中美鐵路軌道檢查設(shè)備與周期的對(duì)比分析

尹 峰，楊 飛，王兆寧

(中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)研究所，北京 100081)

中美鐵路軌道檢查設(shè)備與周期的對(duì)比分析

尹 峰，楊 飛，王兆寧

(中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)研究所，北京 100081)

依托中美兩國(guó)鐵路合作項(xiàng)目，對(duì)比分析中美鐵路線路檢查設(shè)備種類、檢查周期及技術(shù)發(fā)展方向。兩國(guó)的軌道動(dòng)態(tài)檢查裝備差異不大，且均在發(fā)展視覺檢測(cè)系統(tǒng)。美國(guó)鐵路可視化巡檢頻率比中國(guó)高，而軌道動(dòng)態(tài)幾何、加速度、鋼軌內(nèi)部損傷等方面檢測(cè)頻率低于中國(guó)。

軌道 設(shè)備 周期 對(duì)比分析

中國(guó)和美國(guó)均擁有龐大的鐵路網(wǎng)，經(jīng)過(guò)不同的發(fā)展歷史，中國(guó)逐漸形成了客貨共線運(yùn)行的既有干線網(wǎng)絡(luò)，并正在快速發(fā)展高速客運(yùn)專線鐵路網(wǎng)，而美國(guó)貨運(yùn)鐵路發(fā)達(dá)并且一直呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。2012年7月中旬美國(guó)運(yùn)輸部聯(lián)邦鐵路管理局(FRA)、沃爾皮交通技術(shù)中心、TTCI等機(jī)構(gòu)與原鐵道部國(guó)際合作司、中國(guó)鐵道科學(xué)研究院在美國(guó)費(fèi)城商討并提出中美合作項(xiàng)目。其中，鐵路線路的軌道檢查與維修標(biāo)準(zhǔn)是一項(xiàng)重點(diǎn)研討內(nèi)容。本文對(duì)比分析兩國(guó)的軌道檢查設(shè)備與周期，為我國(guó)的線路維護(hù)提供借鑒。

1 線路軌道檢測(cè)設(shè)備

1.1 美國(guó)

美國(guó)聯(lián)邦鐵路局主要致力于促進(jìn)更全面的鐵路線路檢查。聯(lián)邦鐵路局不斷通過(guò)研究和開發(fā)項(xiàng)目推動(dòng)軌道安全檢查技術(shù)創(chuàng)新。美國(guó)現(xiàn)有的檢測(cè)系統(tǒng)見圖1。

美國(guó)采用軌檢車動(dòng)態(tài)檢測(cè)軌道不平順狀態(tài)，各鐵路公司均擁有自主研發(fā)的軌檢車。美國(guó)聯(lián)邦鐵路局還委托Ensco公司研制了技術(shù)先進(jìn)的軌檢車，用于抽查各鐵路公司的線路質(zhì)量。該型軌檢車采用慣性基準(zhǔn)測(cè)量原理和非接觸式測(cè)量方法，應(yīng)用了光電、伺服、數(shù)字濾波、局域網(wǎng)技術(shù)，還增加了鋼軌斷面測(cè)量系統(tǒng)，使軌檢車的功能更加齊全，檢測(cè)速度可達(dá)192 km/h。此外，ImageMap公司研制的Laserail軌道測(cè)量系統(tǒng)采用激光攝像、高速圖像處理技術(shù)取代了光電伺服技術(shù)，體現(xiàn)了軌道檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展方向。該系統(tǒng)采用慣性基準(zhǔn)原理、非接觸式測(cè)量方法，包括2個(gè)光纖陀螺和2個(gè)加速度計(jì)及其模擬處理板，4個(gè)激光器、10臺(tái)攝像機(jī)等，可測(cè)量軌道幾何狀態(tài)、鋼軌頂磨和側(cè)磨等，檢測(cè)速度可達(dá)300 km/h。

圖1 美國(guó)現(xiàn)有的檢測(cè)系統(tǒng)

最新研制的檢測(cè)車可每50英尺(15.24 m)采集1次線路的路基視頻，還在檢測(cè)車上安裝了高速照相機(jī)記錄接頭病害，為軌道檢查和維修作業(yè)提供依據(jù)。此外，幾項(xiàng)高技術(shù)檢測(cè)手段也正處于測(cè)試階段，如利用更高級(jí)別的高速照相檢測(cè)系統(tǒng)采集鋼軌接頭的高分辨率照片，使用模式識(shí)別軟件來(lái)自動(dòng)檢測(cè)照片中肉眼難以看到的裂縫;利用激光視覺檢測(cè)系統(tǒng)掃描軌道和道床異常;利用探地雷達(dá)檢查道床;利用超聲波和激光檢測(cè)鋼軌的內(nèi)部缺陷等。

