动态检查及病害处理.ppt

轨道动态检查及病害整治 轨道动态检查是铁路轨道检查病害 指导养护维修 保障行车安全的重要手段 目前 高速线路轨道动态检查以综合检测车 动检车 轨检车 车载仪及便携式添乘仪等检测设备为主 轨检车检查项目及原理 1 检测原理及项目 检测原理 我国GJ 3 GJ 4 GJ 5等形式轨检车的高低和轨向检测项目均采用惯性基准测量方法 检测项目主要包括 轨道几何参数 车体加速度参数 钢轨断面参数等 2 轨道几何参数 轨距 在轨道同一横截面 钢轨顶面以下16mm处 左右两根钢轨之间的最小内侧距相对于标准轨距值1435mm的偏差 高低 指轨道沿钢轨长度方向 在垂向上的凸凹不平顺 轨向 指轨顶内侧面沿长度方向的横向凸凹不平顺 水平 即轨道同一横截面上左右两轨顶面的相对高差 曲线上是指扣除正常超高值的偏差部分 直线上是指扣除一侧钢轨均匀抬高值后的偏差值 三角坑 左右两轨顶面相对于轨道平面的扭曲 用相隔一定距离的两个横截面水平幅值的代数差度量 一定距离 指 车辆的轴距或心盘距 3 各种轨道不平顺的主要影响 4 高低 水平 轨距示意图 5 超高示意图 6 曲率示意图 曲率测量定义为一定弦长的曲线轨道 如30m 对应之园心角 度 30米 度数大 曲率大 半径小 反之 度数小 曲率小 半径大 轨检车通过曲线时 直线亦如此 测量车辆每通过30米后车体方向角的变化值 同时测量车体相对两转向架中心连线转角的变化值 即可计算出轨检车通过30米曲线后的相应圆心角 变化值 7 三角坑示意图 三角坑反映了轨顶的平面性 若轨顶abcd四点不在一个平面上 c点到abd三点组成平面的垂直距离h为扭曲 三角坑使车辆产生三点支撑一点悬空 特别是当列车从圆曲线向缓和曲线运行时 由于超高顺坡不良引起的三角坑 易造成轮重减载 发生脱轨掉道事故 应引起高度重视和重点监控 8 车体加速度示意图 车体振动加速度 垂向 横向加速度 车体振动加速度是一种或多种轨道不平顺引起的车辆综合响应 振动加速度的大小与人的舒适性感觉和行车安全都有密切关系 由于车体振动加速度不能区分是有何种轨道不平顺引起的 并且同一幅值和波长的轨道不平顺 在不同行车速度时引起的车体振动加速度大不相同 因此车体振动加速度不能用确切地定量评定轨道的平顺状态 车体加速度检测的重要性 众所周知 轨道不平顺引起车辆振动 车辆振动又与轨道不平顺的幅值 波长 不平顺种类 不平顺的分布有关 因而车辆振动是对轨道综合质量状态的反映 车辆振动对行车安全具有直接影响 车体垂直振动所产生的附加力时上时下 附加力向下加重轨道负荷 易加剧轨道状态恶化和部件损坏 附加力向上引起车轮减载 易产生脱轨事故 车辆振动对旅客乘座舒适也具有较大影响 车体横向振动会加剧轮轨横向作用力 同时会造成车体蛇行运动 影响车体加速度测量的因素 轨道不平顺引起车体的不良反映 滚动 摇摆 振动等 车体垂向 横向加速度是对高低 水平 轨向 三角坑等不平顺项目的综合反映 轴箱加速度是对轨道短波 波磨 表面擦伤 接头 钢轨剥离等 不平顺项目的综合反映 车体加速度测量还与列车运行速度有着必然的联系 9 复合不平顺管理标准 复合不平顺 复合不平顺是由轨向不平顺和水平不平顺复合而成 复合不平顺是派生项目 当方向不平顺引起的车辆横向力和水平不平顺引起的车辆横向力作用方向一致时 对列车运行安全极为不利 复合不平顺的计算如下 复合不平顺 x 1 5y 式中x 方向不平顺值 y 水平不平顺值 综合检测车 动检车 要确切掌握对高速行车有重要影响的轨道不平顺 