轨道检测技术

第二节
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我国轨检车的发展现况
为克服 GJ－4型轨检车轨距吊梁存在的上述问题，本世纪初我国铁路从美国 ImageMap公司引进了装备 Laserail轨道测量系统的GJ－5型轨检车。 GJ－5型轨检车采用惯性基准法、非接触式测量方式，由基于摄像原理的轨距轨 向测量系统取代光电伺服机构，所有传感器均安装在悬挂于转向架构架上的检测 梁内，取消了轨距吊梁。由于经过一系列减震，检测梁工作时所受的振动和冲击 大大降低，安全性显著提高，同时也消除了检测设备在特定检测速度下产生共振 的可能性。由于不存在伺服机构的往复运动，检测设备的故障率也大大降低。
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第二节
我国轨检车的发展现况
• 随着我国铁路提速战略的实施，对列车的安全、舒适性提出了更高的要求， 同时运行速度的提高和重载列车的开行，对轨道的破坏作用加大，导致轨道 状态的恶化加剧。因此，加强轨道动态检测力度，及时掌握轨道质量状态， 正确指导线路养护维修，确保铁路运输安全，已成为铁路工作中的一项重要 基础工作。
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第一节
法国轨检车发展
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国外轨检车的发展概况
MGV是专为法国高速铁路研制的综合检测列车，该车检测速度设计为320km/h， 检测周期预计为两周一次，设计目标是在列车正常运行条件下检测各项基础 设施参数，于2006年6月投入运用。 MGV综合检测列车车辆由法国铁路公司（SNCF）指定，拟采用法国既有成熟的 动力集中式TGV动车组。SNCF作为该车检测系统的集成商，各子系统通过国际 公开招标方式采购。该车检测项目比较齐全，几乎包括了从接触网及受流状 态、通信信号、轨道几何、钢轨断面、钢轨表面、线路环境数字图像、扣件、 轨枕、道碴等各项基础设施和运行状态。
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第一节
美国轨检车发展
国外轨检车的发展概况
• 美国各铁路公司均拥有自主研发的轨检车，美国联邦铁路署还委托 ENSCO公司研制了技术先进的T10型轨检车，用于抽查各铁路公司的线 路质量。T10型轨检车采用惯性基准测量原理和非接触式测量方法， 应用光电、伺服、数字滤波、局域网技术，最近还增加了钢轨断面测 量系统，使轨检车的功能更加齐全，检测速度可达192km/h。
• East－i是日本完全利用其国内技术开发的综合检测列车，由6辆检测车组成， 可以检测轨道几何参数、接触网、通信信号、轮轨作用力、环境噪声等，最 高检测速度可达 275km/h。该轨道检测系统安装在列车的第3号车辆上，这个 车辆采用了与实际运行车辆相同的两个二轴拖动转向架结构。
第一节
日本轨检车发展
• GJ-3型轨检车的技术特点是采用惯性基准原理、运用传感器技术和计算机技 术，直接以传感器电压信号作为不平顺超限根据，计算机直接采集超限等级 和数量计算扣分，笔式绘图仪记录不平顺波形，可以检测高低、水平、三角 坑、车体垂直和水平振动加速度，但轨距、轨向尚无法检测。GJ－3 轨检车 的电路大多采用20世纪70年代末至80年代初的分离式元件，稳定性差，加之 安装时间跨度大，即使同一种仪器使用的元器件也不尽相同，接口也不完全 一样，造成了备件选择和备用上的极大困难，养护维修难度很大。
第一节
奥地利轨检车发展
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国外轨检车的发展概况
为适应奥地利高速铁路的检测需要，奥地利Plasser 公司于1993年开发出速 度为250km/h 的EM250型高速轨检车，其主要技术特点是采用惯性基准原理、 光电转换技术和多处理技术等，除了测量轨道几何参数和车辆振动参数外， 还能测量钢轨断面、轮轨作用力并记录环境图像EM250型轨检车有两种途径评 定轨道质量： 1、采用ADA－Ⅱ 程序来获得轨道质量系数，评定轨道区段的整体不平顺状态； 2、采用ADA－Ⅲ程序来判断超过规定限界值的幅值大小，并对不同等级轨道 病害进行分类和统计并能及时发现危及行车安全的轨道病害，又能评定单元 区段的线路质量。
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第一节
意大利轨检车发展
国外轨检车的发展概况
