第頁(yè)1國(guó)內(nèi)外高速鐵路軌道檢測(cè)技術(shù)發(fā)展歷程1.1國(guó)內(nèi)軌道檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展及背景伴隨著中國(guó)鐵路運(yùn)行里程和我國(guó)的人口數(shù)量,在鐵路軌道養(yǎng)護(hù)服務(wù)能力和技術(shù)水平方面提出更高的要求。為了滿足對(duì)高速列車的運(yùn)行以及旅客安全和舒適的需求,鐵路工務(wù)部門正在逐步提高對(duì)鐵路軌道服務(wù)質(zhì)量的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求,對(duì)于鐵路軌道的日常維修技術(shù)水平也將會(huì)提出更大的挑戰(zhàn)。歐洲、美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家利用各種先進(jìn)的鋼軌測(cè)量工具技術(shù),研制出了大批鋼軌自動(dòng)化檢測(cè)裝置,在實(shí)際工作中起到了重要的作用。這也推動(dòng)了我國(guó)在軌道檢測(cè)方向的發(fā)展，已經(jīng)有許多單位都研制出了一種比較好的適合我們國(guó)情的鐵路安全檢測(cè)裝置,但由于生產(chǎn)成本的問(wèn)題,推廣的速度變得極其緩慢，這已然成為了一個(gè)大問(wèn)題。隨著“大提速”下軌道質(zhì)量要求的不斷提高，最早的人工靜態(tài)測(cè)量速度慢、操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大等弊端逐漸顯現(xiàn)，已不能適應(yīng)高速鐵路建設(shè)和維護(hù)的要求。在保證列車運(yùn)行安全、線路運(yùn)行率和旅客舒適度的前提下，進(jìn)一步提高和優(yōu)化軌道狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)能力和性能是十分必要的。高精度軌道檢測(cè)系統(tǒng)的研發(fā)，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)和同步測(cè)量軌道幾何參數(shù)，監(jiān)測(cè)軌道狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)軌距、高度、軌道方向、曲率、三角坑、磨耗等的實(shí)時(shí)測(cè)量，為軌道維護(hù)、維護(hù)和管理提供保障，掌握軌道現(xiàn)狀及變化趨勢(shì)，指導(dǎo)工務(wù)部門檢修人員進(jìn)行有針對(duì)性的維護(hù)，從而節(jié)約鐵路日常運(yùn)營(yíng)成本，提高了工務(wù)部門的工作效率，這也在一定程度上幫助我們實(shí)時(shí)了解線路設(shè)備狀態(tài)，以應(yīng)對(duì)一些突發(fā)事件，這也在一方面提高了鐵路運(yùn)營(yíng)的安全可靠性。自20世紀(jì)末以來(lái)，我國(guó)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期不斷的探索研究，成功研制出了GJ-3、GJ-4、GJ-5和GJ6這四種類型的軌道檢測(cè)技術(shù)。如表1-1我國(guó)鐵路運(yùn)輸中軌道檢測(cè)系統(tǒng)所示。這也代表了我國(guó)在鐵路運(yùn)輸中軌道檢測(cè)技術(shù)方面取得了優(yōu)越的進(jìn)步。這也說(shuō)明了，我國(guó)已逐漸形成了具有中國(guó)特色的鐵路運(yùn)輸日常軌道檢測(cè)體系。（1）GJ-3型軌道探測(cè)系統(tǒng)。自1980年開(kāi)始，我國(guó)成功研制出GJ-3型軌道探測(cè)系統(tǒng)，它采用了當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)與慣性法相結(jié)合，第一次在實(shí)際操作中實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)車身高低、水平、三角坑、垂直和水平加速度的實(shí)時(shí)檢測(cè)，并通過(guò)觀察數(shù)字波形、檢測(cè)值來(lái)實(shí)時(shí)獲悉軌道數(shù)據(jù)，成功實(shí)現(xiàn)了我國(guó)首次鐵路運(yùn)輸上的計(jì)算機(jī)檢測(cè)，它標(biāo)志著長(zhǎng)期以來(lái)的人工檢測(cè)方式將逐步退出世界舞臺(tái)。（2）GJ-4軌道探測(cè)系統(tǒng)。從1990年開(kāi)始，為了解決上一代軌道檢測(cè)系統(tǒng)穩(wěn)定性差這一不足之處，提高軌道檢測(cè)系統(tǒng)的可靠性，我國(guó)采用了新一代的自動(dòng)控制原理技術(shù)、數(shù)字濾波技術(shù)、激光攝影技術(shù)，在上一代軌道檢測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，研究小組還增加了，例如軌道間距是否在允許偏差內(nèi)、軌道接頭平整度及內(nèi)測(cè)錯(cuò)差、軌面前后高低等創(chuàng)新型檢測(cè)項(xiàng)目。新一代的軌道檢測(cè)技術(shù)引領(lǐng)我國(guó)的軌道檢測(cè)技術(shù)從人工操作走向了智能，而這也將成為日后我國(guó)的主要檢測(cè)方式。就目前而言，新一代的軌道檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用到我國(guó)的各大城市并得到了工務(wù)部門的充分肯定。（4）為了在上一代的軌道檢測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上提高系統(tǒng)的安全可靠性、穩(wěn)定性、高效率性，我國(guó)將新一代的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感器技術(shù)以及衛(wèi)星定位技術(shù)成功應(yīng)用于新一代的軌道檢測(cè)系統(tǒng)。在2000年初期，GJ-5型軌道檢測(cè)系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)研究小組的不斷攻堅(jiān)下成功研制出。這一系統(tǒng)的成功研制，也將這一系統(tǒng)推向了市場(chǎng)，目前以成為我國(guó)的主要檢測(cè)設(shè)備。相較于上一代的檢測(cè)技術(shù)，此次檢測(cè)技術(shù)成功將檢測(cè)梁從軸箱移動(dòng)到了車架上，這在一方面提高了檢測(cè)性的安全性，同時(shí)也滿足了檢測(cè)系統(tǒng)的高速檢測(cè)要求。（4）新型高速軌道探測(cè)系統(tǒng)。目前我國(guó)的鐵路軌道檢測(cè)系統(tǒng)最高只能檢測(cè)200km/h，而我國(guó)的高鐵運(yùn)行速度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了200km/h這一速度，現(xiàn)階段的軌道檢測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)無(wú)法滿足我國(guó)高速鐵路的檢測(cè)要求。這就需要我國(guó)的軌道檢測(cè)技術(shù)具有更快的檢測(cè)速度、更高的檢測(cè)效率、更精確的檢測(cè)數(shù)值。