轨道检查车等检测设备的性能必须满足高速条件下的要求 对高速铁路轨道平顺状态检测设备的基本要求1 可测波长范围高速行车条件下长波不平顺的影响已变得不可忽视 因此高速轨检车的可测波长必须增大 需要检测的波长可根据客车车主振频率和行车速度确定 高速客车车体主振频率多在1H 左右 300km h时易引起车体谐振 使舒适性恶化的波长约为80m 因此要求把高速铁路轨道不平顺波长的监控管理范围延长到80 100m 2 分辨精度高速行车条件下 幅值微小的轨面短波不平顺能使轮轨间产生很大的冲击力 因此要求测量短波不平顺的分辨精度应不低于0 1mm 对于波长在1m以上的中长波轨道不平顺 分辨精度一般都规定为1m 轨道检查车与综合检测车的检测项目区别轨道检查车检测基本类同 轨道几何参数包括轨道高低 轨向 水平 超高 三角坑 扭曲 等 为弥补复合不平顺的检测 确保行车安全 通过测量客车车体垂向和横向振动加速度监控评价轨道的平顺性 综合检测车 动检车 在此基础上 增加了对长波不平顺 70米波长高低 轨向检测 轮轨作用力 动力学指标 三率 曲率变化率 轨距变化率 横加变化率 等项目的检测 综合检测车轨道几何状态检测 轨距是指两股钢轨轨头顶面下16mm范围内两钢轨作用边之间的最小距离 轨距标准值为1435mm 测量范围为 5 50mm 精度为 0 5mm 分辨率为0 2mm 轨向是指钢轨内侧沿长方向的凹凸不平顺 轨向测量选择两种波长的空间曲线 即 1 5 25m 25 70m 高低是指钢轨顶面沿长方向的垂向凹凸不平顺 高低测量选择两种波长的空间曲线 即 1 5 25m 25 70m 水平和超高都是同一横断面上左右轨顶面相对所在水平面的高度差 但水平不含曲线上按规定设置的超高值及超高顺坡量 水平由超高计算得出 水平和超高测量范围为 225mm 精确度为 1 5mm 分辨率为0 5mm 三角坑 扭曲 是指左右两轨顶面相对轨道平面的扭曲 用相距一定基长水平的代数差表示 三角坑包含缓和曲线超高顺坡造成的扭曲量 三角坑测量范围为 200mm 精确度为 1 5mm 基长2 5m 或 3mm 基长5m和18m 分辨率为0 5mm 复合不平顺是指轨向不平顺值与轨道动态水平值的逆相加权和 其计算式如下 复合不平顺 x ky 式中x 轨向不平顺值 Y 水平不平顺值 K 系数 初期可选为1 5 曲率曲率定义为一定弦长的曲线轨道 取30m 对应的圆心角 度数大 曲率大 半径小 反之 度数小 曲率小 半径大 轨检车通过曲线时 直线亦是如此 测量轨检车每通过30m后车体方向角的变化值 同时测量出车体相对两转向架中心连线转角的变化值 即可计算出轨检车通过30m曲线后的相应圆心角的变化值 即曲率 动力学指标 轮轨作用力 运行的列车与轨道组成一个共同的力学系统 它们紧密地联系在一起 并且相互作用 检测轮轨相互作用力不仅为机车车辆和轨道的维修提供依据 更重要的是判断列车是否有可能脱轨掉道 对保障列车运行安全非常重要 车轮作用于钢轨的垂直力为p 横向力为Q 轨道检查车在运行中连续测量p和Q 根据p和Q测值计算出 脱轨系数 Q p 和 减载率 p P 两个重要参数 当检测的 脱轨系数 和 减载率 值大于规定值时 意味着列车有可能脱轨掉道 危及行车安全 如 2006年10月31日第六次大提速牵引试验中 京广上行线武汉局有7处超过限值 脱轨系数2处 减载率4处 轮轴横向力1处 其中4处减载率超限在提速区段 其现场复查状况如下 k839 315减载率0 81g 