湯金龍、徐棟

（北京市軌道交通運(yùn)營(yíng)管理有限公司，北京100068）

0 引言

鋼軌探傷車是裝在軌道中，用于檢測(cè)軌道損傷情況的專用車輛，鋼軌探傷車深入鋼軌內(nèi)部可以對(duì)鋼軌軌頭橫向疲勞裂紋進(jìn)行檢測(cè)，分析軌道運(yùn)行中可能會(huì)導(dǎo)致鋼軌出現(xiàn)損傷的主要原因，利用超聲波原理對(duì)鋼軌進(jìn)行檢測(cè)。如鋼軌道探傷車通過(guò)超聲波，從鋼軌介質(zhì)傳遞至另一介質(zhì)時(shí)，在介質(zhì)的分界面上，有部分能量會(huì)重新傳遞給原有的發(fā)射體，此超聲波被稱之為反射波；此外，部分能量也會(huì)從界面穿過(guò)，在這一傳播流程中，被稱為透射波。通過(guò)超聲波以及透射波的聯(lián)合應(yīng)用，可以更好地分析軌道出現(xiàn)故障的位置以及需要采取的解決措施，以便能夠保障軌道車輛的正常運(yùn)行。

1 鋼軌探傷車在軌道交通線路中的應(yīng)用

鋼軌探傷車在軌道交通線路中發(fā)揮著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，鋼軌探傷車目前分為電磁鋼軌探傷車以及超聲波鋼軌探傷車兩大類。其中，電磁鋼軌探傷車可以根據(jù)非接觸通磁法檢測(cè)鋼軌損傷程度[1]。其檢測(cè)的最佳速度為每小時(shí)30～70km，在檢測(cè)過(guò)程中，此種車輛對(duì)于鋼軌腰部以及鋼軌接頭的鋼軌損傷檢測(cè)靈敏度略低，僅為軌頭斷面積的25%（見(jiàn)圖1）。

圖1 地鐵探傷技術(shù)

而超聲波鋼軌探傷車是目前應(yīng)用范圍較廣的探傷車輛，在軌道交通線路中發(fā)揮著重要優(yōu)勢(shì)[2]。超聲波鋼軌探傷車?yán)贸暡ǚ▽?duì)鋼軌進(jìn)行損傷探測(cè)，能夠探測(cè)鋼軌的軌頭以及軌腰范圍內(nèi)的疲勞缺陷，甚至可以探測(cè)出焊接缺陷。此外，還可以檢測(cè)擦傷、軌頭壓潰以及波浪形損耗等。超聲波鋼軌探傷車具備自動(dòng)記錄功能，可以將鋼軌損傷的信號(hào)等進(jìn)行記錄。同時(shí)，還可以通過(guò)分析，確定損傷大小以及在鋼軌內(nèi)的位置，也可以確定損傷所在的線路里程。根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，分析鋼軌損傷的發(fā)展速度以及發(fā)展規(guī)律。超聲波鋼軌探傷車的常用檢測(cè)速度為每小時(shí)30～50km，檢測(cè)的最佳靈敏度可以縮小為直徑3mm 的鉆孔，具備較高的應(yīng)用性。且鋼軌探傷車在行進(jìn)路線上，位置誤差可達(dá)±10cm，軌道不平以及不潔會(huì)影響此車的靈敏度。因此，在檢測(cè)過(guò)程中，若遇冬季，需要配合加熱器使用。在水中添加防凍劑亦可以起到一定程度的優(yōu)化效果，提升檢測(cè)的精準(zhǔn)度。目前，鋼軌探傷車在軌道交通線路中朝以下5 方面發(fā)展：

使用全新的計(jì)算機(jī)處理技術(shù)，得知傷損信號(hào)；

全面保障地面設(shè)備的安全性，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)里程規(guī)劃；

對(duì)超聲波探頭進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)不起落或自動(dòng)起落；