最新一代的GJ-6型檢測(cè)系統(tǒng)仍需要做出不斷的改進(jìn)，我國(guó)的軌道檢測(cè)設(shè)備也應(yīng)該向著高速、高效、高精度方向繼續(xù)探索研究，實(shí)現(xiàn)真正意義上的同步動(dòng)態(tài)檢測(cè)。表1-1我國(guó)鐵路運(yùn)輸中軌道檢測(cè)系統(tǒng)時(shí)間檢測(cè)系統(tǒng)主要應(yīng)用技術(shù)優(yōu)點(diǎn)20世紀(jì)80年代GJ-3軌道探測(cè)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)和慣性基準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)結(jié)束人工識(shí)別超限，開(kāi)始計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別20世紀(jì)90年代GJ-4軌道探測(cè)系統(tǒng)激光、數(shù)字濾波技術(shù)提高設(shè)備可靠性、穩(wěn)定性21世紀(jì)初GJ-5軌道探測(cè)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)技術(shù)、慣性傳感器技術(shù)、衛(wèi)星定位技術(shù)等提高了檢測(cè)的安全性并實(shí)現(xiàn)了高速檢測(cè)現(xiàn)如今新型高速軌道探測(cè)系統(tǒng)無(wú)線傳輸技術(shù)檢測(cè)更加全面，提高了檢測(cè)速度、精準(zhǔn)度由上表不難看出，伴隨著每一次的科技進(jìn)步，我國(guó)的軌道檢測(cè)系統(tǒng)也在不斷地更新?lián)Q代。未來(lái)我國(guó)的軌道檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)該緊隨著時(shí)代的腳步，甚至引領(lǐng)全世界的軌道檢測(cè)技術(shù)。我們也不應(yīng)該單單只為滿足高速鐵路發(fā)展的需求，更應(yīng)該走在鐵路發(fā)展的前方。1.2國(guó)外軌道檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展國(guó)外部分國(guó)家較我國(guó)鐵路發(fā)展是你更加得早，一些國(guó)家利用新技術(shù)研究出了一系列位居世界切的檢測(cè)技術(shù)。國(guó)外軌道檢測(cè)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀見(jiàn)圖1-1。圖1-1國(guó)外軌道檢測(cè)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀其中弦測(cè)法一般檢測(cè)項(xiàng)目為加速度、輪軌力、軌道幾何，傳感器通常位于車體。而慣性法一般檢測(cè)項(xiàng)目為加速度、軌道幾何、波浪磨耗、鋼軌斷面，傳感器通常位于轉(zhuǎn)向架。從圖1-1可以看出，在鐵路發(fā)展時(shí)間更加長(zhǎng)久的國(guó)家，在檢測(cè)方法和技術(shù)上比我國(guó)都具有一定的優(yōu)勢(shì)，其對(duì)軌道和列車的檢測(cè)更加仔細(xì)。采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無(wú)線傳輸技術(shù)、衛(wèi)星定位技術(shù)、數(shù)字可視化技術(shù)，軌道檢測(cè)技術(shù)也變得更加完善。通過(guò)與時(shí)俱進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)，鐵路運(yùn)輸方面、工務(wù)檢修檢測(cè)方面也將進(jìn)行更加新穎、更加便捷的鐵路檢測(cè)管理。1.3國(guó)內(nèi)外軌道檢查車概況軌道檢測(cè)車是用來(lái)檢測(cè)軌道幾何狀態(tài)和不平順，從而評(píng)價(jià)軌道幾何狀態(tài)的專用車輛。它是保證行車安全性、穩(wěn)定性和舒適性，指導(dǎo)軌道養(yǎng)護(hù)的重要工具。根據(jù)軌道檢查車的記錄，找出軌道平順性差的地方，以便采取搶修或限速措施，確定計(jì)劃維修的里程區(qū)段，制定維修計(jì)劃。就目前而言，我國(guó)軌道檢測(cè)技術(shù)一般利用慣性法原理，采用檢測(cè)波束結(jié)構(gòu)、激光相機(jī)、慣性補(bǔ)償技術(shù)、數(shù)字同步技術(shù)以及數(shù)字圖像處理等技術(shù)對(duì)軌道的波紋度、輪軌力等方面進(jìn)行檢測(cè)。為了快速適應(yīng)高速鐵路的發(fā)展，我國(guó)軌道檢測(cè)系統(tǒng)還需進(jìn)行一些關(guān)鍵性檢測(cè)問(wèn)題的進(jìn)一步探索。本次畢設(shè)將通過(guò)弦測(cè)法原理，對(duì)軌道不平順進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，從而根據(jù)計(jì)算值得出軌道的平順值，用以判斷軌道的實(shí)時(shí)狀況。目前激光相機(jī)技術(shù)已經(jīng)成為鐵路運(yùn)輸中軌道檢測(cè)技術(shù)的一個(gè)主要手段。通過(guò)激光相機(jī)技術(shù)可以準(zhǔn)確的對(duì)機(jī)車車輛行車中的軌道幾何參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并通過(guò)計(jì)算機(jī)的檢測(cè)計(jì)算，了解軌道的狀況。目前日本、美國(guó)、德國(guó)、奧地利、法國(guó)、意大利、韓國(guó)等國(guó)家的軌道檢測(cè)系統(tǒng)處于世界領(lǐng)先地位，如east-i、imagemap、ensco、omwe、Plasser公司生產(chǎn)的em-250系統(tǒng)。作為發(fā)國(guó)家的日本，其軌道檢測(cè)行業(yè)更是處于世界領(lǐng)先。“東一號(hào)”綜合檢查列車由六輛軌道檢查車組合而成，它的軌道最高檢查速度與其列車最快的星速度相同，可達(dá)275km/h，真正意義上實(shí)現(xiàn)了同步協(xié)調(diào)檢測(cè)。它與大多數(shù)軌道檢查車一樣，通過(guò)檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)軌道幾何狀態(tài)，同時(shí)它還具備了一次作業(yè)完成對(duì)機(jī)車車輛的全部檢測(cè)。身為世界強(qiáng)國(guó)的美國(guó)，其TGMS檢測(cè)系統(tǒng)在檢測(cè)速度方面完全領(lǐng)先多數(shù)國(guó)家，最高速度可達(dá)350km/h，雖然這只是其實(shí)驗(yàn)測(cè)試的速度，但也可見(jiàn)其優(yōu)越性。它采用了激光相機(jī)技術(shù)、差分測(cè)量技術(shù)等高新技術(shù)，從而得出軌道幾何參數(shù)，進(jìn)而得出軌道的實(shí)際狀態(tài)。奧地利的Em-250型軌道檢查車采用了慣性基準(zhǔn)原理技術(shù)、數(shù)字圖像處理技術(shù)，通過(guò)光信息轉(zhuǎn)換成電信息的技術(shù)，對(duì)軌道的幾何狀況進(jìn)行測(cè)量并形成可視圖像。