速度199 3km h 现场检查在K839 316绝缘接头处2米范围内存在有对股6mm高低病害 K903 209减载率0 81g 速度200 4km h 现场检查在 204米存在暗坑病害 确山站10 岔后长岔枕处西股5块有5mm暗坑 K859 145减载率0 81g 速度199 4km h 现场检查在 157米处2米范围内存在有3mm方向 同时在 155米处存在3mm三角坑病害 每间隔一根枕测量水平为0 1 2 2 3 2mm K939 516减载率0 86g 速度199 1km h 现场检查存在连续小碎弯及3mm三角坑病害 注 该处减载率在分析中因当时不清楚造成原因 现场分析仅考虑几何尺寸超限 分析结果是不正确 2008年部动检车检测中 信阳工务段高速区段检测动力学指标超限计6处 分别是 2月20日上行883 345轮重减载率0 81g 速度206km h 该处超限在驻马店南岔区 主要原因是超标焊道造成 焊道高 2月29日上行820 735轮重减载率0 81g 速度151km h 该处超限在新场南岔区 主要原因是小高低病害造成 3月18日下行853 317轮重减载率0 86g 时速243km h 该处超限在焦庄北岔 主要原因是小高低病害造成 3月30日上行944 784轮轴横向力50 07 时速200km h 该处超限在圆曲线内 主要原因是圆曲线正矢连续差不良造成 5月20日上行838 962轮重减载率0 85g 时速250 1km h 该处超限在西平北岔区 主要原因是小高低及超标焊道造成 8月29日下行1040 054轮重减载率0 84g 时速204km h 该处超限主要是暗坑造成 轨距变化率及横加变化率 轨距变化率是指在一定距离范围内 因顺坡递减不良造成的轨距忽大忽小病害 横加变化率主要是因轨向顺坡率不良引起横向加速度所产生的病害 轨检车资料应用 1 图表的识别 1 轨道状态波形图轨道状态波形图是轨检车提供的重要检测资料之一 能够直观地反映出各主要检测项目超限幅值的大小及病害分布的状况 波形图上方印有即时检测时间 轨检车车号 走纸比例为1 2500 即波形图走纸400mm 相当于地面实际距离1km 或者说 10mm的图幅走行距离相当于地面25m钢轨长度 除轨距项目外 各检测项目波形的 0 位均在通道中心线上 轨距 0 位在该通道中心线下方10mm处 即中线为1445mm 水平正负 顺轨检车正向 左轨高为正 反之为负 高低向上凸出为正 轨向向左凸出 列车前进方向 为正 曲率正负 顺轨检车正向 右拐曲线曲率为正 左拐曲线曲率为负 车体水平加速度 平行车体地板 垂直于轨道方向 顺轨检车正向 向左为正 车体垂向加速度 垂直于车体地板 向上为正 波形识别 直向过岔 波形识别 侧向过岔 波形识别 侧向超限 波形识别 地面标志物 波形识别 地面标志物 波形识别 地面标志物 波形识别 地面标志物 波形识别 曲线 波形识别 岔区超限 波形识别 异常 波形识别 辅助判断 波形识别 阳光干扰 波形识别 设备故障 波形识别 设备故障 波形识别 设备挂物 左 右高低检测项目波形 最大记录幅值为正负25mm 比例为1 1 当检测速度小于15KM H时 无高低波形图输出 左 右轨向检测项目波形 最大记录幅值为正负25mm 比例为1 1 当检测速度小于24KM H时 无轨向检测波形输出 水平 超高 检测项目波形 最大记录幅值为正负150mm 比例为1 6 三角坑检测项目波形 最大记录幅值为正负25mm 比例为1 1 轨距检测项目波形 