轨道动态检测.ppt

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1、武汉铁路局轨道动态检测讲座,讲演人：徐国明 2009年10月,一.轨道不平顺及对动态检测的要求,轨道不平顺是指轨道的几何形状、尺寸和空间位置相对其正常状态的偏差。凡是直线轨道不平、不直，对轨道中心线位置和高度、宽度正确尺寸的偏差；曲线轨道不圆顺，偏离正确的曲线中心线位置或正确的超高、轨距及顺坡变化数值，通称轨道不平顺。轨道不平顺根据对机车车辆激扰作用的方向，可分为垂向、横向和垂向、横向复合（简称复合）三类。,（一）轨道不平顺波长特征,轨道不平顺包含许多不同的波长成分，波长范围很宽，0.01200m波长的不平顺均常见。波长1m以下的轨面短波不平顺幅值很小，多在0.12m，主要是由钢轨接头焊缝、不

2、均匀磨耗、轨头擦伤、剥离掉块、波浪和波纹磨耗以及轨枕间距等因素形成。波长1m3.5m范围的波长成分，主要是钢轨在轧制过程中形成的周期性成分和波浪形磨耗。,波长在330m波段主要由道床路基的残余变形不均匀，道床弹性、密实度不均，各部件间隙不等，接头或焊头形成的以轨长为基波的复杂周期波成分，以及桥涵、道口等轨道刚度变化和中、小跨度桥梁的动扰度、折角等形成。30150m的波段多由路基工后沉降不均、路基施工的高程偏差、跨度较大的桥梁动扰度等构成。更长的长波多为地形起伏、线路坡度变化形成。所以，按轨道不平顺的波长特征，可分为短波、中波、长波不平顺三种；又可分为周期性和非周期性两种波长330m波长非周期性

3、、高低、轨向、三角坑、水平、轨距等不平顺的波长多在这一范围内。,（二）.各种不平顺对行车安全的影响,高低不平顺：严重的高低不平顺将引起车辆剧烈地点头和浮沉振动，会使车轮大幅度减载，甚至悬浮，在曲线或方向不良区段运行时，高低不平顺引起的车轮悬浮可能导致脱轨。如果严重减载的车轮上同时又有很大的侧向力作用，脱轨可能性更大。水平不平顺：水平不平顺，使车辆产生侧滚振动，导致一侧车轮增载，一侧减载。扭曲不平顺（三角坑）：扭曲不平顺，即我们常说的三角坑，将使转向架出现三轮支承一轮减载甚至悬浮的危险情况，欧洲和我国刚度较大的货车在曲线圆缓点去的脱轨事故大多与轨道扭曲不平顺有关。无论曲线和直线上严重的局部扭曲不

4、平顺都可能引起车辆剧烈的侧滚和侧摆振动，导致脱轨。,方向不平顺：严重的方向不平顺引起的过大的车轮侧向力和车轴侧向力，可能使轨枕、扣件不良地段的钢轨倾翻或轨排横移，造成列车脱轨。过大的侧向力也往往使脱轨系数增大，引起车轮爬轨掉道。连续的方向水平逆向复合不平顺：连续的方向水平逆向复合不平顺，对行车安全的威胁最大，根据日本的研究，是造成日本货车脱轨的主要原因之一，对方向水平复合不平顺严格管理以后，日本的货车脱轨事故便大幅度减少。轨距不平顺：轨距偏差过大，会出现车轮掉道或卡轨。我国和部分国家的传统观念认为即使轨距尚未扩大到会使车轮掉道的程度，如果车辆锥行踏面的大坡度段（1：10）已进入轨顶内侧圆弧以内

5、，仍应避免。这是因为斜度较大的车轮踏面将使钢轨遭受额外增加的水平推力。曲线头尾的几何偏差：曲线头尾的几何偏差，往往是列车曲线脱轨的重要原因，这种几何偏差，实质上是一种轨道超高和曲率不匹配的复合不平顺，当然也会影响列车安全。,二.轨检车动态检查,目前世界各国用来测量高低、轨向不平顺的方法可归纳为弦测法和惯性基准法两大类目前国内外的轻型轨检小车大都采用弦测法中的三点中弦法我局轨检车采用的是惯性基准法测量轨道不平顺,目前，我局共有轨道检查车2辆：WX999249、WX999290；检测设备从美国Imagemap公司进口，采用线型激光光源、摄像机、图像处理系统，通过对钢轨断面轮廓图像的测量获得轨距、轨