相較于日本的檢測(cè)速度，其檢測(cè)速度有所降低。德國(guó)的軌道檢測(cè)系統(tǒng)采用PSD技術(shù)，其最高檢測(cè)速度可達(dá)300km/h，其鐵路上的軌道檢查車通過(guò)測(cè)量各種位移并結(jié)合軌道檢查車上的多個(gè)傳感器，計(jì)算出其位置變化，并通過(guò)構(gòu)件空間坐標(biāo)得出軌道幾何狀況。意大利的阿基米德綜合檢測(cè)列車是專門根據(jù)其本國(guó)鐵路運(yùn)輸情況所設(shè)計(jì)的，具有檢測(cè)軌道幾何參數(shù)、鋼軌斷面、波紋度、車體和軸箱加速度、輪軌力等119個(gè)不同參數(shù)的能力，通過(guò)兩種測(cè)量方式，完美實(shí)現(xiàn)了軌道幾何狀態(tài)的檢測(cè)。MGV是一種具有定期檢測(cè)功能的軌道檢查車，它根據(jù)法國(guó)的實(shí)際使用需求，對(duì)軌道的幾何狀態(tài)、軌面情況進(jìn)行相關(guān)測(cè)量，其軌道檢測(cè)速度可超過(guò)300km/h。目前世界上多利用弦測(cè)量法和慣性基準(zhǔn)法這兩種軌道檢測(cè)方法進(jìn)行鐵路運(yùn)輸方面的軌道檢測(cè)。絕大數(shù)國(guó)家通過(guò)采用數(shù)字濾波技術(shù)、激光相機(jī)技術(shù)、非接觸式技術(shù)、無(wú)線傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路運(yùn)輸?shù)能壍罊z測(cè)。由于我國(guó)的鐵路運(yùn)輸行業(yè)相比較于絕大多數(shù)國(guó)家發(fā)展較為落后，但隨著我國(guó)的經(jīng)濟(jì)實(shí)力、科技實(shí)力的不斷提高，我國(guó)的鐵路運(yùn)輸業(yè)已經(jīng)處于世界領(lǐng)先，同時(shí)我國(guó)的軌道檢測(cè)技術(shù)和相應(yīng)的軌道檢測(cè)系統(tǒng)也在不斷地發(fā)展，甚至在有些方面已經(jīng)領(lǐng)先他國(guó)。從一開(kāi)始我國(guó)的鐵路軌道檢查車?yán)脵C(jī)傳動(dòng)已經(jīng)被電驅(qū)動(dòng)所取代，軌道檢測(cè)系統(tǒng)也從最初的GJ-3逐步升級(jí)成GJ-6軌道檢測(cè)系統(tǒng)。我國(guó)最新一代的軌道檢測(cè)系統(tǒng)GJ-6型，其檢測(cè)速度已經(jīng)成為了世界第一速度。它通過(guò)數(shù)字圖像處理技術(shù)可以實(shí)時(shí)獲悉列車運(yùn)行途中軌道的健康狀況，相較于前幾代的軌道檢測(cè)系統(tǒng)，它的檢測(cè)速度更快、數(shù)據(jù)回饋更準(zhǔn)確、更快速。我國(guó)的軌道檢測(cè)設(shè)備與其他國(guó)家有所不同，他國(guó)更傾向于適應(yīng)本國(guó)鐵路運(yùn)輸中得到檢測(cè)，而我國(guó)的軌道檢測(cè)設(shè)備完全可以適應(yīng)各種類型的軌道檢測(cè)，這也體現(xiàn)了我國(guó)鐵路運(yùn)輸行業(yè)向著各方面全面發(fā)展的目標(biāo)。眾所周知，軌道不平順可分為短、中、長(zhǎng)這三種軌道不平順，而我國(guó)早對(duì)長(zhǎng)波軌道不平順有著領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。在新時(shí)代的高速發(fā)展的背景下，我國(guó)的鐵路運(yùn)輸業(yè)也將向著更加繁榮的方向發(fā)展。面對(duì)日益積累的發(fā)展問(wèn)題，未來(lái)的軌道檢測(cè)技術(shù)將更加全面、更加智能、更加完善。同時(shí)鐵路運(yùn)輸?shù)墓?wù)部門也將協(xié)調(diào)發(fā)展其管理技術(shù)，使得我國(guó)的軌道檢測(cè)技術(shù)更高一層樓。這是我國(guó)鐵路人，也是全世界鐵路人的共同理想。1.4本章小結(jié)在新世紀(jì)大力發(fā)展民生的背景下，有關(guān)百姓日常出行的交通行業(yè)也進(jìn)入了高速度發(fā)展。高速鐵路作為我國(guó)的主要交通運(yùn)輸方式，其各方面鐵路技術(shù)也已經(jīng)位居世界前列。作為一個(gè)人口大國(guó)，交通運(yùn)輸業(yè)在國(guó)家發(fā)展占據(jù)著重要地位。為了保障高速鐵路穩(wěn)定健康地高速發(fā)展，我國(guó)的軌道檢測(cè)技術(shù)也經(jīng)歷了跨時(shí)代的技術(shù)發(fā)展，從人工依靠傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)檢測(cè)邁向了自動(dòng)化機(jī)器檢測(cè)，剛開(kāi)始的靜態(tài)檢測(cè)也向著先進(jìn)的動(dòng)態(tài)檢測(cè)過(guò)度。從GJ-3型軌道檢測(cè)系統(tǒng)到最新的GJ-6型軌道檢測(cè)系統(tǒng)，我國(guó)高速鐵路運(yùn)輸變得更加舒適、更加可靠、更加穩(wěn)定、更加安全。2軌道檢測(cè)方法自1997年起的十一年里，我國(guó)的京津城際客運(yùn)專線順利建成并成功運(yùn)營(yíng)，這向世界宣布了我國(guó)的鐵路運(yùn)輸業(yè)走向了世界舞臺(tái)，并一舉位列世界前茅。這體現(xiàn)了我國(guó)的高速鐵路設(shè)備從早期的人工化走向了自動(dòng)化，這是一個(gè)質(zhì)的飛躍，它也標(biāo)志著我國(guó)的鐵路運(yùn)輸行業(yè)更加得繁榮，高速鐵路運(yùn)輸也變得更加穩(wěn)定、更加安全、更加高速。眾所周知，鐵路運(yùn)輸過(guò)程中，難免遇到一些極端天氣以及日常的風(fēng)吹日曬、雨雪交融，極大程度上考驗(yàn)了鐵路的線路設(shè)備，這種鐵路運(yùn)輸中最基礎(chǔ)，也是最根本的機(jī)器。而在長(zhǎng)期的鐵路運(yùn)輸中，這些設(shè)備又經(jīng)歷了列車運(yùn)行的無(wú)數(shù)次鞭撻。這也使得軌道上的一些鐵路配件，如鐵路道釘、軌撐、扣件、彈條、壓軌器以及道床、軌枕、鋼軌、防爬設(shè)備、道岔的形變、磨損和松動(dòng)。這也極其考驗(yàn)我們工務(wù)部門的一些基礎(chǔ)檢測(cè)工作。也正是因?yàn)檫@些日常繁瑣且又極其重要的基礎(chǔ)檢測(cè)工作，大大增加了鐵路公務(wù)檢修工的工作壓力，那些傳統(tǒng)且一些依靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行的軌道檢測(cè)技術(shù)將逐漸退出歷史的舞臺(tái)。只有尊重科學(xué)、客觀規(guī)律，不斷完善線路檢測(cè)技術(shù)，才能適應(yīng)鐵路運(yùn)輸發(fā)展的要求。經(jīng)過(guò)鐵路工程技術(shù)人員和科研管理人員多年的不懈努力和探索，逐步探索和總結(jié)出一套實(shí)用、科學(xué)、規(guī)范的鐵路線路檢測(cè)技術(shù)，保證了高速重載鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩院褪孢m性。2.1靜態(tài)檢測(cè)靜態(tài)檢查是指在沒(méi)有輪重的情況下，用手動(dòng)或輕型測(cè)量車對(duì)線路進(jìn)行檢查。主要包括軌距、水平、前后高度、方向、空掛板、鋼軌接頭、防爬設(shè)備、連接件、軌枕、道口設(shè)備的檢查。