客运专线轨道检测及维修技术的分析探讨

收稿日期:20040921作者简介:储孝巍(1970—),男,高级工程师,1992年毕业于长沙铁道学院铁道工程专业,工学学士。

客运专线轨道检测及维修技术的分析探讨储孝巍(北京交通大学,北京　100044)摘　要:主要介绍轨道检测及维修技术在保持客运专线轨道平顺状态中的重要性、国内现有轨检技术的优缺点及发展趋势、轨道维修的内容及方法等。

关键词:客运专线;轨检车;轨道检测;维修;大型养路机械中图分类号:U27313 文献标识码:B 文章编号:10042954(2005)02002903Analysis of T rack Detection and Maintenance T echnology for P as 2senger Dedicated R ail w ay Chu XiaoweiAbstract An introduction is given to the importance of track de 2tection and maintenance technology in keeping the evenness of tracks ,advantages and disadvantages of current track detection technology in China and development trend ,and scope and method of detection.K eyw ords passenger dedicated railway ;track detection car ;track detection ;maintenance ;large track maintenance equipment Author ’s address Beijing Jiaotong University ,Beijing 1000441　概述国内外研究成果及经验表明,在机车车辆性能、线路平纵断面、通讯信号等满足要求的条件下,轨道平顺状态的好坏是列车速度能否提高的制约因素,也就是说,只有保持良好的轨道平顺状态,才有可能较大幅度地提高列车运行速度。

要保持良好的轨道平顺状态,必须考虑3个方面的因素:一是采用高标准的线路、轨道、土工、桥隧等设计标准;二是采用新的施工工艺和技术措施,如:分层压实路基,完工后的基床表面不得有任何缺陷;一次铺成无缝线路,不用短轨过渡;钢轨铺设后用打磨列车打磨钢轨表面,消除钢轨焊接接头初始短波不平顺以及钢轨表面由于施工中造成的钢轨表面微小缺陷和钢轨的原始表面微小裂纹……;三是建立科学的轨道养护维修体制,制定严格的轨道不平顺管理标准,保障列车安全、快速、舒适地运行。

很显然,前2项措施是与设计、施工有关的,在客运专线建设之前、之中设计院、工程局就应充分考虑;而第三项措施则与铁路工务部门有直接关系,其担负着客运专线在长期运营过程中保持轨道平顺状态的艰巨任务。

因此,在快速客运专线大量建设、运营的时期,如何采用科学的管理手段和方法来保持轨道的平顺状态是铁路工务部门面对的一个新课题和挑战。

轨道养护维修体制包括养护维修、检测方法和手段、维修基地和检测基地的设置及天窗设置等内容,而轨道不平顺管理标准则分为若干等级,包括:作业验收目标值、舒适度目标值、预防性计划维修管理值、紧急补修管理值、慢行管理值等,目的在于对轨道不平顺在不同阶段、不同层次上进行控制,保证行车的安全性、舒适性。

由此可见,轨道管理与控制涉及的内容很多,但最终的表现形式是:采用检测手段定期对轨道实际状态进行检测,然后用各级轨道不平顺管理标准进行评估,对超限地段制定维修计划,用各种维修机具对轨道进行维修,再检测,再维修,直到满足标准为止。

这个过程中,有效的检测手段、高效的维修机具对修理、维护轨道,保持其平顺性具有重要的作用。

2　轨道检测技术211　国内大型轨检车评述在各国铁路上(包括我国),大型轨检车一直是检查轨道几何状态、指导线路养护维修、保障行车安全的重要手段。

在我国,最早采用弦测法来检测高低、轨向,后来则采用先进的惯性基准法。

在我国轨检车发展历史上,曾有两次较大的技术飞跃。

一是20世纪80年代初期研制的3型轨检车,其特点是将先进的传感器技术、计算机技术和惯性基准原理应用到轨检车上,可以检测高低、水平、三角坑、车体垂直和水平振动加速度,轨距、轨向则无法检测。

计算机直接采集超限等级和数量计算扣分,其作用未得到充分发挥;笔式绘图仪记录不平顺波形;仪器电路采用分离元件,稳定性差,元器件类型、接口也不尽相同,造成了备件选择和维修上的困难,目前全路3型轨检车已经逐步淘汰或升级。

二是我国在成功引进、消化吸收美国ENSC0公司T 10轨检车先进技术的基础上,于1997年研制成功了4型轨检车,目前已在国内推广使用。

4型轨检车代表了国内轨检车的最新技术,其技术特点可以概括如下。

(1)采用惯性基准检测原理,符合轨检车发展趋势。

惯性基准检测原理可以检测出实际的轨道不平顺,可以根据需要换算为各种弦长下的结果,便于与静・线路/路基・态检测结果相比较。

(2)采用轨距吊梁的机械结构形式,传感器安装位置比较集中,方便维修、检查。

(3)用工控微机代替小型机,具有价格较低、维修方便等优点。

(4)测量项目多,精度比3型轨检车提高。

4型轨检车可以测量高低、水平、轨距、三角坑、轨向、曲线超高、曲线半径等轨道几何参数,车体垂直加速度和水平加速度、轴箱振动加速度等振动参量,速度里程及地面标志等便于查找线路病害的位置,其精度满足了线路养护的需要。