提高超聲波鋼軌探傷車的檢測(cè)速度，降低啟動(dòng)超聲波鋼軌探傷車的費(fèi)用；

探索全新的非接觸式檢測(cè)方法[3]。

2 鋼軌探傷車在軌道交通線路中的應(yīng)用技術(shù)

鋼軌探傷車的主要探傷技術(shù)是通過(guò)超聲波的發(fā)射完成對(duì)于鋼軌疲勞度以及損傷度的分析，我國(guó)目前使用的鋼軌探傷車為最新研發(fā)的1900 型檢測(cè)系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)上，借助了小型鋼軌探傷儀的技術(shù)特點(diǎn)，增加了偏轉(zhuǎn)超過(guò)70o的超聲波探頭，以全面提高對(duì)于軌道探傷能力。軌道探傷車的車輪直徑由6.5 英寸改為9英寸，減少了超聲波輪內(nèi)聲程。我國(guó)目前擁有的鋼軌探傷車達(dá)30 臺(tái)以上，其中40km/h 等級(jí)4 臺(tái)、60km/h等級(jí)22 臺(tái)（含8 臺(tái)60km/h 升級(jí)改造車）；4 臺(tái)采用SYS-1000 系統(tǒng)，17 臺(tái)采用Frontier 系統(tǒng)，5 臺(tái)采用1900 系統(tǒng)。轉(zhuǎn)向架安裝模式探輪結(jié)構(gòu)在英國(guó)地鐵已應(yīng)用多年，為進(jìn)一步提高探傷檢測(cè)速度，2007—2008年，在中國(guó)地鐵對(duì)轉(zhuǎn)向架安裝模式探輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步試驗(yàn)，最高試驗(yàn)速度達(dá)107km/h；2009—2010年，以美貸二期引進(jìn)的首臺(tái)探傷車為平臺(tái)，組織有關(guān)單位合作開(kāi)展基于轉(zhuǎn)向架安裝模式和1900 型檢測(cè)系統(tǒng)的探傷檢測(cè)試驗(yàn)，試驗(yàn)進(jìn)行三輪，并與探傷小車模式進(jìn)行部分對(duì)比，初步驗(yàn)證這種技術(shù)組合具有80km/h 的檢測(cè)能力，為轉(zhuǎn)向架安裝模式結(jié)構(gòu)優(yōu)化奠定了較好基礎(chǔ)[4]。

3 鋼軌探傷車探傷技術(shù)的應(yīng)用

3.1 向上裂紋以及斜裂紋

在鋼軌探傷車的探傷應(yīng)用中，首先分析鋼軌探傷車的技術(shù)特點(diǎn)。鋼軌探傷車遇到向上裂紋，首先前置探頭會(huì)發(fā)現(xiàn)裂紋。通過(guò)波形，明確裂紋出現(xiàn)的原因。借助螺孔波對(duì)于前置探頭進(jìn)行調(diào)節(jié)，使螺孔波呈現(xiàn)不同表現(xiàn)方式，保障裂紋在螺孔的范圍內(nèi)呈現(xiàn)，可以確定裂紋的位置信息[5]。在明確裂紋位置后，進(jìn)行詳細(xì)維修，使其在最大程度上恢復(fù)原樣，保障地鐵安全性。而在螺孔波中，射入波形的方向與裂紋的方向呈現(xiàn)90o。在鋼軌探傷車上，顯示回波以及零刻度之間的距離較遠(yuǎn)，這就說(shuō)明此裂縫的位置處于較深的地方。同時(shí)，裂痕長(zhǎng)度較長(zhǎng)，需要對(duì)探測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，從而有效地得知裂紋出現(xiàn)的具體位置。對(duì)于鋼軌的中間部位進(jìn)行探測(cè)時(shí)，其波形以及斜裂紋具有相似性，需要對(duì)底波進(jìn)行觀察，結(jié)合底波的波形顯示，完成判斷處理工作，必須安排在夜間天窗時(shí)間檢測(cè)，這種情況下，80km/h～100km/h 檢測(cè)速度能夠適應(yīng)地鐵的維修管理模式[6]。因此，未來(lái)鋼軌探傷車速度目標(biāo)值應(yīng)定位在80km/h～100km/h。