最大记录幅值为正35mm 负15mm 比例为1 1 2 检测结果报告表轨检车提供 级超限报告表 曲线摘要报告表 公里小结报告表 区段总结报告表 轨道质量指数 TQI 报告表 2 超限病害的查找 利用轨道状态波形图查找根据所查线路检测标准 结合公里小结表 按病害超限 级 级 级的顺序在波形图上相应检测项目通道上标识出来 并确定超限具体里程 轨道动态质量容许偏差管理值 2 利用超限报表查找轨检车可即时提供 级病害超限报表 可直接从报表上查找并确定超限的幅值 具体里程位置 3 振动加速度病害的查找振动加速度是对轨道质量的综合反映 振动加速度出分通常不仅仅是由于某一病害引起 而往往是由几种或多种病害叠加影响而造成的 仅以轨道几何尺寸而言 水平加速度可能由轨向 轨距 水平 三角坑几种因素影响而造成 而垂直加速度可能由高低 水平 三角坑几种因素影响而造成 因此在查找加速度此类病害时 可先在轨道状态图上查找 具体方法是 先找到加速度出分位置 沿着此位置在波形图上横断处上下划一条直线 查看横断直线附近各项目的波形和波幅情况 根据波形图提供的情况确定振动加速度病害的成因 4 复合病害的查找复合病害是指同一地点存在多种病害或相邻地点存在连续几处同一病害 对于此类病害要引起高度重视 特别是在高速区段 建议将此类病害的级别进行升级考虑 即一级病害按二级及以上进行考虑 二级病害按三级及以上进行考虑 查找时 先在波形图上对各项目按检查标准划出一 二 三级病害的门限值线 对于同一地点有2处及以上病害或50米范围内有连续3处同一病害时 即为复合病害并进行升级处理 特别要重视同一地点的水平与轨向逆相位复合病害 5 三类应予重视的轨道不平顺 周期性连续三波及多波的轨道不平顺中 轨向 水平 高低不平顺 2米以内短波不平顺 轨向 水平逆向复合不平顺 以上三类轨道不平顺的共同特点是 连续性的多波不平顺容易引发激振 有导致脱轨系数增大 行车严重不平稳甚至脱线的危险 周期性的连续不平顺引发共振的危险性更大 轨向 水平逆向复合不平顺 有反超高的特征 这类不平顺可能是脱轨事故的主要诱因 轨道病害分析 1 高低 1 高低超限的波长与病害的对应关系众所周知 轨道高低不平顺 简称高低 会增加列车通过时的冲击动力 加速轨道结构和道床的变形 对车辆设备 列车行车安全造成危害 其危害大小与高低的幅值 变化率成正比 与高低波长成反比 对车辆影响较大的高低有三种 第一种 波长在2m以内的高低 其特征幅值小 波长较短 变化率较大 主要表现为严重不良的焊缝 接头错牙 严重的波浪形磨耗 接头 道岔区的短波不平顺 对车轮的作用力较大 第二种 波长在10m 20 左右的高低 现场比较常见 其特征幅值较大 波长较长 能使车体产生沉浮和点头振动 第三种 波长在20m 100m的高低 这种波长易引起车体谐振 使舒适性恶化 2 人工检测高低是采用10m弦进行测量的 而惯性准轨道不平顺检测装置采用惯性基准法来测量轨道高低偏差时 检测出来的高低偏差波长是不定的 因此要求在现场检查时 一定要充分利用轨检车资料 特别是要仔细分析波形图中该病害的波型 认真调查该地段是否有暗坑 空吊板 对各种情况进行综合研究 才能准确地在现场测量出病害的实际超限峰值 路基沉陷 道床捣固不良 扣件不紧 枕木失效 钢轨磨耗 加之存在暗坑 空吊板等原因 也会产生不均匀下沉 而造成轨面高低不平顺 在道岔 路桥及路涵结合部经常会出现下沉或严重空吊板等情况 它是轨道高低出现大病害的主要处所 这些地段在养护维修工作中要给予高度的重视 