意大利“阿基米德号”综合检测列 车
第一节
意大利轨检车发展
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国外轨检车的发展概况
―阿基米德号”综合检测列车又称 Roger2000，是 MER MEC公司和TECNOGAMMA公司为意 大利铁路设计制造的，检测速度可达220km/h。检测项目包括轨道几何参数、钢轨断面、 钢轨波浪磨耗、接触网及受流状态、通信和信号、车体和轴箱加速度、轮轨作用力等。 车上有57台计算机，每秒钟可处理30G数据，有24个激光器、43个光学摄像传感器、47 个加速度计以及大量的强度速度、定位以及温度传感器，以及用于航空电子领域的惯 性平台。
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第一节
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国外轨检车的发展概况
小结——轨检车的发展趋势（1）
为了检查列车作用下的轨道真实状态，轨检车的检测速度、轴重、车辆走行 部结构都应与列车想接近或者一致。高速轨检车的发展，一定要与高速铁路 运行速度相适应。重载运输线路轴重增加，轨道结构相应增强，因此轨检车 轴重应加重。加拿大TEST-Ⅲ轨检车的轴重可以从220kN增至330kN。南非EMV80轨检车轴重可由160kN增至280kN。 惯性基准法能够真实反映轨道状态，可以测波长范围大，对车体结构无特殊 要求，检测特性设计和更改方便，特别适合高速轨检需要，在今后轨检车的 发展中将会更广泛应用。高速轨检车只能采用无接触的检测方法，其中光电 无接触检测方法发展会更迅速。光电无接触检测技术是轨检车技术发展的一 个重要方面。加速自动补偿（CAS）法是将来轨检车检测超高或水平的接本方 法。
• ImageMap公司研制的Laserail轨道测量系统采用激光摄像、高速图像 处理技术取代了光电伺服技术，体现了轨道检测技术的发展方向。它 采用惯性基准原理、非接触式测量方法，系统包括两个光纤陀螺和两 个加速度计及其模拟处理板，4个激光器、10台摄像机等，可测量轨 距、左右轨向、左右高低、超高、水平、三角坑、曲率、钢轨顶磨和 侧磨等。检测速度可达300km/h。
• 截至2004年底，我国铁路现役轨检车按检测系统类型划分为四类共计26辆： GJ-3型（7辆）、GJ－4型（12辆）、GJ－4G型（1辆）、GJ－5型（6辆）；按 车辆速度等级划分为：120km/h 等级（11辆）、140km/h 等级(12辆）、 160km/h 等级（3辆）。
第二节
我国轨检车的发展现况
第一节
日本轨检车发展
国外轨检车的发展概况
日本East－i综合轨检车
第一节
日本轨检车发展
国外轨检车的发展概况
• 日本铁路为确保高速铁路新干线的安全运行，从1975年开始先后装备了4列电 气化轨道综合试验车，承担对新干线的电气化和轨道状态的动态检查，每列 车由7辆车组成，其中第5辆为轨检车，其他检测车检查电力、通信信号、接 触网、电源回路状态，最高检测速度为210km/h。1998年以后轨检车又有了较 大的技术进步，车辆转向架由3台改为2台，从而将传统的弦测法由等弦改为 不等弦测量，传递函数有了明显的改善。
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国外轨检车的发展概况
East－i综合检测列车可在一次运行过程中实现对线路的综合检测功能，但各 检测项目之间的检测数据并不综合到一个统一的中心，各检测单元有各自独 立的数据显示、记录、转储和地面分析、处理、维护管理决策等系统，全系 统仅有位臵、时间和速度是统一的。 一般认为，弦测法传递函数收敛性差，East－i采用了相应的修正方法。由于 弦测法不能全部真实反映轨道状况，在复原及逆滤波处理时仅能换算到40m波 长的测值，因此该方法存在一定的缺陷。惯性基准法受速度影响较大，不适 宜低速检测，在高速时更具优势。另外，East－i整套设备及软件均为日本的 品牌和自主开发的产品，与我国设备和软件的兼容性差，不利于系统的后续 使用和二次开发。
GJ－5Байду номын сангаас轨检车
第二节
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我国轨检车的发展现况
我国轨检车技术的发展方向（1） 随着《中长期铁路网规划》的实施和铁路跨越式发展战略的推进，为适应铁 路提速的形势要求，解决GJ－4型轨检车轨距吊梁存在的种种问题，进一步提 高检测系统的检测速度和工作的可靠性，进一步丰富检测功能，采用更为先 进的检测技术，正是我国轨检车的技术发展方向。 对GJ－4型轨检车进行改造，用激光摄像式检测梁取代光电伺服式轨距吊梁。 GJ－4型轨检车的轨距吊梁在安全性、检测速度、测量精度等方面难以满足提 速的要求，因此取消轨距吊梁的改造工作迫在眉睫。
