雷少奎

摘要：隨著我國鐵路事業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)鐵路線路維護(hù)檢測(cè)提出了更高的要求。鐵路線路維護(hù)檢測(cè)技術(shù)的要求越來越高，工作量越來越大，傳統(tǒng)的鐵路線路維修檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)無法適應(yīng)鐵路線路的迅速發(fā)展。文章借鑒了他國先進(jìn)的鐵路線路維修檢測(cè)技術(shù)，分析了鐵路線路維修檢測(cè)系統(tǒng)各個(gè)組成部分及其作用，希望能夠推動(dòng)我國鐵路線路維護(hù)檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：鐵路線路；維護(hù)檢測(cè)技術(shù)；線路養(yǎng)護(hù)；鐵路事業(yè)；交通科技 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：U216 文章編號(hào)：1009-2374（2015）05-0064-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0364

近年來我國的鐵路事業(yè)得到了極大的發(fā)展，在給經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民群眾的生活帶來了更大的便利的同時(shí)，也給鐵路線路的維護(hù)檢測(cè)帶來了更大的挑戰(zhàn)。隨著當(dāng)前人們對(duì)鐵路線路的安全性、便捷性、舒適性和承載量的要求越來越高，列車的間隔時(shí)間更短，列車速度不斷提高，這也造成了鐵路線路處于極端機(jī)械應(yīng)力狀態(tài)，需要對(duì)其系統(tǒng)裝備進(jìn)行檢測(cè)和維護(hù)。本文對(duì)鐵路線路維護(hù)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了分析，旨在推動(dòng)我國鐵路線路維護(hù)檢測(cè)技術(shù)的不斷提高。

1 鐵路線路的軌道維護(hù)

鐵路線路的軌道維護(hù)是鐵路維護(hù)檢測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)重要方面，通過鐵路線路的軌道維護(hù)才能夠保持鐵路線路軌道的良好運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)鐵路線路鋪設(shè)完成一段時(shí)間之后，會(huì)出現(xiàn)一些缺陷或者線路軌道參數(shù)改變的情況。因此必須先通過高質(zhì)量的驗(yàn)證和檢測(cè)，來對(duì)線路軌道的狀態(tài)進(jìn)行科學(xué)的確認(rèn)。

線路軌道的參數(shù)有橫截面、縱向斷面和軌道幾何尺寸等等，線路軌道的機(jī)械接觸非常復(fù)雜，是一個(gè)動(dòng)態(tài)的彈性治療系統(tǒng)，會(huì)受到線路軌道的下部基礎(chǔ)設(shè)施的影響。鐵路工程標(biāo)準(zhǔn)會(huì)對(duì)這些重要參數(shù)的容差范圍和缺陷進(jìn)行分類，從而對(duì)不符合標(biāo)準(zhǔn)的缺陷進(jìn)行處理，制定科學(xué)的軌道維護(hù)計(jì)劃。

1.1 軌道幾何尺寸

由于對(duì)列車之道和彎道行駛的保障職責(zé)由軌距來擔(dān)任，因此行駛的列車出現(xiàn)搖晃和震動(dòng)的現(xiàn)象很可能是軌道傾角變化造成的。一些不符合標(biāo)準(zhǔn)的情況也會(huì)從軌道機(jī)械缺陷中反映出來，例如孔洞、波紋等等。當(dāng)然彎道處軌道系統(tǒng)也需要必要的縱向剖面傾斜，從而減少列車在彎道行駛時(shí)的離心力。標(biāo)準(zhǔn)軌距可以防止列車高速行駛時(shí)發(fā)生碰撞。

1.2 軌道縱斷面

軌道縱斷面如果發(fā)生崩落和裂縫很可能會(huì)造成列車出軌，而鋼軌的波紋磨損會(huì)對(duì)路基造成損害，并產(chǎn)生嚴(yán)重的噪音。當(dāng)波長(zhǎng)在20～100毫米之間時(shí)意味著產(chǎn)生了波紋磨損，當(dāng)振幅大于0.5毫米時(shí)會(huì)產(chǎn)生噪音，振動(dòng)峰值到達(dá)0.3毫米時(shí)就會(huì)損壞路基。