線路靜態(tài)檢查是各工段、車間、工區(qū)線路檢查的主要方式之一。工長(zhǎng)、副工長(zhǎng)、工務(wù)段主任、檢查監(jiān)控車間主任、線路車間主任、線路工長(zhǎng)定期對(duì)線路、道岔等線路設(shè)備進(jìn)行檢查，重點(diǎn)檢查薄弱部位。（1）靜態(tài)檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展。軌距是檢測(cè)軌距的主要測(cè)量工具。最早使用的是木制軌距。由于量規(guī)本身變形大，測(cè)量精度很低，使用壽命很短，已被淘汰。目前用于軌距測(cè)量的主要量具有檢測(cè)專用的rtg-1軌距和作業(yè)用的rtg-2軌距。兩種壓力表的主體采用鋁鎂合金，大大提高了壓力表的使用壽命和精度。高度板和折尺是檢測(cè)線位的主要測(cè)量工具。自制高度板采用優(yōu)質(zhì)木材，高度10~60mm，寬度5~15m。10m和20m弦桿是檢測(cè)線路高度和方向的主要測(cè)量工具。10m弦用于檢測(cè)直線的方向，20m弦通常用于檢測(cè)曲線的矢量。軌道檢測(cè)儀是一種用于測(cè)量軌道幾何尺寸的手推式靜態(tài)檢測(cè)儀。其測(cè)量結(jié)果隨儀器的實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線顯示并記錄在存儲(chǔ)器中。近年來(lái)，軌道檢測(cè)儀在線路檢測(cè)中得到了廣泛的應(yīng)用。與軌距相比，它具有速度快、便于統(tǒng)計(jì)查詢、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、存取方便等優(yōu)點(diǎn)。2.2動(dòng)態(tài)檢測(cè)近年來(lái)，我國(guó)高速鐵路運(yùn)輸進(jìn)入了高速發(fā)展時(shí)期，傳統(tǒng)的靜態(tài)檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿足日常的鐵路檢測(cè)檢修工作，此時(shí)動(dòng)態(tài)檢測(cè)技術(shù)也隨之出現(xiàn)在工務(wù)檢修工的視野里。動(dòng)態(tài)檢測(cè)技術(shù)是一種不同于人工化的靜態(tài)檢測(cè)技術(shù)，利用電子設(shè)備如車載儀器、軌檢車等在列車行駛過(guò)程中列車車輪對(duì)軌道線路各方面影響的攻臺(tái)檢測(cè)技術(shù)。通過(guò)這種檢測(cè)方式，我們可以在更短的時(shí)間內(nèi)獲悉鐵路線路的狀況，也可以及時(shí)地避免列車運(yùn)行過(guò)程中的一些安全隱患，從而保障列車的安全運(yùn)營(yíng)?，F(xiàn)如今，動(dòng)態(tài)檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)成為世界上多數(shù)國(guó)家的主流檢測(cè)技術(shù)，它大大提高了工務(wù)部門的工作效率，也在推動(dòng)鐵路運(yùn)輸高速穩(wěn)定發(fā)展方面起著不可或缺的作用。（1）動(dòng)態(tài)檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展。落灰袋是我國(guó)最早、最傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)測(cè)線方法?；覡a袋主要由列車尾部的警衛(wèi)車上增加的乘客投擲。在檢測(cè)到的線路范圍內(nèi)，能感覺(jué)到列車的上下顛簸和左右晃動(dòng)，估計(jì)線路狀況。對(duì)上下顛簸嚴(yán)重、左右搖晃的路段，可立即將準(zhǔn)備好的灰袋扔到車下。地面人員可根據(jù)灰袋落到車下的前后位置，從而獲悉線路質(zhì)量的狀況，并及時(shí)通知檢修工進(jìn)行維護(hù)檢修。該方法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，可在一般車間實(shí)現(xiàn)。但這種方法主要依靠檢測(cè)人員的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)檢測(cè)人員的專業(yè)水平有較高的要求；檢測(cè)精度較差，只是確定一個(gè)粗略的范圍，需要進(jìn)一步檢測(cè)，沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，操作者不易準(zhǔn)確掌握。添乘儀是以振動(dòng)圖幅顯示的峰值大小確定線路上存在的病害類型及等級(jí)，屬于線路動(dòng)態(tài)檢測(cè)的一種方法，是各工務(wù)段目前較常使用的一種方法。Tg-85是中國(guó)公共工程部門最早使用的儀器。該儀器利用車體振動(dòng)的垂直和水平加速度值來(lái)判斷軌道的振動(dòng)等級(jí)和病害。使用簡(jiǎn)單，攜帶方便，判斷準(zhǔn)確。但是，在使用該設(shè)備前需要輸入一些數(shù)據(jù)，并將測(cè)試結(jié)果寫(xiě)在記錄紙上，降低了使用效率。目前，軌道智能附加儀表在全國(guó)應(yīng)用廣泛，主要有ZT-3、ZT-4、ZT-5、ZT-6、ZT-6b等，其中ZT-5、ZT-6應(yīng)用最為廣泛。此外，還有便攜式倍增器，主要是bt-4、SY-1和SY-2，智能行車檢測(cè)儀是根據(jù)車體運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)加速度來(lái)判斷線路狀態(tài)的檢測(cè)方法。通過(guò)使用行車檢測(cè)儀，可以及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)線路病害，進(jìn)行有針對(duì)性的維修，防止病害蔓延，大大提高維修效率，保證線路質(zhì)量，保證行車安全。但由于設(shè)備本身的限制，這種方法不能滿足同速度檢測(cè)的要求，因此檢測(cè)精度不能完全滿足線路實(shí)際運(yùn)行的要求。車載線路檢測(cè)儀通過(guò)測(cè)量機(jī)車或動(dòng)車組車體的加速度，實(shí)現(xiàn)對(duì)軌道狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和對(duì)軌道缺陷的及時(shí)檢測(cè)。機(jī)車和電動(dòng)車組的車載在線檢測(cè)儀器有兩種。該裝置能加強(qiáng)對(duì)軌道狀況的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，對(duì)嚴(yán)重超限的地方及時(shí)報(bào)警，對(duì)危及行車安全的嚴(yán)重超限的地方及時(shí)處理。該裝置對(duì)保證交通安全起到了很好的監(jiān)控作用。通過(guò)不計(jì)其數(shù)的鐵路運(yùn)輸任務(wù)，我們不難得出軌道檢查車是保障鐵路運(yùn)輸中列車安全運(yùn)行的不可或缺的手段。為了避免列車行車過(guò)程中發(fā)生安全隱患且及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)鐵路線路故障，工務(wù)部門利用軌檢車同時(shí)進(jìn)行規(guī)律性和隨機(jī)性兩種檢測(cè)方式。軌道檢測(cè)車的成功應(yīng)用，不僅改變了軌道檢測(cè)的模式，而且促進(jìn)了軌道養(yǎng)護(hù)體制的改革。