6、向等测量值，是继型、型车以来，第一次采用的基于网络平台的非接触式测量系统。,（一）.轨检车的车体和检测设备的基本机构,1车上大致情况WX999249、WX999290轨道检查车车体均由南京浦镇厂生产的25T型车体，车上包括会议室、仪表室、休息室、厨房、卫生间，有集便器、冰箱、洗衣机、微波炉等生活设备。,2检测设备基本结构轨道检查系统即Laserail断面和几何测量系统（LPGMS），能实时提供钢轨断面和轨道几何精确和可靠的测量，主要包括如下3个主要部分：非接触测量总成；VME计算机系统；通用几何Windows软件。VME计算机系统安装在轨检车里，非接触测量总成安装在与转向架相连的测量梁中。测量

7、梁中传感器数据经过数字化后发送到VME计算机的几何CPU，然后进行合成和滤波处理，得到轨道几何数据，在检查车里的工作站上运行通用几何软件，可以实时显示轨道几何波形、进行超限判断、数据库存储、超限编辑和报表打印等。,非接触测量总成安装在检查车底下，如图所示为实物图，检测设备摄像机组配置使用10个摄像机和4个激光器用于钢轨断面的非接触测量，摄像机和激光器被固定安装在车底下的封闭梁里。钢轨内、外两侧激光器发出一扇形光带，垂直照射在钢轨上，在钢轨上形成一垂直断面；同时，断面和轨距摄像机捕捉到激光线的图像，视频图像输出到VMEbus计算机系统，经数字化后，拟合成完整的钢轨断面图像，通过坐标变换、合成和滤

8、波处理等，得到轨道几何数据和钢轨断面磨耗等。惯性测量包安装在激光器/摄像机梁的中部，惯性测量包测量车辆转向架的横向和垂向加速度以及滚动和摇头速率等。,GJ-5型轨检车可测项目：轨距、左右轨向（空间曲线或可变换成多种弦测值）、左右高低（空间曲线或可变换成多种弦测值）、水平（超高）、三角坑、曲率（弧度或半径）、车体加速度、轨底坡（可选项）、钢轨断面（可选项）等。,技术标准：,（二）.型车检测原理,该轨检车采用梁结构方式的惯性测量及摄像式的图像测量原理，即惯性基准与测量基准被安装在同一刚体内。任何几何量测量系统的基础都是对坐标系的明确定义，以及在这个坐标系下的各种变换和各被测量之间的关系。如下图为坐

9、标系的几何定义：,如图所示：图中采用右手坐标系，各参数定义如下；x轴指向页面的里面为正，表示车体的行进方向；y 轴指向向右的水平方向为正；z 轴指向向下的垂直方向为正；角j 表示航向偏角，正值为由x 轴方向转向y 轴方向，即向右偏转；角J 表示滚动的偏角，正值表示y 轴方向向z 轴方向旋转，即左轨抬高；角y 表示倾斜角的偏差，正值表示x 轴向z 轴方向旋转，即坡度角；,测量基准（轨检梁刚体）与钢轨及惯性系统的相互位置关系定义如下：gL 左轨轨距点相对测量基准的偏移；gR 右轨轨距点相对测量基准的偏移；dL 左轨踏面顶点相对测量基准的偏移；dR 右轨踏面顶点相对测量基准的偏移；wx 轨检梁的滚动

10、角速率；wz 轨检梁的摇头角速率；ay 轨检梁的横向加速度及倾角；aL 轨检梁的垂向加速度；G 轨道踏面中点之间的标准距离，为1511mm；ht 惯性平台相对于轨距测量线的垂直高度；AL 左侧垂直加速度计安装位置相对梁中心的距离；,轨 距,轨距定义为左右两根钢轨顶面以下16mm点之间的最短距离.在激光断面测量系统中是通过计算左右钢轨顶面各点中具有最大的Y值点以下16mm处间的距离获得的.目前要求新引进轨道检测系统检测左右两根钢轨顶面以下16mm点之间的最短距离.,轨距由左右钢轨的轨距点相对于测量梁两个固定点位移偏差的代数和而求得，即：其中K为测量梁两个固定点的距离，如果测量梁为刚体，且摄像机的

11、安装位置及角度未发生变化，则为常数。该常数由静态标定确定。,轨道不平顺定义：轨向,钢轨内侧轨距点垂直于轨道方向偏离轨距点平均位置的偏差。分左右轨向两种。轨向也称作方向。,轨向加速度计响应：式中为轨距梁的中点，为轨距梁相对于地面的倾角；第一项为轨距梁横向运动所产生的加速度，正是我们想要的测量值；第二项为重力分量；第三项由于轨距梁侧滚运动所产生的加速度；则左右轨向为：左轨向：=cos()-(+C);右轨向：=cos()+(+C);其中 为轨向测量平面和轨距梁所在平面夹角，可由L和R计算获得。对于安装于构架上的安全梁，轨向的测量平面和轨距梁所在平面并不平行；要将 投影到轨向的测量平面，其投影为*co