第一节
国外轨检车的发展概况
70年代以来轨检车发展极快，欧美、日等许多发达国家相 继研究各种先进的轨道检测技术和新的测量原理，如：惯 性原理、光电、电磁、电容等无接触传感器，伺服跟踪、 自动补偿及修正技术在轨检车上广泛应用，车载计算机进 行轨检数据处理，提高了检测精度和速度，增加了检测功 能。 80年代以来，激光、数字滤波、图像处理等在轨检车上应 用更加广泛。以计算机为中心，对轨检信号进行模拟及数 字混合处理，保证轨检结果不受列车速度和运行方向的影 响。采用数字滤波技术扩大了轨道不平顺可测波长的范围， 改善了轨检系统的传递函数特性，大大提高了检测的精确 性和可靠性。
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第一节
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国外轨检车的发展概况
小结——轨检车的发展趋势（2）
现代化轨检车有两种代表性检测系统。英国、加拿大采用了由传感器、模拟 计算机、数字、计算机组成的捷联式系统。美国ENSCO公司的轨检车采用了由 传感器、模拟与数字混合处理组成的捷联式系统，由于模拟及数字处理特征 相匹配，各误差信号进行完善修正与补偿，轨检结果不受速度和运行方向的 影响，具有很高的一致性。因此，传感器、模拟及数字混合处理捷联式系统 是将来高速轨检车发展的主要方向。 高速线路上，轨道的短波不平顺，如波浪磨耗、扁疤、焊接部分的凹凸不平 等，引起轮对对轨道的巨大动力作用，并产生强噪声，长波不平顺将降低旅 客乘车舒适度指标。因此，扩大不平顺检测波长范围，是高速轨检车发展中 必须解决的一个重要课题。 现代化轨检车中，计算机不单单是轨检数据处理的工具，在模拟数字混合处 理轨检系统中，计算机还是轨道几何参数检测的重要组成部分。微机轨检数 据检测处理将在轨检车上广泛发展。
意大利高速铁路使用“阿基米德号”综合检测列车已经形成了一整套检测和维修养护 体制。综合检测列车各子系统有独立的存储数据库，在速度、时间、空间上保持同步， 所有子系统的检测数据集成到车载中央数据库，由中央数据库将数据通过无线网络传 输到地面的RFI数据处理中心进行综合分析、比较，从而制定科学的维修保养计划，指 导养护维修。其轨道检测在较低速度时采用弦测法，在较高速度时采用惯性基准法， 较好地发挥了两种测量原理的优势。
• GJ－4型轨检车在美国T10型轨检车的基础上，采用惯性基准原理，应用“传 感器—模拟信号处理—数字信号处理”组成的综合补偿系统对各种误差信号 进行补偿修正，检测项目比较齐全，除评价线路质量状态的轨距、轨向、高 低、水平、三角坑以及车体水平和垂直振动加速度等指标外，还可识别道岔、 道口、桥梁等地面具有显著特征的标志物，方便工务人员查找轨道病害处所。
轨道检测技术
第一节 国外轨检车的发展概况
第二节
第三节 第四节
我国轨检车的发展现状
轨道检测的内容及轨道检查车的使用 钢轨探伤车、多功能安全综合检测车简介
第一节
概念
国外轨检车的发展概况
轨道检查车是检查轨道病害、指导轨道维修、保障行车安 全的大型动态检测设备，也是实现轨道科学管理的重要手 段，为此各国铁路都重视轨检车的开发和应用。 至今，轨检车的发展已有百余年的历史 1877年第一辆轨检车诞生，至20世纪40年代，瑞士、联 邦德国、美国、法国、日本都有了轨检车。这个时期的轨 检车主要为接触式机械轨检车，测量速度低、项目少、技 术落后、采用弦测法检测。50及60年代，轨检车向电气式 转变，测试仪表电子化、项目增加、速度提高，并开始应 用惯性原理检测方法
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第二节
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我国轨检车的发展现况
我国轨检车技术的发展方向（2） 2003年铁道部基础设施检测中心对郑州铁路局DJ998416号GJ－4型轨检车进行 了改造，采用基于激光摄像技术的轨距轨向测量系统取代了光电伺服机构， 所有传感器均安装在悬挂于转向架构架上的检测梁内。在 35000km运用考核 的基础上，该改造方案于2004年9月通过了铁道部运输局组织的技术审。现在 部分GJ－5型轨检车已投入使用，分别配属给铁道部基础设施检测中心、兰州 铁路局和乌鲁木齐铁路局使用，表现出良好的检测性能。