經(jīng)過(guò)多年的軌道檢測(cè)車應(yīng)用，結(jié)合大量干線軌道狀態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)的分析和與現(xiàn)場(chǎng)軌道監(jiān)督員的相互溝通，如何充分利用現(xiàn)有的軌道檢測(cè)車檢測(cè)數(shù)據(jù)，充分發(fā)揮檢測(cè)數(shù)據(jù)的作用，是指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)維修，提高軌道運(yùn)行質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)“狀態(tài)維修”模式的主要依據(jù)。我國(guó)軌道檢測(cè)車的發(fā)展歷程是鐵路軌道設(shè)備機(jī)械化、管理現(xiàn)代化、維修科學(xué)化的重要標(biāo)志之一。道岔保證軌道電路的正常運(yùn)行。此外，在可形成平行線路的地方，應(yīng)通過(guò)絕緣接頭將其隔開(kāi)。自20世紀(jì)中旬，我國(guó)軌道檢查車經(jīng)歷了如表1-2的發(fā)展歷程。表1-2軌道檢查車的發(fā)展歷程時(shí)間軌檢車驅(qū)動(dòng)方式優(yōu)越性1950年GJ-1型鋼軌檢測(cè)車機(jī)械傳動(dòng)能利用圖紙繪畫(huà)震動(dòng)、軌距等振幅1960年GJ-2型鋼軌檢測(cè)車電驅(qū)動(dòng)增加了短長(zhǎng)波檢測(cè)項(xiàng)目1980年GJ-3型鋼軌檢測(cè)車電驅(qū)動(dòng)可檢測(cè)列車的高低、垂直等基礎(chǔ)項(xiàng)目1985年GJ-4型鋼軌檢測(cè)車電驅(qū)動(dòng)解決了軌道方向、軌距無(wú)法測(cè)量的問(wèn)題由于GJ-4型（包括GJ-3型軌道檢測(cè)車）機(jī)械系統(tǒng)復(fù)雜，在惡劣的使用環(huán)境下容易發(fā)生故障，因此新型軌道檢測(cè)車GJ-5型軌道檢測(cè)車已經(jīng)投入使用。2.3國(guó)外線路檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展從高速運(yùn)輸和安全的角度來(lái)看，日本，意大利，法國(guó)，德國(guó)和美國(guó)分別研制了適用于高速線路的綜合安全檢測(cè)車，為高速運(yùn)輸提供了強(qiáng)有力的保證。日本East-i綜合檢測(cè)列車，利用弦測(cè)法檢測(cè)原理，可以檢測(cè)鐵路列車的軌道幾何、輪軌力、加速度、通信及其信號(hào)等項(xiàng)目，它可以獨(dú)立地在列車高速運(yùn)行中實(shí)時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)，并及時(shí)反饋列車信息，其速度高達(dá)275km/h。“高速阿基米德檢測(cè)列車的檢測(cè)速度為220公里/小時(shí)，可以檢測(cè)出119個(gè)不同的參數(shù)，包括軌道幾何參數(shù)、鐵路斷面參數(shù)、列車運(yùn)行速度等。法國(guó)IGV綜合檢測(cè)列車，利用與日本不同的慣性法原理，檢測(cè)速度設(shè)計(jì)為320km/h，檢測(cè)線總長(zhǎng)為2x1800km，檢測(cè)周期為兩周一次。其檢測(cè)的目的是收集列車正常運(yùn)行條件下的各種基礎(chǔ)設(shè)施參數(shù)，隨著線路檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，軌道狀態(tài)檢測(cè)方法從過(guò)去簡(jiǎn)單的靜態(tài)人工檢測(cè)發(fā)展到基于激光、陀螺儀、攝像機(jī)、電子、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)檢測(cè)，能夠真實(shí)再現(xiàn)輪軌作用下軌道的皇家狀態(tài)，在鐵路機(jī)械化裝備齊全的條件下進(jìn)行軌道狀態(tài)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了路管修、天窗修、路管修分離，隨著高鐵運(yùn)輸和重載運(yùn)輸?shù)牟粩喟l(fā)展。世界各國(guó)不僅重視高技術(shù)和高技術(shù)產(chǎn)品在鐵路上的應(yīng)用，但他們也非常重視成熟先進(jìn)技術(shù)和管理方法的應(yīng)用和借鑒，配套相應(yīng)的鐵路基礎(chǔ)設(shè)施軟件，將是完成鐵路安全運(yùn)輸?shù)闹匾Ｕ?，部分軟件包括軌道管理系統(tǒng)、軌道養(yǎng)護(hù)模式及養(yǎng)護(hù)手段、軌道狀態(tài)檢測(cè)方法、軌道狀態(tài)管理、軌道交通管理、軌道交通管理等，評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)、安全標(biāo)準(zhǔn)的建立以及其他管理技術(shù)的補(bǔ)充和完善。成功實(shí)施上述軟硬件管理技術(shù)和技術(shù)，這在世界高速鐵路發(fā)達(dá)國(guó)家的鐵路運(yùn)輸實(shí)踐中得到了充分的驗(yàn)證。2.4本章小結(jié)軌道檢測(cè)技術(shù)可分為靜態(tài)檢測(cè)和動(dòng)態(tài)檢測(cè)兩種方式。其中靜態(tài)檢測(cè)為早期的人工檢測(cè)方式，伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等電子行業(yè)的發(fā)展，逐漸出現(xiàn)了動(dòng)態(tài)檢測(cè)技術(shù)。它取代了靜態(tài)檢測(cè)的大部分檢測(cè)項(xiàng)目，在很大程度上提高了工務(wù)部門的工作效率，使得檢測(cè)操作更加得簡(jiǎn)單有效、檢測(cè)結(jié)果更加得精確。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，各國(guó)在軌道檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展均取得了顯著進(jìn)步，未來(lái)的軌道檢測(cè)技術(shù)將逐步淘汰靜態(tài)檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)軟硬設(shè)備相結(jié)合，互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)分析等新型動(dòng)態(tài)檢測(cè)方式。3軌道不平順及其相關(guān)概述3.1軌道不平順特征及其種類軌道不平順是關(guān)于鐵路運(yùn)輸中列車對(duì)軌道造成形變、位移的幾何偏差。它是對(duì)列車車輛的一種外部影響因素，同時(shí)也是造成列車運(yùn)行途中發(fā)生車輛震動(dòng)的根本原因，嚴(yán)重時(shí)甚至可能導(dǎo)致列車脫軌。經(jīng)過(guò)對(duì)軌道不平順的檢測(cè)可以得到軌面接頭平整度以及內(nèi)側(cè)的偏差，坡度與軌面高度的實(shí)際值與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)高度的偏差，軌道距離是否符合標(biāo)準(zhǔn)以及鋼軌軌型是符合實(shí)際運(yùn)行和運(yùn)行過(guò)程中的負(fù)載。