12、s()；则通过上述公式即可测得左右轨向。,轨道不平顺定义：高低,钢轨顶面垂直于轨道方向偏离钢轨顶面平均位置的偏差。分左右高低两种。,垂直加速度计的响应：由于垂直加速度计安装在梁的中间，因此AL=0，由该式积分可得到Zb，又由即可计算得到左右高低ZL、ZR。,轨道不平顺定义：水平、超高,中国水平：同一轨道横截面上左右钢轨顶面所在水平面的高度差。不含圆曲线上设置的超高和缓和曲线上超高顺坡量。UIC水平型轨检车车相对水平超高：曲线地段外轨顶面与内轨顶面设计水平高度之差。,超高和水平测量方法,通过测量轨道平面相对于水平面的倾角计算。该倾角等于检测梁的倾角与梁相对于轨道平面倾角之差，即：检测梁的倾角可由

13、测滚陀螺和倾角仪（水平加速度）可计算得到。梁相对于轨道平面倾角由激光摄像系统计算得到。,轨道不平顺定义：三角坑,轨道平面的扭曲，沿轨道方向前后两水平代数差。也称作扭曲,曲率测量方法,曲率是以列车走行的单位距离轨道的方向角的变化表示。即：由摇头陀螺陀螺可以测量摇头速率,轨检车检测项目正号定义,轨检车正向：检测梁位于轨检车二位端，定义二位端至一位端方向为轨检车正向，轨检车行使方向与轨检车正向一致时为正向检测，反之为反向检测。轨距（偏差）正负：实际轨距大于标准轨距时轨距偏差为正，反之为负；高低正负：高低向上为正，向下为负；轨向正负：顺轨检车正向，轨向向左为正，向右为负；水平正负：顺轨检车正向，左轨高

14、为正，反之为负；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。,为适应铁路提速和重载不断发展的需要，铁路线路修理规则（铁运【2006】146号文）于2006年8月1日正式执行。文中对轨道动态检测标准按V120km/h、120km/h160km/h划分了四级管理值。缺乏速度200km/h以上等级干线管理标准，为适应我国第六次既有线提速改造的需要，以及填补我国铁路线路修理规则没有针对既有线200250km/h区段的养护维修办法和各项检测标准。铁道部检测中心受铁道部委托，结合

15、国外高速铁路的成熟经验以及现场积累的相关经验，通过多年干线检测数据的大量分析和研究，提出了针对既有线提速线路200250km/h区段轨道动态检测项目和管理标准，并以此为依据于2007年3月13日铁道部印发 既有线提速200250km/h线桥设备维修规则（铁运【2007】44号）。文中对200和250km/h区段轨道动态管理标准进行了明确，增加了提速区段高低、轨向、长波长、轨距变化率、曲率变化率和横加变化率等管理项目。由此形成了V120km/h、120V160km/h、160km/hV200km/h、200km/hV250km/h四个速度等级的轨道动态管理标准，后经过轨检车会议讨论后形成新的轨道

16、动态管理暂行试验标准如表3所示。,（三）.新增项目及动态检测标准修订,表3 轨道动态管理暂行试验标准,注：根据目前各客运专线需要，轨检车检测标准已有300350km/h的标准，详情请见动检车轨检部分。,新增加的长波长高低、轨向和三个变化率指标主要用于评价高速区段的列车运行的安全性与乘坐舒适性。伴随行车速度的不断提高，对于行车安全有影响的轨道部平顺波长范围也随之扩大。运行速度从120提高到200250公里/小时，需要控制的轨道部平顺波长范围也有30米扩大到70米甚至120米，长波不平顺对车体振动的影响更加重要，由此引发必须监控和校正的波长范围也大为增加。变化率室轨道不平顺局部波形特征描述的方法之

17、一，其反应的是幅值的变化快慢，不同于单纯的幅值大小。,曲率变化率,目前轨检车是由相隔18m的两点实际测量的曲率差除以18m计算得到。选择18m主要考虑车辆定距和滤波。曲率可以通过测量20m正矢得到，简化近似公式为：，C为曲率(1/m)，为20m正矢(mm)。曲率变化率静态测量时，基长取20m，则曲率变化率为:。即弦长20m正矢变化为1mm时，曲率变化率为。这只是简单计算，还要做些数据处理，消除测量误差和不需要的成分。曲率变化率主要考虑直线段长波长轨向和曲线段曲线不圆顺，是舒适性控制指标。,通常在曲线的圆缓点和直缓点，曲率变化率较大，这是一个考察曲线圆顺度的量，请看下图：,轨距变化率,只要满足列

