鋼軌斷面檢測技術在包蘭線鋼軌打磨作業中的應用

李曉

（呼和浩特鐵路局工務處，內蒙古呼和浩特010050）

鋼軌斷面檢測技術在包蘭線鋼軌打磨作業中的應用

李曉

（呼和浩特鐵路局工務處，內蒙古呼和浩特010050）

鋼軌斷面的磨損會直接影響列車運行的安全性和舒適性，進而影響鋼軌的使用壽命。為了對鋼軌斷面進行智能化高精度測量，本文結合國內外的鋼軌斷面檢測技術，研制了基于激光三角測距原理的鋼軌斷面檢測系統，在包蘭線的測試結果驗證了該系統的實用性。鋼軌斷面檢測系統為鋼軌斷面修復提供了精確、高效的測量設備。

鋼軌斷面；激光三角測距；鋼軌打磨

1　鋼軌斷面檢測技術現狀

目前國內外道岔鋼軌磨損檢測主要有手動接觸式測量、光學成像、激光三角測距3種不同的方式。

1.1接觸式測量

接觸式測量方式以鋼軌非工作邊軌顎為測量基準，人工移動帶有電子千分表的測量單元，記錄鋼軌垂磨和側磨測量值。其測量精度不高。隨著光電編碼和自動化技術的發展，手工測量和記錄工作由編碼器和計算機取代。國外鐵路維修技術研究部門研制了先進的接觸式測量設備［1］，運用光電編碼器實現了高精度的鋼軌斷面測量。但其測量行程偏小，探針無法測量到軌顎處，從而影響對鋼軌磨耗的正確評估，且存在工作效率低、工作強度大等缺點。

1.2光學成像技術

隨著圖像處理和計算機技術的發展，國內外研究部門采用激光成像原理［2-4］研制了鋼軌斷面檢測系統。其利用工業相機對激光器成像進行捕捉，由采集單元進行成像分析處理，提取出斷面中心線，再利用數學處理算法對鋼軌實測廓形與理論廓形進行擬合處理，最終計算鋼軌斷面各測點位置偏差量。

該測量方式受制于相機分辨率、抗干擾能力等因素，檢測精度難以滿足精細施工要求，常用于普速線路快速檢查和日常線路質量管理。

1.3激光三角測距技術

激光三角測距傳感器是基于平面三角幾何原理進行測量的非接觸式測量設備［5］，即通常所稱的激光位移傳感器。靜態檢測時通常采用點激光傳感器，通過激光測距傳感器橫向移動測量來實現對鋼軌斷面的測量，如圖1所示。

圖1　激光三角測距設備示意

2　鋼軌斷面檢測系統的研制

目前對鋼軌斷面的檢測普遍依靠進口設備，本文介紹自主研制的基于激光三角測距技術的鋼軌斷面檢測系統。檢測系統硬件主要由主機、支撐桿和計算機3部分組成。主機主要負責數據采集、傳輸、存儲等；支撐桿主要起鋼軌斷面測量時的輔助支撐作用；計算機則主要用于在線數據處理分析。檢測系統硬件組成如圖2所示。

圖2　鋼軌斷面檢測系統硬件組成

2.1檢測原理

以激光三角測距原理為基礎［6］，通過電機驅動激光位移傳感器橫向移動，實現對鋼軌橫斷面廓形幾何尺寸的測量。利用計算機軟件輔助進行數據處理分析，對實測鋼軌廓形與理論設計廓形進行對比分析，并計算偏差。檢測原理如圖3所示。

圖3　檢測原理示意

2.2主要技術參數

該系統的性能和精度指標如下：

①尖軌相對于基本軌降低值：±0.1mm；

②心軌相對于翼軌降低值：±0.1mm；

③鋼軌廓形：±0.1mm；

④尖軌、基本軌、心軌肥邊大小：±0.1mm；

⑤單次測量時間＜20s；

⑥檢測范圍：自鋼軌內側70°到外側40°（鋼軌斷面圓弧法線與鋼軌垂直中心線的夾角）。

2.3應用場合

1）正線鋼軌檢測

通過對正線線路重點病害區域進行鋼軌斷面偏差檢測，在線分析鋼軌斷面偏差和鋼軌磨耗，指導鋼軌日常打磨維修作業。

2）道岔鋼軌檢測

通過對道岔鋼軌重點病害區域進行斷面檢測，在線分析鋼軌斷面偏差、尖軌相對于基本軌降低值、心軌相對于翼軌降低值等參數，指導道岔鋼軌打磨與修復。

3　鋼軌斷面檢測系統在包蘭線現場試驗情況

2015年5月18日，呼和浩特工務段在天窗作業時間內運用鋼軌斷面檢測系統對包蘭線上行K51—K56打磨區段進行了斷面檢測，對打磨前及打磨5遍或10遍后的鋼軌斷面進行重點檢測，并與該區段基準廓形進行比對，基于檢測數據對打磨車打磨策略進行了優化。包蘭上行線鋼軌打磨前后檢測廓形對比如圖4所示。

鋼軌斷面檢測結果表明，打磨后鋼軌斷面與目標斷面廓形基本吻合，打磨作業達到預期效果。實際應用中，通過對打磨后檢測結果分析，優化打磨策略，經多次打磨后效果更佳。鋼軌斷面檢測系統給精細化打磨施工提供了支持。

圖4　包蘭上行線鋼軌打磨前后檢測廓形的對比

4　結語

為準確掌握鋼軌的磨損狀態，以便及時進行打磨處理，研發了基于激光三角測距技術的鋼軌斷面檢測系統。對包蘭線現場測試結果的分析表明，該檢測系統能滿足當前鋼軌磨損檢測精度要求。

［1］ESVELDG.丹麥MINIPROF輪軌斷面測量系統［J］.國外鐵道車輛，1994（4）：43-45.

［2］高偉杰.基干機器視覺的鋼軌斷面檢測系統的研究［D］.北京：北京交通大學，2012.

［3］孟佳，高曉蓉.鋼軌磨耗檢測技術的現狀與發展［J］.鐵道技術監督，2005（1）：34-36.

［4］孫軍華，王偉華，劉震，等.基于結構光視覺的鋼軌磨耗測量方法［J］.北京航空航天大學學報，2010，36（9）：1026-1029.

［5］金文燕，趙輝，陶衛.激光三角測距傳感器建模及參數優化研究［J］.傳感技術學報，2006，19（4）：1090-1093.

［6］王紀武，張顯文，高偉杰，等.基于機器視覺的鋼軌軌頭非接觸測量精度研究［J］.北京交通大學學報，2014（1）：132-135.

AbstractRail profile wear will directly affect the security and comfort of the train operation，and further affect the service life of the rail.For realizing the intelligent and high precision measurement of rail profile，the rail profile detection system based on the laser triangulation principle was developed in this paper by combing with the rail profile detection technology at home and abroad，the practicability of which was verified by test results in Baotou-Lanzhou railway.Rail profile detection system could provide a more accurate and efficient measurement equipment for rail profile repair.

Application of Rail Profile Detection Technology in Rail Grinding Operation for Baotou-Lanzhou Railway

LI Xiao
（Track Maintenance Division，Hohhot Railway Administration，Hohhot Inner Mongolia 010050，China）

Rail profile；Laser triangulation；Rail grinding（責任審編葛全紅）

U216.65

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2016.04.32

1003-1995（2016）04-0127-03

（責任審編葛全紅）

2016-01-09；

2016-03-06

李曉（1968—），男，工程師。