車輪通過岔道或者車輪摩擦?xí)r容易產(chǎn)生單個(gè)孔洞，單個(gè)孔洞會(huì)造成運(yùn)行中列車偶然出現(xiàn)的顛簸。而這種電波在陳舊鐵路線上則成為了經(jīng)常性顛簸。究其原因這是由于焊接成舊鐵路線區(qū)段的往往是18米的長(zhǎng)鋼軌。

1.3 鋼軌橫截面

技術(shù)人員可以很容易地對(duì)新安裝的鋼軌頭部的規(guī)格尺寸和幾何形狀進(jìn)行計(jì)算，并根據(jù)車輪對(duì)鋼軌的界面對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。特定半徑和切向線都屬于幾何形狀，滿足車輪滾動(dòng)的經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定和安全方面的需要。

2 檢測(cè)線路軌道

2.1 線路軌道的檢測(cè)方案制定

要以軌道維護(hù)的目標(biāo)要求和維護(hù)關(guān)鍵點(diǎn)為基礎(chǔ)制定線路軌道檢測(cè)系統(tǒng)，鐵路軌道檢測(cè)系統(tǒng)要將軌道網(wǎng)絡(luò)幾何結(jié)構(gòu)和已掌握的鋼軌現(xiàn)狀囊括在內(nèi)，將橫斷面、縱向剖面圖、鋼軌幾何尺寸、測(cè)量結(jié)果里程表結(jié)合起來，制定科學(xué)的、智能化的檢測(cè)方案，利用GPS對(duì)被測(cè)參數(shù)進(jìn)行定位。線路軌道的檢測(cè)方案主要是通過線路測(cè)量車的配備或者利用移動(dòng)式計(jì)量裝置來取得線路軌道參數(shù)。將Blackfin處理器放置于線路測(cè)量車或移動(dòng)式計(jì)量裝置中，通過分析軟件對(duì)參數(shù)進(jìn)行精確的測(cè)量和分析，再根據(jù)GIS系統(tǒng)形成完整的信息分析結(jié)果。

2.2 檢測(cè)軌道幾何尺寸

對(duì)軌距的檢測(cè)主要使用非接觸式感應(yīng)傳感器原理，能夠達(dá)到0.01毫米的精確度?？梢允褂酶↑c(diǎn)算法來對(duì)軌道與軌道之間的距離進(jìn)行測(cè)量，并得出垂直距離和水平距離。Blackfin處理器能夠?qū)?米范圍內(nèi)的擺動(dòng)控制在5°以內(nèi)。通過中位數(shù)過濾和低通過濾縱段數(shù)據(jù)，能夠完成從極坐標(biāo)到直角坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換。

在檢測(cè)時(shí)要將鋼軌端頭的幾何尺寸的特征矢量準(zhǔn)確地找出來，為了確保矢量測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，要采取跟蹤算法和可信度檢查器。

2.3 檢測(cè)縱向斷面

以非接觸式的高速渦輪傳感器來對(duì)兩側(cè)鋼軌的表面進(jìn)行記錄，磁編碼氣脈沖能夠?qū)⒕忍岣叩轿⒚准?jí)別。磁環(huán)產(chǎn)生的信號(hào)由線性編碼器進(jìn)行處理之后可以成為傳感器AD轉(zhuǎn)換器和里程表的觸發(fā)信號(hào)，能夠?qū)附狱c(diǎn)不符合標(biāo)準(zhǔn)、局部硬化點(diǎn)等缺陷進(jìn)行記錄。

2.4 檢測(cè)鋼軌的橫截面

對(duì)鋼軌橫截面的檢測(cè)一般用高速激光掃描儀來完成，當(dāng)前最先進(jìn)的非接觸式測(cè)量技術(shù)手段就是激光技術(shù)，其能夠?qū)λ俣冗M(jìn)行捕捉，或者以所需的精確度為依據(jù)，完成對(duì)鋼軌橫截面的檢測(cè)。