18、车通过条件连续不变轨距小轨距有利车辆动力性能。轨距检测受标定误差影响，常产生检测系统误差。由相隔2.5m的两点实际测量的轨距差除以2.5m得到。选择2.5m主要考虑车辆轴距和滤波。轨距变化率直接影响轮轨接触几何，危机行车安全和舒适性。,轨距变化率,横向（水平）加速度变化率,由相隔18m的两点实际测量的横向加速度差除以18m走行时间。选择18m主要考虑车辆定距和滤波。是舒适性控制指标。横加变化率受行车速度影响较大，以前只有1级超限，现在增加了2级超限项目在我们局型轨距车上，横加变化率不能在波形图上显示，由另外的程序导入数据库中，再跟其他项目一起汇总。,(1.570m)长波高低和轨向不平顺,1.5

19、70m是长波高低和轨向不平顺随机信号所包含的波长范围。以往轨检车检测输出和评价的高低和轨向波长范围是1.542m。对于160km/h以下线路1.542m波长范围的高低和轨向不平顺足以反映影响行车安全和舒适性。但160km/h以上是1.542m波长范围的高低和轨向不平顺主要反映影响行车安全，考虑舒适性必须而且重点考虑1.570m波长范围的高低和轨向不平顺。,波长070米高低,波长070米轨向,（四）.轨检车的轨道状态均值管理,在评价线路质量方面，峰值管理方式具有一定的偏面性和惩罚性。采用先进的轨道检测技术进行动态检测的国家，多数采用均值或类似均值管理的方式评价线路整体区段的质量。如英国采用均方差

20、管理，日本采用P值管理，法国、德国等发达国家也采用均值管理的方式，有针对性的做好预防性维修。我国采用的轨道质量指数实质上就是采用均方差方法的统计值。,1.铁道部运输局文件-关于印发既有线轨道不平顺质量指数标准及管理暂行 办法的通知,轨道不平顺质量指数（Track Quality Index）简称 TQI，是一种采用数学统计方法描述区段轨道整体质量状态的综合指标和评价方法。运用TQI评价和管理轨道状态，是对单一幅值扣分评判轨道质量方法的补充，提高轨道检测数据综合应用水平，为科学制定线路维修计划，保证轨道状态的均衡发展提供科学依据。TQI的物理含义：TQI是高低、轨向、水平和三角坑的动态检测数据的

21、统计结果，该值的大小与轨道状态平顺性密切相关，表明200m区段轨道状态离散的程度，即数值越大表明轨道的平顺程度越差、波动性也越大。各单项轨道不平顺的统计值同样也反映出该项轨道状态的平顺程度。,TQI的计算方法 TQI值是左高低、右高低、左轨向、右轨向、轨距、水平和三角坑等七项几何不平顺在200m区段的标准差之和。,式1,式2,式3,各项几何偏差的标准差；i=1，2，7；分别为：左高低、右高低、左轨向、右轨向、轨距、水平、三角坑等；,指在200m单元区段中各项几何偏差的幅值，j=1，2，n;i=1,2,7。,n:采样点的个数（200m单元区段中 n=800）。,TQI及各单项标准差的管理值,既有

22、线路不同速度等级及高速铁路轨道不平顺200m单元区段TQI及单项标准差管理标准见表1.表1：200m区段轨道不平顺质量指数TQI管理标准（单位：mm),注：除注明外，适用于轨道不平顺波长为42米以下。,TQI的管理办法,为便于对区段轨道不平顺质量指数TQI管理标准的推广与应用，依据线路修理规则轨道不平顺幅值扣分管理办法，确定TQI的管理办法以公里为管理和维修的长度单位，对TQI的评价引入“T值”的概念。T值的概念：将200m区段轨道不平顺质量指数TQI超过管理值的大小作为扣分 值，每公里5个单元区段的扣分数 值之和，简称“T值”。T值是根据单元区段内TQI值超过对应管理值的程度来确定的。用于

23、值计算的200m区段轨道不平顺质量指数TQI管理值标准见表2 表2 用于 轨道不平顺质量指数TQI管理值标准,200m单元区段 值和公里T值的物理含义,为有效发挥区段轨道不平顺质量指数TQI指导线路养护维修和制定维修计划的作用，对于 值，定义为该值未超过（小于等于）该速度等级的管理值，则该200m区段扣分 值为0；该值大于管理值但小于等于“超过10%”管理值，则该200m区段扣分 值为40分；该值大于“超过10%”管理值但小于“超过20%”管理值，则该200m区段扣分 值为50分，该值大于“超过20%”管理值，则该200m区段扣分 值为61分，见表3.表3：200m单元区段 值扣分数定义,按照

24、每公里作为管理长度，则每公里所包含的5个200m单元区段的TQI扣分之和为T，T值计算公式为：通过上述公式计算，从而实现以公里为管理单位的轨道状态质量的综合评价，某公里的T值越大，说明该公里超过TQI管理值的段数和超限程度也越大，应优先安排维修。,均衡公里、计划公里、优先公里的定义,根据T值的大小评价每公里轨道状态质量，以均衡、计划、优先三种方式来制定大型养路机械维修或轨道综合维修计划，其含义见表4.表4：整公里T值评价定义表,对于T100的线路，应优先列入维修计划，尽快安排成段维修；对于0T100的线路，应统筹兼顾，根据 值的大小，合理安排维修或保养，适时对线路进行整修；对于T=0 的线路，