路基软硬不匀的地段 是高低偏差容易出现的处所 如桥梁 涵渠的两端 路堤 路堑结合处 成段更换钢轨后钢轨接头部位等 道床脏污 排水不良 在雨季翻浆冒泥 也是造成轨面高低不良的原因 可以根据道床脏污情况安排清筛 高接头与低接头是造成轨道短波高低的主要原因 它们会增加机车车辆对轨道的冲击力 对线路的破坏很大 2 轨向 轨向检测项目是评价直线轨道的平直度和曲线轨道的圆顺度 轨向病害过大会使车轮受到横向冲击 引起车辆左右晃动和车体摇摆振动 对列车的平稳度和舒适度产生较大的影响 加速轨道结构和道床的变形 1 轨向不良大多数是由于钢轨存在硬弯 碎弯造成的 2 轨距连续扩大或缩小 顺坡率大于1 高速区段大于0 5 接头支嘴等病害都会造成轨向不良 3 长期使用简易拨道法拨道 只将正矢误差均开 容易造成曲线半径变化 形成轨向不良 4 曲线超高设置与行车速度不适合不仅会造成晃车 而且由于侧压力增大 也容易造成曲线变形 加速钢轨磨耗 从而产生轨向不良 轨向连续误差 必然强制车轮产生蛇形运动 使车体左右晃动 造成车体倾斜 一侧的车轮荷载加大 另一侧的车轮荷载减轻 有脱轨的危险 对行车安全非常不利 轨向不良是造成车体振动加速度 晃车 的主要原因 也是阻碍高速行车的主要病害 3 轨距 1 轨距扩大的主要原因 轨枕连续失效 轨底坡度未调整到位 行车时钢轨外倾 在曲线上钢轨小反 混凝土枕扣件失效 扣板爬上轨底失去固定轨距的作用 另外 用错轨距挡板等人为因素也会造成轨距扩大 钢轨硬弯 接头错口或焊接钢轨时轨头位置没有对正 严重时一端轨距大 一端轨距小 线路一侧有暗坑 没有及时整治 列车长期通过时加大钢轨横向压力 造成了轨距扩大 小半径曲线 轨道加强设备不足 特别是超高设备不当 正矢不良受列车车轮冲向压力时 轨距就容易扩大 小半径曲线外股钢轨侧磨 2 轨距缩小的主要原因 轨顶磨耗 压溃 曲线外股钢轨侧磨严重 在现场通过改道作业使轨道轨头以下16mm处的轨距等于1435mm 但由于轨检车检测时检测点会落在16mm以下的地方 因而造成检测出的轨距数值小 4 水平 水平病害偏差值过大将使车辆产生倾斜和侧滚振动 引起轮轨作用力变化 产生水平偏差主要有以下原因 1 静态 习惯作法 现场作业人员习惯将轨道做成一股高 人为造成水平偏差 2 动态 当列车通过时 两股钢轨下沉量不一致 一股钢轨有空吊板 暗坑现象 3 缓和曲线超高顺坡不良 5 三角坑 三角坑是引起轮轨作用力变化 影响行车平稳性的主要原因 检查三角坑就是检测在相距一定距离的水平相差程度 整治三角坑病害 实质上也就是整治水平不良的延伸 轨道检查车采用的三角坑基长为2 4米 该值接近客车转向架的轮对轴距 同时 采用三角坑基长为2 4米 还可以准确反映道岔养护不良所产生的短波三角坑和其他地段对行车危害极大的短波三角坑 6 车体振动加速度 车体振动加速度 垂直振动加速度 水平振动加速度 偏差值除了与车辆结构有关外 还与列车速度 轨道结构状态 轨道各种不平顺的幅值 波长 分布及变化率等有关 是轨道质量状态的综合反映 影响车体振动加速度主要有以下原因 1 轨道几何状态不良 如高低不平顺 轨面波浪磨耗等 接头综合状态不良 如错牙 大轨缝 掉块 鞍磨 焊接接头高低等 道床弹性不良 如板结 翻浆 线桥 线道 线隧 新老路基结合部等 及多种病害叠加对垂直振动加速度偏差值影响较大 2 曲线 道岔区连续小方向 硬弯 轨距递增不良 钢轨直线区段交替不均匀磨耗 逆向复合不平顺 如水平 轨向 曲线超高设置与即时速度不匹配 