在的人身安全不易保证、劳动强度大、作业效率低等问题，设计制作结构简单、重量较轻、方便拆卸安装的探轮膜更换架，满足更换探轮膜的作业需求，提高安全系数和作业效率、降低劳动强度。

３．３．２　伤损综合分析方法
针对现有探伤车伤损数据分析方法无法全面、准确评价伤损危害性的问题，结合线路条件，综合应用轨道几何、轨道巡检、钢轨波磨、断面磨耗、路基道床状态等影响钢轨伤损发展的各专业检测数据，判断伤损的严重程度和危害性；同时分析伤损成因，提供人工探伤复核的优先等级，指导工务专业彻底整治可能引发钢轨伤损的轨道及路基道床病害缺陷，避免钢轨可疑伤损重复发生。

　结语
针对探伤车能力缺陷和运用管理方面存在的实际问题进行了改进和优化，满足了检测需求，下一步还可以做进一步改进：①通过对比地面探伤仪的检测报告，发现部分伤损Ｂ型显示有回波，但回放系统未识别造成漏检，为系统局限性。

应升级扩充回放系统伤损库，同时提升人员专业技能水平。

②在数据分析过程中，存在异常波形，干扰或误导伤损判别。

如：０°在始脉冲和界面波之间出现一个“游动”出波，有时候会进入界面波闸门，会直接影响检测。

试验固定脉冲发射频率，避免０°杂波。

参考文献：
［１］　中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会．ＧＢ／Ｔ２８４２６—２０１２大型超声波钢轨
探伤车［Ｓ］．北京：中国标准出版社，２０１２．
［２］　铁路职工岗位培训教材编审委员会．钢轨探伤工（钢轨探伤）［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，２０１８．
［３］　毛少虎，郑双朝．关于优化大型钢轨探伤车检测模式的探讨［Ｊ］．铁道技术监督，２０１９（１１）：４２－４５．
［４］　秦怀兵，徐志强．钢轨探伤车检出可疑伤损的综合分析方法［Ｊ］．中国铁路，２０１９（６）：９２－９７．
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