軌道不平順的測(cè)量是列車安全運(yùn)行的重要保障，他對(duì)列車運(yùn)行的平穩(wěn)性、安全性、舒適性起著不可替代的作用。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)踐證明，我們不難得出，完好的軌面以及軌道的平順大大提升了列車的運(yùn)行的狀態(tài)，同時(shí)在很大程度上延長(zhǎng)了線路設(shè)備上、軌道、軌面以及連接部件的使用期限，節(jié)約了鐵路運(yùn)營(yíng)成本。軌道不平順一般通過(guò)方向和波長(zhǎng)兩大方式進(jìn)行相關(guān)分類。如下表3-1所示在方向上對(duì)軌道不平順的分類。表3-1在方向上對(duì)軌道不平順的分類方向名稱定義垂直不平順高低不平順?shù)撥壴谲壍婪较蛏洗怪泵娴母叩筒黄剿讲黄巾樹(shù)撥壴谲壝嫔贤凰匠龅母叩筒黄脚で黄巾樹(shù)撥壣蟽蛇呠壝嫦鄬?duì)于軌道的扭曲程度軌面短波不平順?shù)撥壾壝嫔闲》秶鷥?nèi)的軌道不平順橫向不平順軌道方向不平順軌頭內(nèi)側(cè)沿軌道方向的橫向不平順軌距偏差軌頂面16mm以下部分兩軌內(nèi)距較標(biāo)準(zhǔn)值之間的偏差復(fù)合不平順?lè)较蛩侥嫦驈?fù)合不平順在同一方向上存在著方向和水平兩種不平順曲線頭尾的幾何偏差曲線圓緩點(diǎn)區(qū)、緩直點(diǎn)區(qū)，在軌距順坡起點(diǎn)和終點(diǎn)不匹配的幾何偏差3.2軌道不平順的檢測(cè)方法鋼軌的波紋磨損是由車輪的蠕動(dòng)引起的，它使鋼軌表面的接觸應(yīng)力超過(guò)其疲勞強(qiáng)度，使金屬在鋼軌頂面滑動(dòng)。鋼軌的波紋磨損是在鋼軌的表面經(jīng)過(guò)不斷地磨損形成了一種紋理，他經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的磨損，最后形成一種波浪形的紋理。鋼軌的波紋磨損決定了列車在行駛過(guò)程中的平穩(wěn)性與舒適性，同時(shí)在另一方面對(duì)列車的行駛安全產(chǎn)生了影響。表3-2不同軌道不平順造成的具體影響。表3-2不同軌道不平順造成的具體影響種類對(duì)輪軌力方向的增大對(duì)機(jī)車車輛的振動(dòng)影響性質(zhì)穩(wěn)定性安全性高低不平順垂直力浮沉、點(diǎn)頭促進(jìn)脫軌垂直加速度大水平不平順垂直力側(cè)滾促進(jìn)脫軌側(cè)滾加速度大扭曲不平順垂直力側(cè)滾引發(fā)懸浮脫軌側(cè)滾加速度大軌面短波不平順垂直力輪軌高頻沖擊振動(dòng)促進(jìn)斷軌斷軸噪聲加速度大軌道方向不平順橫向力側(cè)擺、搖頭引發(fā)爬軌脫軌橫向加速度大軌距偏差不平順引發(fā)落下脫軌軌向水平復(fù)合不平順垂直力、橫向力側(cè)擺、側(cè)滾引發(fā)爬軌、懸浮脫軌垂直橫向加速度大根據(jù)機(jī)車車輛的激勵(lì)特性，對(duì)軌道不平順的類型進(jìn)行了分類。不同類型的不平順具有不同的激勵(lì)方向、影響性質(zhì)和影響程度，其檢測(cè)要求也不同。動(dòng)態(tài)不平順檢測(cè)方法可分為弦測(cè)量法和慣性基準(zhǔn)法。軌道檢測(cè)方法中的弦測(cè)法一般有以下幾種方法：兩點(diǎn)、三點(diǎn)、多點(diǎn)差分法、正向量法、和弦和弦測(cè)量法。因?yàn)橄覝y(cè)量法的傳遞函數(shù)常常呈現(xiàn)出不規(guī)律的變化，這嚴(yán)重影響了軌道不平順測(cè)量的準(zhǔn)確性。而只有在極其特別的條件下，通過(guò)弦測(cè)法方可測(cè)量軌面的實(shí)時(shí)狀態(tài)。相較于慣性法，用弦測(cè)法進(jìn)行軌道的測(cè)量列車的行駛速度沒(méi)有關(guān)系。慣性法在特定情況下也被稱作振動(dòng)質(zhì)量法，相較于弦測(cè)法，它可以在儀器上觀察到相應(yīng)范圍內(nèi)軌道不平順?lè)档膫鬟f函數(shù)，由此傳遞函數(shù)也可以對(duì)相應(yīng)的軌道幾何參數(shù)進(jìn)行計(jì)算測(cè)量。從兩者的特性分析，可以得到弦測(cè)法可適用于低速的列車軌道檢測(cè)，而慣性法更適用于高速的列車軌道檢測(cè)。意大利的阿基米德軌道檢查車正是通過(guò)這一特性對(duì)軌道幾何進(jìn)行測(cè)量。3.3本章小結(jié)軌道不平順是鐵路軌道檢測(cè)中的一個(gè)重要部分，它對(duì)列車的穩(wěn)定性、安全性起著決定性的作用，甚至?xí)?dǎo)致列車發(fā)生脫軌、側(cè)翻等嚴(yán)重安全事故。軌道不平順可通過(guò)幾何和波長(zhǎng)范圍進(jìn)行分類。不同的軌道不平順對(duì)軌道上道岔、路基、連接部件、列車等激勵(lì)方式不同，對(duì)鐵路運(yùn)輸?shù)挠绊懸泊笥胁煌?。定期且不?guī)律的對(duì)軌道不平順檢測(cè)，大大避免了鐵路運(yùn)輸過(guò)程中所發(fā)生的故障。4軌道不平順及其檢測(cè)裝置要求4.1波長(zhǎng)對(duì)軌道不平順的區(qū)分軌道不平順又可通過(guò)波長(zhǎng)對(duì)其進(jìn)行分類可分為短波、中波、長(zhǎng)波，如表4-1所示。表4-1波長(zhǎng)對(duì)軌道不平順的一般分類軌道不平順類型波長(zhǎng)范圍主要造成因素影響短波1m以下軌道接頭處焊接不平整、鋼軌波浪磨耗、軌頭尾磨損機(jī)車車輛在行車過(guò)程中發(fā)生輕微震動(dòng)中波1～3.5m軌面路基經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間周期性的軋制造成軌道上構(gòu)件、路基、鋼軌的不均勻，造成機(jī)車車輛發(fā)生較大震動(dòng)3.5-30m軌道剛度突變及軌面幾何形變長(zhǎng)波30～200m地形起伏、列車運(yùn)行方向坡度的變化道床、路基的不規(guī)則下沉根據(jù)各種列車運(yùn)行任務(wù)和工務(wù)檢測(cè)作業(yè)，得出以下結(jié)論：軌道不平順的波長(zhǎng)范圍和幅值范圍一定時(shí)，列車的運(yùn)行速度越快，對(duì)列車的影響越嚴(yán)重；軌道不平順的幅值范圍和列車運(yùn)行速度一定時(shí)，軌道不平順的波長(zhǎng)越高，對(duì)機(jī)車車輛的影響越??；軌道不平順的波長(zhǎng)范圍和列車運(yùn)行速度一定時(shí)，軌道不平順的幅值越大，列車行駛過(guò)程中的震動(dòng)越明顯且列車車輪所承受的輪軌力越大。4.2檢測(cè)軌道不平順的要求軌道短波不平順是指鋼軌頂面小范圍內(nèi)的垂（縱）向不平順，主要由鋼軌接頭焊縫、不均勻磨損、軌頭劃傷、起塊剝落、波浪及波紋磨損、軌枕間距等因素引起。其中，鋼軌表面擦傷、剝落塊、焊縫不均勻、接頭錯(cuò)動(dòng)等鋼軌表面不平順大多是孤立的、非周期性的，而波紋磨損和波浪磨損具有周期性特征。軌道短波不平順?lè)岛苄?，一般小?m，多為0.1-2mm。對(duì)于短波長(zhǎng)的軌面不平順，即使振幅不大，也會(huì)引起列車轉(zhuǎn)向架簧下質(zhì)量的劇烈振動(dòng)，造成輪軌間的劇烈沖擊，加劇道床的不均勻殘余變形，損壞軌道和車輛部件，特別是在寒冷季節(jié)，這往往是造成關(guān)節(jié)夾板損傷，甚至斷軌、斷軸的重要外因。高速時(shí)，軌面短波不平順的控制更為嚴(yán)格，國(guó)內(nèi)外的允許限值也更為嚴(yán)格。