如欠超高 过超高 及多种病害叠加等对水平振动加速度偏差值影响较大 车载及便携式晃车仪检查 以前 对铁路线路动态检测监控的手段 主要依赖于轨道动态检查车 辅助于智能添乘仪及人工添乘等方式 轨道动态检查车检查项目齐全 精确度高 但由于线路长 检查次数有限 无法真正体现动态监控指导线路维修养护的作用 又因受车型 仪器设置及人为因素等方面的影响 使用智能添乘仪及人工添乘存在着许多的不足 为此 线路动态检查引进了山西世恒科技开发公司研制的GC III型车载轨道动态监测装置 1 车载及便携式轨道动态监测装置工作原理 车载式轨道动态监测装置 由监测单元 转储器和处理分析软件三部分组成 监测单元是安装在机车上 对轨道状态进行动态检查监测的安全设备 硬件规格及软件通信协议符合TAX2的要求 作为TAX2的一个组成部分 在机车运行过程中 通过固定机车车体上的加速度传感器 采集车体垂向 横向振动加速度值 经分析处理后得出车体晃动等级 其作用可以量化反映轨道线路的平顺状态 同时共享利用机车监控装置的线路坐标定位信息和运行速度信息 在无人干预下综合生成反映线路平顺状态的轨道数据 当数据超过设定的门限值时 会自动语音报警 通过数据转储器把线路数据转储到地面微机 由地面数据处理软件 按照线路安全管理和维修保养业务的要求 对数据进行处理生成6种报告 含图表 即线路I II III级偏差 公里小结 较差线路段 保养预选段 全段总结及全程 级偏差等报告 轨道检查车是对轨道几何尺寸的直接测量 所采用的检测手段精度高 轨道检查车检测项目较为全面 垂直加速度和水平加速度只是其中一项 且在现场复核时也难以确认 而便携式添乘仪目前只能检测垂直加速度和水平加速度 要靠这两项指标全面反映轨道状态 难度较大 便携式添乘仪受机车状况影响较大 所测水平加速度和垂直加速度值均受到机车减震的影响 同时对加速度不大但横向移动幅值较大的病害不能测定 2 车载及便携式轨道动态监测装置与轨道检查车所检超限处所不一致的原因 3 查找病害分布规律 级病害分布基本规律 其垂直加速度 现场大部分为复合型病害 高低 空吊 水平 三角坑 静态值一般超过临时补修标准部分病害在保养标准和临时补修标准之间 而水平加速度 现场大部分为复合型病害 水平 轨向 轨距 轨距变化率 三角坑 静态值一般多在保养和临时补修标准之间 部分病害超过临时补修标准 级病害分布基本规律 其垂直加速度 现场大部分为高低 空吊单项病害 部分为水平或三角坑单 项病害 静态值一般都超过保养标准 部分为复合型病害 其静态值一般在保养和临时补修标准之间 而水平加速度 现场病害一般为水平和三角坑同时出现 静态值一般在保养和临时补修标准之间 部分为轨距和轨向病害 其静态值在保养标准以上 现场核实发现 部分动态监测病害处所达到 级时 而现场静态检查核实时 却没有查出几何尺寸超限 但可以看到连续的小碎弯 小高低 空吊现象 反映出线路整体状态不良 4 晃车的整治办法 现场静态检查时 不仅要检查轨面几何尺寸 还要检查结构病害 如不均匀磨耗 不良焊头 硬弯 冒泥 失效轨枕 扣件状态 不仅要检查明的 还要检查暗的 空吊 暗坑 不仅要查一处 核一处 还要核查一下同一处是否有多种病害同时存在 尤其是轨向 水平的逆向位复合不平顺 同时还要核查前 后撬之间病害的组合情况 如50m范围内的连续小方向 小高低 水平 轨距的变化率 曲线要加密检查 最好5m一点 圆曲线任意点检查 查看缓和曲线正矢差 圆曲线正矢差 直缓点 缓圆点有无鹅头 直线段轨向