3 鐵路線路維護(hù)的計(jì)量技術(shù)裝置

3.1 檢測(cè)系統(tǒng)以Blackfin處理器為核心

檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)合了DSP技術(shù)和MCU技術(shù)，以Blackfin處理器作為技術(shù)核心，能夠適用于給定的任意蓄電池運(yùn)行，具備提供動(dòng)態(tài)電源管理的功能。檢測(cè)系統(tǒng)的MCU技術(shù)具備可擴(kuò)充量的輸入輸出功能，可以進(jìn)行移動(dòng)式裝置、油量計(jì)、蓄電池、TFT、鍵盤、數(shù)字傳感器和激光掃描儀等裝置的連接。而檢測(cè)系統(tǒng)的DSP部分可以完成先進(jìn)的數(shù)字算法任務(wù)，例如幾何尺寸殘差、FFTs和濾波的計(jì)算。Blackfin處理器具有數(shù)據(jù)流語言和高級(jí)框圖，并通過Lab VIEW圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì)來提供編程模型。這樣可以對(duì)下一級(jí)別的數(shù)字化嵌入式進(jìn)行設(shè)計(jì)，并具備圖形多任務(wù)移動(dòng)功能和數(shù)學(xué)分析模塊。

3.2 智能化的計(jì)量技術(shù)裝置

將現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)方法和嵌入先進(jìn)處理器技術(shù)來進(jìn)行鋼軌差值和裂縫的檢測(cè)，使鐵路基礎(chǔ)設(shè)施維護(hù)檢測(cè)工作可以使用多功能化的、可移動(dòng)的智能化計(jì)量裝置。

例如可以使用鋼軌檢測(cè)裝置來對(duì)鋼軌的環(huán)境溫差、深度、傾角、軌距、頭部高度和橫截面等參數(shù)進(jìn)行測(cè)定，其對(duì)時(shí)間和環(huán)境沒有較高的要求，制造和使用都比較簡(jiǎn)單，能夠在任意位置上完成記錄和檢測(cè)。再例如在對(duì)縱向軌道參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和記錄時(shí)可以使用Railsurf鋼軌滑板計(jì)量裝置，其具有可視化、現(xiàn)場(chǎng)處理等功能，還可以利用移動(dòng)存儲(chǔ)器對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)，既可以適用于車輛沿著軌道拖拉作業(yè)也適用于一人操作，通過企業(yè)傳感器能夠?qū)︿撥壍膬A角變化、軌距變化、裂縫、孔洞和波紋磨損進(jìn)行檢測(cè)。

3.3 利用線路測(cè)量車進(jìn)行檢測(cè)

多功能線路測(cè)量車有5個(gè)Blackfin處理器組成，能夠?qū)?0千米的鐵路區(qū)段的軌道參數(shù)進(jìn)行記錄，并達(dá)到5毫米的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)分辨率。5個(gè)Blackfin處理器相互關(guān)聯(lián)，1號(hào)Blackfin處理器能夠使用兩個(gè)液晶顯示器和交互操作鍵盤，2號(hào)Blackfin處理器則對(duì)高速運(yùn)行條件下的軌道縱斷面圖和幾何尺寸進(jìn)行記錄，3號(hào)Blackfin處理器安裝了GPS系統(tǒng)，能夠?qū)Φ乩砦恢眯畔⑦M(jìn)行確定，4號(hào)Blackfin處理器主要處理各種參數(shù)，5號(hào)Blackfin處理器對(duì)其他四個(gè)處理器的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和存儲(chǔ)。