因此，檢測(cè)軌面短波不平順的精度必須達(dá)到2～0.3mm±它應(yīng)該能夠區(qū)分0.01毫米和0.02毫米。為實(shí)現(xiàn)對(duì)行車安全有重要影響的軌道短波不平順的精確測(cè)量，檢測(cè)設(shè)備的檢測(cè)基準(zhǔn)、傳遞函數(shù)、分辨率精度、可測(cè)波長(zhǎng)范圍和可測(cè)幅度范圍必須滿足要求，特別是在軌道的薄弱環(huán)節(jié)，如圓形慢點(diǎn)、直線慢點(diǎn)、道岔區(qū)等狀態(tài)易發(fā)生變化、易發(fā)生脫軌事故的地段，應(yīng)保證檢測(cè)結(jié)果的真實(shí)性、可靠性、準(zhǔn)確性和一致性，不漏檢、不失真。4.3本章小結(jié)軌道不平順從某種意義上來(lái)說(shuō)，它是因?yàn)榱熊囋陂L(zhǎng)期行駛的過(guò)程中，對(duì)軌道、軌面、路基、連接部件的磨損所造成的，一些輕微的磨損甚至?xí)鹨幌盗邪踩鹿?。所以說(shuō)，軌道不平順的檢測(cè)是一個(gè)至關(guān)重要的檢測(cè)項(xiàng)目。為了保證軌道的平順度，鐵路研究人員進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)，尋找出最全面、最準(zhǔn)確的檢測(cè)方式。5弦測(cè)法原理及其檢測(cè)5.1弦測(cè)法原理在傳感器中有張拉緊的鋼繩，當(dāng)傳感器受到外力作用時(shí)，管柱的內(nèi)應(yīng)力發(fā)生變化。隨著管柱內(nèi)應(yīng)力的變化，其固有振動(dòng)頻率也相應(yīng)變化。弦的張力越大，固有振動(dòng)頻率越高。因此，利用固有振動(dòng)頻率隨鋼弦張力（應(yīng)力）的不同而相應(yīng)變化的原理，從測(cè)得的頻率變化可以看出壓力傳感器膜上壓力的變化。關(guān)系式為：P=K((5-1)5.2弦測(cè)法檢測(cè)在檢測(cè)實(shí)際鋼軌波紋時(shí)，由于檢測(cè)設(shè)備直接或間接的放置在鋼軌上，需要沿鋼軌移動(dòng)，因此可以得到連續(xù)的鋼軌不平順曲線。因此，在檢測(cè)過(guò)程中，檢測(cè)設(shè)備會(huì)受到機(jī)械振動(dòng)和鋼軌起伏的影響，導(dǎo)致檢測(cè)基準(zhǔn)線的變化，難以恢復(fù)鋼軌的不平順。為此，引入弦測(cè)量法來(lái)解決檢測(cè)參考線不穩(wěn)定的問(wèn)題。下面簡(jiǎn)要介紹和弦測(cè)量的基本理論——三點(diǎn)部分和弦法的原理。如圖5-1所示，三個(gè)位移傳感器S1、S2和S3分別安裝在檢測(cè)機(jī)構(gòu)的同一平面上。S1和S2的安裝距離為a，S2和S3的安裝距離為B，l為a和B之和（單位：mm）。以軌道表面S1和S3激光傳感器的激光投影點(diǎn)AC，其中作為檢測(cè)的“參考線”，以軌道表面S2的激光投影點(diǎn)B偏離該弦的距離BD作為軌道不平順（當(dāng)前測(cè)弦）的檢測(cè)值。測(cè)量值BD可通過(guò)以下公式計(jì)算。圖5-1三點(diǎn)偏弦法因?yàn)锽D=B又因?yàn)镺OBE≈BD(5-3)所以BD=BE=BO(5-4)式中:A'A為傳感器S1當(dāng)前檢測(cè)值;B'B為傳感器S2當(dāng)前檢測(cè)值;C'C為傳感器S3當(dāng)前檢測(cè)值;BO2為激光投射點(diǎn)B偏離實(shí)際基準(zhǔn)線的數(shù)值。(數(shù)值單位均為mm)將鋼軌不平順的實(shí)際值BO2在X坐標(biāo)方向上變化的函數(shù)用M(x)表示。將弦測(cè)值BD在X坐標(biāo)方向上變化的函數(shù)用y(x)表示。則可得出下式:yx(5-5)將公式5-4進(jìn)行傅里葉變換，可得：y（5-6）設(shè)H（5-7）則y（5-8）式中：H（w）是y（x）和M（x）之間的傳遞函數(shù)；I是傅里葉變換的虛單位；w是頻率變量。實(shí)際參考線為理想狀態(tài)下的軌道完全平順狀態(tài)（x軸列車前進(jìn)方向?yàn)檎?，x軸前進(jìn)方向?yàn)楸粶y(cè)鋼軌沿軌道方向的位移距離），即軌道不平順的實(shí)際值M（x）。由式（5-8）可知，鋼軌不平順的實(shí)際值M（x）可由實(shí)測(cè)值y（x）求得。根據(jù)波浪磨耗列車的技術(shù)要求，鋼軌波浪磨耗檢測(cè)裝置應(yīng)能檢測(cè)出30-1000mm范圍內(nèi)的鋼軌波浪磨耗。根據(jù)傳遞函數(shù)H（W）的幅頻和相頻特性，傳遞函數(shù)中的變量a可以設(shè)置為30mm，變量B可以設(shè)置為300mm，即，鋼軌波浪磨耗檢測(cè)系統(tǒng)三點(diǎn)位移傳感器的安裝距離分別設(shè)置為30mm和300mm，弦長(zhǎng)比為1∶10.根據(jù)上述傳遞函數(shù)，仿真結(jié)果表明該算法能夠準(zhǔn)確恢復(fù)波長(zhǎng)λ它是30-1000mm范圍內(nèi)的鋼軌波浪磨損曲線。選擇合適的傳遞函數(shù)和弦長(zhǎng)比對(duì)恢復(fù)精度有很大影響。30mm≤λ≤1000mm時(shí)傳遞函數(shù)幅/相頻特性如圖5-2所示。圖5-2傳遞函數(shù)的幅/相頻率特性5.3鋼軌波浪型磨耗測(cè)試裝置隨著我國(guó)提速和高速鐵路的快速發(fā)展，線路條件對(duì)列車運(yùn)行的影響越來(lái)越集中在兩個(gè)方面：長(zhǎng)波不平順影響列車運(yùn)行的舒適性；長(zhǎng)波不平順影響列車運(yùn)行的舒適性；短波不平順對(duì)列車運(yùn)行部分的影響更為嚴(yán)重。鋼軌波紋和表面磨損是鋼軌短波不平順的主要表現(xiàn)形式。嚴(yán)重時(shí)，不僅會(huì)加劇車輛傳動(dòng)裝置的振動(dòng)，還會(huì)影響行車安全。列車的這種反應(yīng)反過(guò)來(lái)又加劇了線路狀態(tài)的惡化。近年來(lái)，我國(guó)新引進(jìn)的鋼軌檢測(cè)技術(shù)之一是意大利tecnogamma公司的瓦楞測(cè)量裝置。以往的波磨測(cè)量裝置有所不同，它是通過(guò)弦測(cè)量和激光位移測(cè)量來(lái)實(shí)現(xiàn)的?，F(xiàn)已安裝在檢測(cè)中心時(shí)速200公里的軌道檢測(cè)車上。利用弦測(cè)量原理實(shí)現(xiàn)鋼軌波紋檢測(cè)。該系統(tǒng)采用三個(gè)光電位移計(jì)測(cè)量三個(gè)不等弦點(diǎn)。如圖5-3所示，其中數(shù)字1為第一測(cè)量點(diǎn)，數(shù)字2為第二測(cè)量點(diǎn)，數(shù)字3為第三測(cè)量點(diǎn).。圖5-3波浪磨耗檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)量示意圖根據(jù)弦測(cè)法檢測(cè)原理，鋼軌每側(cè)需要配備三點(diǎn)激光位移傳感器，因此鋼軌每一次安裝3個(gè)激光傳感器。系統(tǒng)采用非接觸式激光位移傳感器。采用三角形法檢測(cè)電流位移，檢測(cè)精度可達(dá)0.02mm。此外，該傳感器還可以接收外部觸發(fā)信號(hào)，并在觸發(fā)時(shí)刻進(jìn)行檢測(cè)。該傳感器具有內(nèi)置的A/D轉(zhuǎn)換功能，可以將檢測(cè)結(jié)果轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并通過(guò)控制器局域網(wǎng)（can）總線接口上傳。