3.2 針對(duì)鋼軌其他探傷

針對(duì)鋼軌的其他探傷技術(shù)，根據(jù)鋼軌的水平進(jìn)行探測(cè)，主要可以分析其是否存在水平裂紋隱患。在探測(cè)中，使用零度探頭，探測(cè)儀發(fā)射出的波形經(jīng)過(guò)軌頭、軌腰，最后到達(dá)軌道底部。經(jīng)軌體發(fā)射以及折射產(chǎn)生波形，對(duì)相似波形進(jìn)行分析，判斷在軌道是否存在裂痕，并通過(guò)調(diào)節(jié)探頭，判斷裂痕出現(xiàn)的具體位置，通過(guò)對(duì)探頭移動(dòng)、波形位移等，得知此裂痕的大致長(zhǎng)度，從而采取合理的補(bǔ)救措施。保障地鐵運(yùn)行的安全性以及精準(zhǔn)性，對(duì)鋼軌的頭部進(jìn)行探傷，鋼軌頭部探測(cè)使用70o探頭為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)[7]。在探測(cè)時(shí)，有可能會(huì)受到多方面影響。因此，需要對(duì)探測(cè)范圍進(jìn)行提升。在探傷時(shí)，確保探頭所指方向以及探頭移動(dòng)角度呈現(xiàn)20o夾角，使波形的發(fā)射能夠更加詳細(xì)的顯示在探測(cè)儀上，使裂痕的位置及長(zhǎng)度都能夠有正確的參數(shù)進(jìn)行參考，從而提高探測(cè)的正確性以及合理性。在探測(cè)中，如出現(xiàn)回波，就說(shuō)明有損傷，必須進(jìn)行進(jìn)一步的探測(cè)判斷。在鋼軌探傷中，需要注意各種問(wèn)題。針對(duì)不同的問(wèn)題，需要采取合理措施，減少錯(cuò)誤的發(fā)生概率，提高地鐵維修檢測(cè)的效果，使其質(zhì)量能夠得到有效保障，在探傷過(guò)程中，鋼軌探傷車的波形會(huì)出現(xiàn)多次反射，需要以第1 回波為參考，以其他回波為輔助資料進(jìn)行分析。考慮到儀器會(huì)受周圍環(huán)境的影響，需要對(duì)裂痕的位置進(jìn)行判斷，以避免出現(xiàn)偏差[8]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，質(zhì)量是地鐵正常運(yùn)行的前提，鋼軌探傷具備靈敏度極高的優(yōu)點(diǎn)，在地鐵線路維修檢測(cè)中，具有非常重要的作用。通過(guò)相關(guān)介紹得知，鋼軌探傷技術(shù)的靈活應(yīng)用，使地鐵安全能夠得到全面保障，避免了在后續(xù)運(yùn)行中出現(xiàn)危險(xiǎn)事件。相關(guān)管理人員還可以在鋼軌探傷車輛上，定期對(duì)鋼軌探傷車輛進(jìn)行檢查，結(jié)合鋼軌處理目標(biāo)，使檢測(cè)處于安全精準(zhǔn)的狀態(tài)。在選擇傳感器的過(guò)程中，輪式傳感器對(duì)于線路的適應(yīng)較好。而針對(duì)有縫線路或軌頭形態(tài)不良等情況，分析在檢測(cè)過(guò)程中出現(xiàn)的相關(guān)問(wèn)題，應(yīng)用全新的傳感器，如滑靴式傳感器以及輪式傳感器，使二者結(jié)合，能夠更好地發(fā)揮探測(cè)的優(yōu)勢(shì)。