(5)在检测系统硬件、软件和传感器等方面基本实现了国产化。

4型轨检车在全国铁路干线常规检查、5次提速试验中均发挥了重要的保障作用,但随着提速形势的发展,4型轨检车也出现了以下问题。

(1)轨距吊梁的安全问题。

因为轨距吊梁悬挂在轴箱上,受到的冲击和振动很大,工作环境恶劣,加上国内材料和工艺技术水平的制约,吊梁容易出现裂纹和断裂等问题。

1999年和2000年,有几个铁路局的轨检车都出现了吊梁螺栓断裂、吊梁纵梁及横梁断裂问题。

(2)吊梁上的设备故障率高。

东北寒冷地区雨雪结冰、西北地区风沙导致的伺服机构移动失常问题难以避免,伺服电机和吊梁上传感器的故障率远远大于安装在其他部位的传感器。

(3)吊梁在检测速度比较高时出现周期性振荡导致检测失真。

当三大干线检查中检测速度为140km/h以上及陇海、兰新线为115km/h以上时,轨距、轨向波形都出现典型的谐波波形,无法进行正常的检测。

(4)随着电气化铁路的日益增多,采集系统抗干扰问题更加突出。

在郑武线提速试验、三大干线例行检查中都出现过由于接触网与受电弓之间产生电火花而导致的检测系统死机问题。

实践证明,3、4型轨检车存在的问题还比较多,尤其是在提速线路上使用,距离期望和实际要求还有较大的距离。

第6次提速速度目标值为200km/h,新建客运专线的速度不低于200km/h,有的甚至达到300 km/h,而3、4型轨检车检测速度均在160km/h以下,显然国内现有的轨检技术不能适应进一步提速和客运专线建设的需要,所以,应不断跟踪世界上先进的轨检技术,引进、研制新一代高速轨检车。

212　高速轨检车发展趋势为了适应时速200km及以上客运专线的轨道检测需要,综合分析各国轨检车现状可知,下列检测技术是我国高速轨检车发展方向。

(1)综合检测技术。

将轨道几何状态、轮轨作用力、接触网、通信信号、环境监视等检测系统集成在一列检测列车上,实现信息同步、共享、补偿,消除不同专业单独检测对正常行车秩序的干扰;同时,可以减少检测仪器重迭、检测信息不共享、无法同步综合评价,因而工作效率低的缺点。

(2)图形、图像实时采集处理技术。

国外已采用激光光源、高速CCD的摄像技术进行高低、轨向、轨距、钢轨垂直磨耗、侧面磨耗、波浪磨耗等项目的测量。

(3)光电检测技术。

光电检测技术已成为高速轨检车的重要组成部分。

目前,光电检测技术已在轨距的测量中应用,将来还可以用在位移、速度、角度及角速度等参数的测量中。

(4)长波长及短波长不平顺检测技术。

在高速铁路中,长波长不平顺直接影响旅客乘车舒适度;短波长不平顺对车轮、钢轨产生巨大的冲击荷载,影响机车车辆、轨道部件的使用寿命。

应对二者加强检测。

(5)里程精确定位技术。

当检测车的速度高达200km/h及以上时,应采用车上及轨道间的应答技术、全球定位系统(GPS)等来精确定位检测数据的里程位置。

(6)地理信息系统(GIS)技术。

将检测数据与电子地图、线路设备数据库、维修计划决策等集成到一个系统,对线路进行科学化的维护和管理。

(7)检测数据及时传输技术。

采用现代通讯技术、无线网络技术将检测结果及时地传送到地面调度中心或工务部门。

3　客运专线的工务养护维修技术311　养护维修的内容综合考虑国外高速铁路的经验和国内的实际情况,客运专线应采用以下线路维修技术:以轨检车检测数据为依据,以大型养路机械为主、小型养路机械为辅,利用“维修天窗”进行线路设备检查、维修和保养,并严格执行检查验收制度。

客运专线的维修工作主要分为综合维修、经常保养和临时补修。

综合维修是根据客运专线线路变化规律和特点,采用大型养路机械联合作业,对线路进行全面起道、捣固和稳定等综合性修理;经常保养是根据线路设备变化情况和季节特点,在全年度和线路全长范围内对线路设备进行专项修理,以保持线路质量经常处于均衡状态;临时补修是及时整修超过临时补修容许偏差管理值及其他不良处所的临时性修理,以保证行车按规定速度平稳、安全地运行。

线路设备检查和各种线路作业必须利用固定的“维修天窗”时间进行。

大型养路机械综合维修作业应・线路/路基・储孝巍—客运专线轨道检测及维修技术的分析探讨有3h以上的“维修天窗”时间;设备静态检查应在日间的1h以上的“检查天窗”时间内进行,以确保检查数据准确无误;建立信息网络系统,把下载的轨检车结果及维修指令传达到实施作业部门,并跟踪作业情况;同时,建立轨道质量信息数据库,分析线路质量状况,指导维修保养工作。

312　养护维修的方法综合维修的主要作业手段是采用起拨道捣固车、动力稳定车、配碴整形车等大型养路机械联合作业。

目前,国内大量使用的是起拨道捣固车、动力稳定车,而配碴整形车很少使用,这样一来,大机作业完成后,需要大量的人工回填、整平道碴,降低了作业效率。

为了发挥大机作业的功效,大机作业机具应配套使用,如组成大机作业机组:配碴整型车、捣固车、配碴整型车、动力稳定车。

另外,采用综合作业机械也是一个行之有效的办法,综合作业机械系指将两种或多种功能作业装置安装在一起,一次能完成多种作业的机械。

如:Plasser &Theurer公司生产的09Dynamic线路维修车。