25、应避免成段扰动道床，只对超限峰值处所进行整修。,三.动检车检查,目前，铁道部共有动检车10号车和0号车动检车与工务相关的部分有动力学检测和轨检部分,1.动力学部分,动力学检测的内容为运行安全性检测与平稳性检测，其中运行安全性指标为脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力；运行平稳性指标为横向平稳性、垂向平稳性。,（1）动力学指标的评定标准,评判标准 GB/T 5599-85 铁路车辆动力学性能评定和试验鉴定规范运行安全性标准脱轨系数Q/P 0.8 式中：Q横向力，P垂向力；轮重减载率P/P0.8 式中：P垂向力；轮轴横向力H（10P0/3）式中：P0表示静轴重平稳性指标（W）运行平稳性指标等级分类如下

26、：,（2）动力学超限及检测,当线路不能完全满足车辆安全运行要求时，动力学指标将会变大，超出限值。当发生轮重减载率超限时，动力学波形图如图1所示。图1中对应的红色波形中被圈定的部分为动力学超限处。图1 轮重减载率超限波形图 现场的反馈为：岔前高低3mm。,当发生脱轨系数超限时，动力学波形图如图2所示。图2 脱轨系数超限波形图 现场反馈意见为：圆曲线内19点计划正矢63mm，实量58mm；20点计划正矢63mm，实量66mm，正矢连续差8mm。,当发生横向力超限时，动力学波形图如图3所示。图3 轮轴横向力超限波形图现场反馈为：超限位置方向6mm；轨距2，1mm（1.5m范围内）,动检车轨检部分与轨

27、检车检测系统相同，检测标准相同。只是克服了轨检车行车速度达不到250km/h的缺点。其他各方面均与轨检车相同。RH2-010A综合检测列车轨道检测系统检测项目包括：中波高低，长波高低，水平，三角坑，车体垂向加速度，车体横向加速度，曲率变化率，车体横加变化率。,2.轨道检测系统,检测标准：,注：高低和轨向偏差为计算零线到波峰的幅值；水平限值不包含曲线按规定设置的超高值及超高顺坡量；三角坑限值包含缓和曲线超高顺坡造成的扭曲量；车体垂向加速度采用20Hz低通滤波，车体横向加速度采用10Hz低通滤波；加速度等速检测速度应在Vmax10%范围内。避免出现连续多波不平顺和轨向、水平逆向复合不平顺。,四.轨

28、道病害成因分析,1轨距病害的危害及成因分析,轨距病害幅值过大过小，在其他因素作用下，可能会引起列车脱轨或爬轨。影响轨距偏差值主要有以下几个方面：轨道结构不良：如钢轨肥边、硬弯、曲线不均匀侧磨、枕木失效、道钉浮离、轨撑失效、扣件爬离、轨距挡板磨耗、提速道岔基本轨刨切等。几何尺寸不良：如轨距超限、轨距递减不顺、方向不良等。框架刚度减弱：扣件扣压力不足、轨道外侧扣件离缝弹性挤开（木枕线路尤其如此）等。,轨距超限实例,2.轨向病害的危害及成因分析,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，对列车平稳度和舒适度产生较大影响，加

29、速轨道结构和道床的变形。影响轨向偏差值主要有以下几个方面：几何尺寸不良：直线区段方向不良、曲线区段不圆顺（郑矢超限）、轨距递减不平顺等。轨道结构不良：钢轨硬弯、不均匀磨耗、木枕失效、连续道钉浮离等。框架刚度减弱：扣件扣压力不足、轨道弹性不均匀挤开等。,轨向超限实例,车体加速度辅助判断方法,一般大的轨道不平顺都可能引起较大的车体加速度响应，但受到列车速度的影响不同波长的轨道不平顺在不同速度下引起的车体加速度也不相同。一般情况高低和车体垂向加速度、轨向和车体水平加速度相关性较好，特别是轨道不平顺波长与车体敏感波长一致时，轨道不平顺与车体加速度能一一对应，只是相位不同。因此，利用车体加速度可以辅助评

30、判超限正确性，以利于超限编辑。,轨向与车体横加之间的联系,高低与车体垂加之间的联系,3.前后高低不平顺病害的危害及成因分析,众所周知前后高低不平顺（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、列车行车安全构成危害，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，其特征幅值较小、波长较短，但变化率较大，对车轮的作用力也较大，如列车速度为60110km/h时，高低引起的激振频率接近客车转向架的自振频率，将产生很大的轴箱垂直振动加速度。引起这种类型高低的因素主要为接头低扣、大轨缝及钢轨打塌、掉块、鞍磨等