4 定位線路軌道的缺陷

4.1 線路軌道缺陷定位的含義

一般使用一個(gè)共同的軟件平臺(tái)對(duì)缺陷定位的檢測(cè)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行匯總，并將里程表信息、GPS位置、軌道橫截面、縱斷面和幾何尺寸的信息連接起來。該平臺(tái)通過工具包和Lab VIEW軟件的運(yùn)行，發(fā)揮了公共數(shù)據(jù)分析和交換庫的作用，能夠通過接口連接維修裝備、車輛和測(cè)量設(shè)備。X射線等測(cè)量手段可以通過智能化濾波器來對(duì)線路軌道的關(guān)鍵缺陷進(jìn)行定位，并以數(shù)字化的形式對(duì)鋼軌的幾何尺寸全貌特征進(jìn)行反映，在線路軌道更換和維修中進(jìn)行利用。

4.2 利用Lab VIEW濾波器

鋼軌中的缺陷癥狀可以通過Lab VIEW濾波器的縱向數(shù)據(jù)篩分檢測(cè)來完成，這主要對(duì)通過對(duì)鋼軌波紋進(jìn)行快速傅立葉變換分析以及縱斷面中的特征波長(zhǎng)分析來實(shí)現(xiàn)。比較實(shí)測(cè)界面圖和已存模型之間的差別，并對(duì)輪軌機(jī)械接觸進(jìn)行模擬，從而跟蹤軌道的孔洞缺陷。在檢測(cè)圖形中鋼軌裂縫會(huì)出現(xiàn)明顯變化，可以鑒別移動(dòng)數(shù)據(jù)的窗口，從而對(duì)鋼軌的裂縫進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)其進(jìn)行評(píng)估分析。

4.3 對(duì)“缺陷”地圖進(jìn)行精確的定位

對(duì)“缺陷”地圖進(jìn)行精確定位主要是通過GPS數(shù)據(jù)來完成的，其中增加了一些有用的新內(nèi)容，例如車站、道岔和彎道等等，成為一種比較簡(jiǎn)便的GIS系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)了圖像處理功能。例如可以將局域地圖細(xì)分為若干條塊，并標(biāo)明準(zhǔn)確的地圖坐標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷位置的精確定位和迅速瀏覽。

5 軌道缺陷問題的解決

可以在資料設(shè)置點(diǎn)的維修設(shè)備當(dāng)中下載利用IT環(huán)境產(chǎn)生的電子維修計(jì)劃，這樣就能夠使軌道缺陷的問題得到有效的解決。其中1個(gè)Blackfin處理器包括1個(gè)可移動(dòng)存儲(chǔ)器、2個(gè)顯示鋼軌圖像的液晶屏以及1個(gè)多功能鍵盤。2個(gè)激光掃描儀能夠?qū)M截面快照通過20Hz的頻率連續(xù)捕捉過來，同時(shí)利用CAN網(wǎng)絡(luò)向CPU進(jìn)行在線數(shù)據(jù)傳輸。隨后該處理器能夠?qū)⒄諜M截面之間的偏差機(jī)型計(jì)算，并且向基本磨削裝置提供新設(shè)置點(diǎn)。

這種磨削裝置當(dāng)中的磨削頭一共包括6個(gè)，而且每個(gè)磨削頭都具備3種自由度，因此能夠有效地保證鋼軌磨削的順利進(jìn)行。使用可移動(dòng)媒體能夠在鋼軌磨削過程中下載一系列橫截面測(cè)量數(shù)據(jù)，并且能夠向IT環(huán)境進(jìn)行及時(shí)的反饋，從而能夠使保鋼軌磨削質(zhì)量得到

保證。

6 結(jié)語

綜上所述，采用全面狀態(tài)檢測(cè)分析的方式針對(duì)包括接觸網(wǎng)、道岔以及軌道等鐵路基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行檢測(cè)，能夠使重載區(qū)路以及高速鐵路的安全運(yùn)行得到有效的保證，同時(shí)也能夠?qū)⒖茖W(xué)的依據(jù)提供給維修計(jì)劃的制定。實(shí)踐證明，當(dāng)今鐵路裝置設(shè)施檢測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)就是智能化、自動(dòng)化以及電子化的檢測(cè)手段，而且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，未來其必然會(huì)在鐵路的安全快捷運(yùn)行中發(fā)揮更大的作用。

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（責(zé)任編輯：黃銀芳）