1.2 中國(guó)

我國(guó)鐵路采用動(dòng)態(tài)檢查為主，動(dòng)靜態(tài)檢查相結(jié)合的全方位檢查體系。利用綜合檢測(cè)車、專業(yè)檢查車、車載式檢查設(shè)備、便攜式檢查設(shè)備、巡檢車、人工添乘、確認(rèn)車等動(dòng)態(tài)檢測(cè)手段和軌道檢查儀、地面在線監(jiān)控系統(tǒng)、人工巡查等靜態(tài)檢測(cè)手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的全面檢查和監(jiān)控，實(shí)時(shí)掌握基礎(chǔ)設(shè)施質(zhì)量狀況。我國(guó)動(dòng)態(tài)檢測(cè)裝備包括綜合檢測(cè)列車、軌檢車、軌道巡檢車等。

1)綜合檢測(cè)列車

綜合檢測(cè)列車是將運(yùn)營(yíng)動(dòng)車組經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)，集成各種檢測(cè)設(shè)備，專門用于基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)檢測(cè)。綜合檢測(cè)的內(nèi)容主要包括軌道幾何尺寸、接觸網(wǎng)、通信、信號(hào)、線路環(huán)境等基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)，以及輪軌接觸狀態(tài)、車輛加速度等高速列車的動(dòng)態(tài)性能。定期開展綜合檢測(cè)是保障高速鐵路運(yùn)行安全的重要手段，目前所使用的綜合檢測(cè)列車最高測(cè)試速度達(dá)到了486 km/h。

軌道幾何檢測(cè)系統(tǒng)主要由激光攝像組件、慣性測(cè)量組件(由陀螺儀和加速度計(jì)組成)、信號(hào)處理組件、數(shù)據(jù)處理組件、機(jī)械懸掛裝置等五部分組成。信號(hào)處理組件包括模擬信號(hào)處理組件和數(shù)字信號(hào)處理組件兩部分，數(shù)據(jù)處理組件由超限檢測(cè)計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)應(yīng)用計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)、交換機(jī)等組成，即車載微機(jī)局域網(wǎng)系統(tǒng)。軌檢系統(tǒng)檢測(cè)參數(shù)包括軌距、左右軌向(空間曲線，可變換成多種弦測(cè)值)、左右高低(空間曲線，可變換成多種弦測(cè)值)、水平(超高)、三角坑、曲率(弧度或半徑)、車體加速度等。高速綜合檢測(cè)列車軌道檢測(cè)系統(tǒng)所采用的傳感器布置如圖2所示。

圖2 高速綜合檢測(cè)列車軌道檢測(cè)系統(tǒng)傳感器布置

2)軌檢車

軌檢車是通過(guò)改造單節(jié)運(yùn)營(yíng)客車車體并加裝軌道檢測(cè)設(shè)備而成的一種檢測(cè)車。其自身沒有動(dòng)力，需要機(jī)車牽引才能完成檢測(cè)。中國(guó)經(jīng)歷了 GJ-3，GJ-4，GJ-5，GJ-6軌檢車型的更新?lián)Q代，目前最高檢測(cè)速度可達(dá)200 km/h。

3)軌道巡檢車

該車可用于軌道狀態(tài)巡檢、軌道幾何大值及鋼軌廓型檢測(cè)、限界檢測(cè)以及環(huán)境視頻監(jiān)測(cè)。其可以大大提高巡檢效率，降低人力成本，并能夠有效保障人員安全。各類檢測(cè)數(shù)據(jù)還可集中存儲(chǔ)在地面，方便查閱和綜合分析。軌道巡檢車平均運(yùn)行速度為75 km/h，人工巡道在保證檢測(cè)視野的情況下行進(jìn)速度約為3 km/h，巡檢車的作業(yè)速度是人工的約25倍。此外，所需人力資源為3.6人/100 km，比原來(lái)縮減1/4;占用天窗點(diǎn)為0.97個(gè)/100 km，是人工巡道的1/7。

1.3 對(duì)比分析

中美兩國(guó)軌道動(dòng)態(tài)檢查裝備差異不大，基本上都包括了軌道幾何系統(tǒng)、扣件測(cè)量系統(tǒng)、測(cè)力輪對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)、鋼軌廓形測(cè)量系統(tǒng)、視覺檢測(cè)系統(tǒng)、鋼軌傷損檢測(cè)系統(tǒng)、道床狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)以及剛度測(cè)量系統(tǒng)等。兩國(guó)均重視通過(guò)研究和開發(fā)項(xiàng)目推動(dòng)軌道安全檢查技術(shù)創(chuàng)新。