31、。第二种：波长在10m左右的高低，现场较常见。其特征幅值较大、波长较长，能使车体产生沉浮和点头振动。如列车速度为60110km/h时，高低引起的激振频率接近客车车体自振频率，将产生较大的车体垂直振动。这种类型的高低易产生在桥头、道口、隧道、涵洞、道床翻浆地段软玉接合部。第三种：波长在20m左右的高低，其特征是幅值较大、波长较长，能使车体产生点头振动，当车体振幅方向与高低振幅方向相同时，将使车体产生较大振动，这种高低较少，现场工作人员容易忽视。因此，现场检查高低所用的弦绳应携带20m，在检查时用任意弦测量。,高低不平顺实例（左右高低同时超限引起垂加）,高低超限实例（单股高低超限引起三角坑）,注：

32、单股钢轨高低不好，虽不引起大的车体垂加，但引起三角坑超限，影响行车安全,4.水平病害的危害及成因分析,水平病害偏差值过大将使车辆产生倾斜和测滚振动，引起轮轨作用力变化。当水平超限幅值和运行速度一定时，其短波水平超限比长波水平超限对车辆产生的影响大。影响水平偏差幅值主要有以下几个方面：习惯做法：现场工作人员习惯将一股钢轨抬高，造成一面高现象，人为造成水平偏差值。两股钢轨下沉量不一致。一股钢轨有空吊、暗坑现象。缓和曲线超高顺坡不良。,水平超限实例,5.三角坑病害的危害及成因分析,三角坑病害偏差值过大，引起轮轨作用力变化，从而影响行车稳定性，其高点会使车辆出现测滚，同时对车体附加一个垂直力，使车辆产

33、生垂直振动；其低点会使车轮悬空减载，同时使车辆转向架扭曲变形，在其他因素作用下可能造成列车脱轨。影响三角坑偏差值主要是空吊、暗坑、反撬水平、缓和曲线超高顺坡不良（直缓点、缓曲点易出三角坑）等。,三角坑超限实例,轨检车地面标记识别,轨道上的道口、道岔、桥梁、轨距拉杆等会含有金属部件，安装于轨检梁上ALD传感器可以探测到这些金属部件，其输出的信号可以和里程、轨道不平顺同步显示在轨道检测波形图上。由于道口、道岔、桥梁、轨距拉杆等会含有金属部件大小、形状、位置不同，ALD信号反应就有所区别。因此根据ALD信号特征可以识别就可以道口、道岔、桥梁、轨距拉杆位置，根据这些位置可以方便准确地找出轨道病害的位置

34、。实际应用时可以结合曲率和超高波形图来共同确定轨道病害位置。,6.车体振动加速度病害的危害及成因分析,车体振动加速度（垂直振动加速度、水平振动加速度）病害过大，直接影响列车的平稳度、旅客的舒适度，在其他因素作用下可能引起列车脱轨。它的偏差值大小除了与车辆构造有关外，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几个方面：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、低扣、打塌、掉块、鞍磨等），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

35、振动加速度偏差影响较大。曲线、道岔区连续小方向（应万）、轨距递增不顺、钢轨直线区段交替不均匀磨耗、逆向位复合不平顺（如水平、轨向）、曲线超高设置与即时速度不匹配（如欠超过、过超高）及多种病害的叠加等队水平振动加速度偏差值影响较大。,车体振动加速度超限,如何识别地面标志,在我们平常看图需要注意的就是地面标志的识别，及ALD信号的识别。轨道上的道口、道岔、桥梁、轨距拉杆等会含有金属部件，安装于轨检梁上ALD传感器可以探测到这些金属部件，其输出的信号可以和里程、轨道不平顺同步显示在轨道检测波形图上。由于道口、道岔、桥梁、轨距拉杆等会含有金属部件大小、形状、位置不同，ALD信号反应就有所区别。因此根据

36、ALD信号特征可以识别就可以道口、道岔、桥梁、轨距拉杆位置，根据这些位置可以方便准确地找出轨道病害的位置。实际应用时可以结合曲率和超高波形图来共同确定轨道病害位置。,道岔区ALD信号特征,轨检车直向或侧向过道岔时，安装在轨检梁上的ALD传感器经过转辙器尖轨拉杆和导曲线钢轨或连接部分直股连接钢轨产生高电压信号。拉杆较细，ALD反应持续时间短，ALD信号表现为两根小刺；导曲线钢轨和连接部分直股连接钢轨较粗，ALD反应持续时间较长，同时ALD通过轨迹斜交钢轨，因此ALD经过导曲线钢轨和连接部分直股连接钢轨时产生等边梯形信号曲线,桥头ALD信号特征,轨检车通过桥时，安装在轨检梁上的ALD传感器在通过桥