通過(guò)計(jì)算機(jī)的智能處理，在儀器上可以顯示有關(guān)鋼軌的各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，再通過(guò)大數(shù)據(jù)分析等方式對(duì)鋼軌的相關(guān)值進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算，從根本上代替了早期的人工計(jì)算方式。這種方式更加得簡(jiǎn)單、快速。鋼軌波磨檢測(cè)裝置主要由激光位移傳感器、采樣觸發(fā)控制單元和嵌入式中央控制器組成。其檢測(cè)裝置一般跟隨檢測(cè)車一起運(yùn)行，一般安裝在機(jī)車車輛的下方，有時(shí)也會(huì)安裝在機(jī)車的轉(zhuǎn)向架上。通過(guò)機(jī)車上有脈沖發(fā)生器的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，列車在鋼軌的行駛，可以通過(guò)接收器同步對(duì)軌道波磨狀況進(jìn)行及時(shí)地檢測(cè)根據(jù)儀器上所顯示的相關(guān)數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算不難得出有關(guān)檢測(cè)過(guò)程中軌道的幾何偏差，從而對(duì)軌道作出相應(yīng)調(diào)整。為了在30mm～3000mm的測(cè)量范圍內(nèi)獲得最佳的波長(zhǎng)測(cè)量效果，根據(jù)傳遞函數(shù)將三個(gè)測(cè)量點(diǎn)按一定距離布置。具體來(lái)說(shuō)：第一和第二測(cè)量點(diǎn)之間的距離為19mm，稱為弦。第一和第三測(cè)量點(diǎn)之間的距離為250mm，這是基準(zhǔn)。采用三個(gè)光電位移計(jì)組成三點(diǎn)不等弦測(cè)量傳感器，安裝在轉(zhuǎn)向架上，使系統(tǒng)本身只受第一彈簧懸掛的影響。這種裝置在水平和垂直方向上都能獲得最佳的檢測(cè)效果。檢測(cè)系統(tǒng)可以檢測(cè)波長(zhǎng)范圍為10毫米到3000毫米的波紋，圖5-4是其傳遞函數(shù)。圖5-410mm～3000mm波長(zhǎng)的傳達(dá)函數(shù)嵌入式中央控制器采用PCI擴(kuò)展的PXI總線結(jié)構(gòu)，主要包括中央處理器板、can總線接口板和I/O接口板。實(shí)時(shí)系統(tǒng)集成（RTSI）信號(hào)可以通過(guò)PXI總線在板間傳送，解決了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)獲取。脈沖發(fā)生器發(fā)出的信號(hào)經(jīng)由I/O接口板進(jìn)行數(shù)據(jù)收集與分析。I/O接口板通過(guò)在小車上的脈沖發(fā)生器，實(shí)時(shí)獲取波磨檢測(cè)裝置的采樣時(shí)間，同時(shí)外部輸出接口向激光位移傳感器發(fā)送檢測(cè)觸發(fā)信號(hào)，并通過(guò)內(nèi)部PXI總線向CAN總線接口板發(fā)送RTSI信號(hào)，通知CAN總線接口板準(zhǔn)備隨時(shí)接收傳感器發(fā)送的有關(guān)鋼軌檢測(cè)數(shù)據(jù)。CAN總線接口板負(fù)責(zé)接收激光位移傳感器發(fā)送的鋼軌檢測(cè)數(shù)據(jù)。接口板由兩個(gè)獨(dú)立的can總線接口組成，分別與鋼軌一側(cè)的三個(gè)位移傳感器相連。利用I/O接口板傳輸?shù)腞TSI信號(hào)，CAN總線接口板可以對(duì)每個(gè)觸發(fā)時(shí)刻的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝。CPU控制板包括CPU、內(nèi)存、硬盤(pán)等基本計(jì)算機(jī)部件，完成對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的操作和存儲(chǔ)。其中鋼軌檢測(cè)系統(tǒng)如圖5-5所示。圖5-5波浪磨耗檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成圖之所以利用各種傳感器對(duì)軌道不平順進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，是因?yàn)樵跍y(cè)量過(guò)程中軌道不平順檢測(cè)的繁瑣性。只有通過(guò)復(fù)雜且精密的計(jì)算與數(shù)據(jù)分析，才能準(zhǔn)確的得到關(guān)于軌道不平順的實(shí)際值。5.4本章小結(jié)總的來(lái)說(shuō)，對(duì)于軌道不平順的檢測(cè)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，因此，我們更需要在軌道不平順?lè)矫娴臋z測(cè)技術(shù)進(jìn)行更深入的相關(guān)研究，從而提高軌道檢測(cè)的效率。6總結(jié)與展望隨著我國(guó)鐵路的不斷提速，為保證列車運(yùn)行的安全性、可靠性和舒適性，在軌道日常檢測(cè)、檢修、養(yǎng)護(hù)等方面的要求也與日增高，這也保障了我國(guó)高速鐵路的安全穩(wěn)定運(yùn)行。通過(guò)闡述我國(guó)軌道檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展歷程，從GJ-3型軌道檢測(cè)系統(tǒng)開(kāi)始到GJ-4型軌道檢測(cè)系統(tǒng)再到GJ-5型軌道檢測(cè)系統(tǒng)以及GJ-6型軌道檢測(cè)系統(tǒng)，我國(guó)的軌道檢測(cè)技術(shù)經(jīng)過(guò)了高速的發(fā)展，使得我國(guó)在高速鐵路以及城市交通運(yùn)輸方面的安全穩(wěn)定性有了急速的發(fā)展?；谲墮z車保障行車安全以及日常軌道維護(hù)等方面的作用，明確檢測(cè)并分析出高速鐵路網(wǎng)的安全性、可靠性、高效性對(duì)軌道檢測(cè)技術(shù)的高要求，目前主流的軌檢車有日本E926型所裝備的East-i、德國(guó)采用的激光無(wú)接觸式檢測(cè)技術(shù)的OMWE和RAILAB軌檢車和ImageMap公司生產(chǎn)的軌檢車、美國(guó)Ensco的TGMS檢測(cè)系統(tǒng)、韓國(guó)的ROGER1000K單節(jié)檢測(cè)車、奧地利Plasser公司的檢測(cè)速度高達(dá)250km/h的EM-250型軌檢車等。軌道檢測(cè)方法一般主體可分為靜態(tài)檢測(cè)和動(dòng)態(tài)檢測(cè)，動(dòng)態(tài)檢測(cè)操作較為簡(jiǎn)單，但其檢測(cè)精準(zhǔn)度較差。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)踐應(yīng)用操作，我國(guó)多采用以動(dòng)態(tài)檢測(cè)為主，靜態(tài)檢測(cè)為輔的檢測(cè)方法，其中值得一提的是我國(guó)最新的檢測(cè)系統(tǒng)所達(dá)到的檢測(cè)速度為目前全世界所能達(dá)到的最高速度。雖然我國(guó)在鐵路方面的建設(shè)相較其他國(guó)家較晚，但我們目前所擁有的鐵路技術(shù)已經(jīng)位列世界前茅。就目前而言，應(yīng)對(duì)軌道不平順?biāo)捎玫牡臏y(cè)量方法主要有弦測(cè)法和慣性基準(zhǔn)法