2 軌道檢查周期

美國(guó)約有22.5萬(wàn)km的線路需要定期檢查、維修以保障運(yùn)營(yíng)安全。按照FRA規(guī)則，各鐵路公司有責(zé)任確保自己的檢查監(jiān)控滿足或超過(guò)聯(lián)邦鐵路局軌道安全法規(guī)規(guī)定，并執(zhí)行常規(guī)和定期軌道檢查。這包括鐵路檢查員按照依線路等級(jí)規(guī)定的最低檢查頻率，并考慮軌道類型、通過(guò)總重及是否開行客車等因素進(jìn)行軌道檢查。鐵路公司必須保留定期和特別的軌道檢查記錄，并接受聯(lián)邦鐵路局檢查人員的核查。FRA規(guī)定的檢查員最低檢查頻率見表1。

表1 FRA規(guī)定的檢查員最低檢查頻率

中國(guó)對(duì)既有普速線路和高速鐵路的檢查周期有不同規(guī)定，線路動(dòng)態(tài)檢測(cè)周期根據(jù)運(yùn)量和線路狀態(tài)確定。對(duì)普速線路采取中國(guó)鐵路總公司與鐵路局軌道檢查車進(jìn)行兩級(jí)檢查，對(duì)于高速鐵路采用高速綜合檢測(cè)列車檢查。高速鐵路檢查周期頻率高于普速線路。鋼軌檢查周期與線路速度等級(jí)以及通過(guò)總重有關(guān)。

中美兩國(guó)軌道檢查周期對(duì)比如表2所示。其中重點(diǎn)對(duì)比雙方相同檢查內(nèi)容的檢測(cè)周期。可以看出，軌道動(dòng)態(tài)幾何、加速度、鋼軌內(nèi)部傷損測(cè)量頻率在相同線路速度等級(jí)條件下我國(guó)較美國(guó)密集，軌道可視化檢查(巡檢)頻率在相同線路速度等級(jí)條件下美國(guó)較我國(guó)密集。

表2 中美兩國(guó)軌道檢查周期對(duì)比

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)中美兩國(guó)的軌道檢查設(shè)備與周期的對(duì)比分析可知，兩國(guó)的軌道動(dòng)態(tài)檢查裝備差異不大，最新的檢測(cè)技術(shù)都圍繞著視覺檢測(cè)系統(tǒng)以減少人力成本，提高效率;美國(guó)在線路等級(jí)的劃分上，要比中國(guó)更細(xì)，并且每一級(jí)鐵路都規(guī)定了最低檢查頻率;美國(guó)可視化巡檢頻率要高于中國(guó)，而其它如軌道動(dòng)態(tài)幾何、加速度、鋼軌內(nèi)部傷損等檢測(cè)頻率要低于中國(guó)。

［1］姚建偉，馮仲偉，田新宇，等．赴美參加中美合作項(xiàng)目專家研討會(huì)技術(shù)交流報(bào)告［R］．北京:中國(guó)鐵道科學(xué)研究院，2013．

［2］田新宇，楊飛，尹峰．中美合作項(xiàng)目之一——軌道檢查與維修標(biāo)準(zhǔn)［R］．北京:中國(guó)鐵道科學(xué)研究院，2013．

［3］鐵道部運(yùn)輸局．高速鐵路工務(wù)知識(shí)讀本［M］．北京:中國(guó)鐵道出版社，2011．

［4］田新宇，陶凱，楊飛，等．高速鐵路線橋維護(hù)技術(shù)研究——高速鐵路軌道動(dòng)態(tài)檢測(cè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)深化研究［R］．北京:中國(guó)鐵道科學(xué)研究院，2012．

［5］張玉民，王登陽(yáng)，韓強(qiáng)，等．射頻識(shí)別定位技術(shù)在高速鐵路動(dòng)態(tài)檢測(cè)中的應(yīng)用［J］．鐵道建筑，2013(10):114-117．

［6］魏世斌，李穎，趙延峰，等．GJ-6型軌道檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研制［J］．鐵道建筑，2012(2):97-100．

［7］韓強(qiáng)，戴鵬，譚松，等．車載軌道巡檢系統(tǒng)研制［J］．鐵道建筑，2014(11):144-147．

U216

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2015．07．36

1003-1995(2015)07-0127-03

2015-03-12;

2015-04-20

中國(guó)鐵路總公司科技研究開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2014G009-A)

尹峰(1984— )，男，黑龍江甘南人，助理研究員，碩士。

(責(zé)任審編 李付軍)