37、两头护轨梭头时产生感应产生一对高电压信号，并且当ALD传感器偏离轨检梁中心较大时ALD还能感应到桥梁护轨产生高电压信号。护轨处ALD信号波动是由于检测梁随转向架横向摆动引起ALD与护轨距离变化产生的。现在许多新建桥梁无护轨，这时桥梁位置较难识别。桥头常见的轨道不平顺超限是路桥过渡段不均匀下沉产生的高低超限，特别是长波长高低不平顺超限。,平交道口ALD信号特征,平交道口处在轨道中心一般有钢筋混凝土板和其钢板约束，当ALD传感器从上面经过时产生感应，产生高电压信号。平交道口日常较难维修，因此产生空吊，道口常见的病害是三角坑和轨距，但有时因平交道口处因泥土覆盖在轨距点上产生虚假的小轨距超限。,电容枕

38、ALD信号特征,当ALD传感器通过电容枕时产生感应，产生高电压信号，但持续时间较短，当ALD增益调节恰当时能检测到电容枕位置。电容枕一般等间距布置，根据电容枕位置也可以确定轨道病害确切位置。,电容枕ALD信号特征,当列车经过道心中间放置有钢轨的区段时，ALD传感器立即感应到，产生高电压信号，而且幅值大，持续时间长，一直到道心有钢轨的区段结束，如图所示。如我们平常在波形图看见这样的图幅，可以查看现场是否有铁器，如钢轨等，我们可以根据这些特征来定位里程。,五.200250Km/h以及更高速度等级铁路对线路的要求,随着我国铁路事业日新月异的发展，各种客货混线、客运专线等高速铁路迅速发展，200250

39、km/h、300350km/h等各种高速度等级铁路干线网将在近年建立，这要求我们必须适应铁路跨越式发展，在管好既有线的基础上，要将新的研究课题放到高速铁路上来。,1.幅值微小的轨面不平顺也会引起很大的轮轨冲击力和噪声。在高速行车条件下，幅值微小的轨面不平顺也会引起强烈的轮轨冲击力，例如幅值不足0.5mm的台阶形不平顺可引起数倍于静轮重的巨大轮轨冲击力；一个0.2mm的微小焊缝迎轮台阶形不平顺，300Km/h时引起的冲击性轮轨高频动作用力可达700kN，低频轮轨力可达到300kN，将加速道碴破碎、道床路基产生不均匀沉降，从而形成较大的中长波不平顺。焊缝不平、轨面剥离、擦伤、波形磨耗等各种微小的轨

40、面短波不平顺都是发展形成更大的严重轨道不平顺、恶化轨道几何状态的重要根源。轨面短波不平顺引起的巨大轮轨作用力，还可能引发钢轨、轮轴断裂，导致恶性脱轨事故。,(一).高速行车条件下轨道/车辆相互作用的特点,2.小幅值不平顺对车辆振动舒适性的影响增大 随着行车速度的提高，轨道不平顺幅值对行车平稳舒适性的影响迅速增大，在高速行车条件下，幅值较小的不平顺也能引起车体较大振动，使平稳舒适性恶化。3.有影响的波长范围增大 当行车速度提高时，有影响的轨道不平顺波长范围也随之扩大。速度低于120Km/h时，路基高程偏差、不均匀沉降、桥梁挠曲变形形成的波长30m以上的长波不平顺影响很小，不需要控制。但是在高速行

41、车条件下，长波不平顺对车体振动的影响变得不可忽视，350km/h速度时，引起车体产生强烈振动的敏感波长可达100m。,4.谐振（共振）波长的影响突出 当行车速度不高时，44m、56m、70m、83m波长的轨道不平顺影响极小，可忽略不计，当其相应的速度分别为160、200、250、300km/h时，四种波长的激扰频率均为1Hz，而高速车辆车体的自振频率也多在1Hz左右，这些激扰频率与车体自振频率一致或接近的不平顺，必然引起车体的强烈谐振。因此，在高速行车条件下，还必须对具有谐振波长特征的轨道不平顺严格控制。5.轨道易产生车辆敏感的周期性不平顺（客运专线）在高速铁路客运专线上，主型车辆所占的比例极

42、大，车辆主振频率比较单一，并且区间行车速度基本固定，因此，车辆主型振动引起的轮轨作用力增减载率也基本不变，这就使得轨道容易产生与车辆转向架或车体主振频率相同、具有谐振波形特征危害很大的周期性轨道不平顺，将导致车辆/轨道相互作用的恶性循环。,（二）.高速铁路轨道不平顺的管理要求,1.既有线提速200250km/h线桥设备维修规则中有关轨道不平顺静态几何尺寸容许偏差管理的规定：,(1)线路轨道静态几何尺寸容许偏差管理值：,注：三角坑偏差不含曲线超高顺坡造成的扭曲量，检查三角坑时基长为6.25 m，但在延长18 m的距离内无超过表列的三角坑。,（2）道岔轨道静态几何尺寸容许偏差管理值：,注：导曲线下

43、股高于上股的限值：作业验收为0，经常保养为2 mm，临时补修为3 mm；三角坑偏差不含曲线超高顺坡造成的扭曲量，检查三角坑时基长为6.25 m，但在延长18 m的距离内无超过表列的三角坑；尖轨尖处轨距的作业验收的容许偏差管理值为1mm。,（3）曲线正矢容许偏差：,轨道静态几何尺寸容许偏差管理值中，作业验收管理值为综合维修、经常保养和临时补修作业的质量检查标准；经常保养管理值为轨道应经常保持的质量管理标准；临时补修管理值为应及时进行轨道整修的质量控制标准；限速管理值为保证列车运行平稳性和舒适性，需进行限速的控制标准。,2.既有线提速200250km/h线桥设备维修规则中有关轨道不平顺动态几何尺寸

44、容许偏差管理的规定：,（1）轨道动态质量容许偏差管理值：,注：高低和轨向偏差为计算零线到波峰的幅值；水平限值不包含曲线按规定设置的超高值及超高顺坡量；三角坑限值包含缓和曲线超高顺坡造成的扭曲量；车体垂向加速度采用20Hz低通虑波，车体横向加速度采用10Hz低通虑波；加速度等速检测速度应在Vmax10%范围内。避免出现连续多波不平顺和轨向、水平逆向复合不平顺。,（2）轨道质量指数（TQI）管理值,3.充分重视轨道复合不平顺的管理,（1）日本新干线在1979年提出了对复合不平顺的管理，并制定了适用于轨检车的复合不平顺标准值。,（2）我国铁路修规中对复合不平顺的管理要求,我国的铁路线路维修规则和既有

45、线提速200250km/h线桥设备维修规则中明确规定：对周期性连续三波及多波轨道不平顺和轨向、水平逆向复合不平顺的管理，要求应重视对以下轨道不平顺的判别，并及时处理。a.周期性连续三波及多波轨道不平顺中，幅值为7mm的轨向不平 顺，8mm的水平不平顺，8mm的高低不平顺。b.对于50m范围内有3处大于以下幅值的轨道不平顺：7mm的轨向不平顺，8mm的水平不平顺，8mm的高低不平顺。c.周期性轨道短波不平顺。d.轨向、水平逆向复合不平顺。上述轨道不平顺从不平顺的幅值来看，均在级及级与级之间，均未达到级超限，但从不平顺的连续性看均具有潜在的危机。连续性的多波不平顺容易引发激振，有导致脱轨系数增大，

46、行车严重不平稳甚至脱线的危险。周期性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，有反超高之特征。,（三）.对高速行车条件下轨道不平顺管理以及日常养护维修的一些建议,（1）严格控制轨道初始不平顺。根据外国高速铁路的实践，保持轨道平顺性的主要技术措施首先是严格控制轨道的初始不平顺。在高速行车条件下，钢轨的原始不平顺和焊缝的逆向不平顺会产生巨大的轮轨冲击力，引起车体垂向和横向加速度严重超标。因此，要严格控制钢轨和焊缝的原始不平顺，严把钢轨的供货质量和焊接质量；注重钢轨、焊缝的打磨，消除轨面初始不平顺；并严格按作业质量验收标准来控制轨面初始不平顺。二是采用保持平顺性好的重型轨道结构：采用

47、重型钢轨区间或跨区间无缝线路，采用平顺性好的大号码可动心轨道岔，采用横向阻力大的轨枕或无碴轨道，采用弹性好、可靠性高的扣件、垫板等。,（2）利用好轨道动态检测数据：主要做好三方面的工作：一方面利用轨检车的三级、二级超限资料和车载式线路检查仪的级晃车地点，采用峰值管理的方法，指导线路补修工作；其次是利用轨检车检测的轨道质量指数（TQI）指导线路维修保养工作，根据不同线路、不同轨道结构制定不同的TQI保养管理值，对超过TQI保养管理值的地段要在认真分析的基础上，结合工区的保养能力，确定每个月保养的重点地段，然后重点分析每200m/h单元区段TQI分项值的分布情况，确定每个单元区段保养的重点作业项目，真正做到把有限的劳力和资金用到最需要的地方，不断提高线路养修工作的针对性和科学性；第三是充分重视复合不平顺和长波不平顺的分析、整修，利用轨检车检测的波形图，认真分析复合不平顺和长波不平顺的病害发生地点，结合现场调查分析形成的原因，研究整治的方法和措施，有效提高轨道的平顺性。,六.法铁TGV最高时速试验,放映结束，谢谢大家！,