轨道检测技术
（之二）
第三节 轨道检查车
一、轨检车的发展
（一）我国轨检车的使用情况 随着全路提速战略的实施，行车安全和舒适己成为运输生产中的关键问题。线路作为基础设施中的重要环节，随着轨检车的应用而提高了维修质量，确保了良好的状态，成为以科技保安全的典范。近年来，轨检车随着计算机技术和检测技术的发展而得到迅速发展，检测精度和可靠性大大提高。在轨检车检测结果的监督和指导下，线路质量得到普遍提高，以动态检测为主，静态检查为辅的轨检思想己经深入人心。但是，在行车速度或检测速度提高以后，国内轨检车存在的问题也日益突出，既有的轨检车技术落后于国外先进技术。
轨检车一直是检测轨道病害、指导线路养护维修、保障行车安全的重要手段。
我国铁路从20世纪50年代起就采用1型轨检车每季度检测一次正线线路，该轨检车的特点是采用弦测法，机械传动，可以将轨距、水平、三角坑、摇晃（用单摆测量）项目的幅值绘在图纸上，人工判读超限并计算扣分。
60年代后期研制的2型轨检车仍采用弦测法，但改为电传动，检测项目比1型车增加了长波高低和短波高低，超限判读和扣分计算方式与1型车相同。
80年代初期研制成功的GJ-3型轨检车是我国轨检车技术的一次重大飞跃，其特点是将先进的传感器技术、计算机技术和惯性基准原理应用到轨检车上，可以检测高低、水平、三角坑、车体垂直和水平振动加速度，轨距、轨向则无法检测，传感器信号经过相关处理，直接以电压大小作为不平顺超限判据，计算机采集后，计算超限等级和数量，并计算扣分，以扣分的多少来衡量线路的好坏。笔式绘图仪记录不平顺波形，GJ-3型轨检车上计算机的作用仅为计算扣分，没有发挥应有的作用。仪器电路采用的大多是70年代末80年代初的分离元件，稳定性差,加之安装时间跨度大，即使同一种仪器使用的元器件也不尽相同，接口也不完全一样，造成了备件选择和维修上极大的困难，2000年前后，全路GJ-3型轨检车共有17辆，养护、维修难度很大。
1985年我国成功引进美国ENSCO公司T-10轨检车先进的轨检技术，研制成功XGJ-1型新型轨检车，并以XGJ-1型新型轨检车为基础，成功研制了GJ-4型车。这标志着我国轨检技术和轨检车又一次飞跃，使我国线路检测和轨检车跨入世界先进技术的行列。XGJ一1型新型轨检车采用惯性基准检测原理，“捷联式”系统结构，对各种误差信号进行补偿修正，并使用小型计算机集中处理全部检测项目数据。检测信号利用率高，传感器安装方便，
对车辆无特殊要求，检测项目齐全，包括轨距、轨向、高低、水平、曲率、三角坑等轨道几何不平顺。我国在引进时，又增加了车体水平和垂直振动加速度，可以用来评价线路质量状态、指导维修，还包括道岔、道口及桥梁等地面具有显著特证的标志物，方便工务人员查找病害。同时，我国技术人员学习、吸收T-10检测原理、技术和经验，研制了轨距轨向测量装置，装备GJ-3型轨检车，解决了GJ-3型轨检车检测项目不全问题。
随着铁路大提速的新形式，原有轨检车显露出不能适应提速新形式的要求。
GJ-4型车（包括GJ-3型轨检车）复杂的机械系统在恶劣的使用环境下容易出现故障；轨距吊梁悬挂在轴箱上，冲击和振动影响非常大，导致轨距吊梁本身的安全问题。东北地区和其他寒冷地区，由于雨雪造成伺服机构结冰无法正常工作而引起轨距、轨向无法测量时间在3-6个月以上；西北地区风沙导致的伺服机构移动失常，伺服电机和梁上传感器的故障率远远大于安装在其他部位的传感器。吊梁在检测速度比较高时出现周期性振荡导致检测失真。随着电气化铁路的日益增多，电磁作用对采集系统的干扰问题也显现出来。
以上情况都说明，GJ-3/GJ-4型轨检车仍存在的一些问题，尤其是在提速线路上使用，距离期望和实际要求还有一定的差距。取消GJ-4型轨检车（包括GJ-3型轨检车）上的轨距吊梁工作迫在眉睫，否则引发的行车安全问题将带来不堪设想的后果，特别是检测速度提高、检测密度加大、检测环境复杂（冬天东北地区、夏季多雨的南方地区、风沙灾害严重的西北地区）检测配件不足及超期服役情况下，安全问题、检测精度问题、可靠性问题都难以很好的保证。国外的做法是将吊梁安装在构架上，大大减少了振动的影响，保证了安全性，同时取消了伺服机构，采用无移动部件的传感器，可以大大减少设备故障率，提高检测精度。
虽然GJ-4型轨检车在我国铁路线路检测中起到了重要作用，但GJ-4型车目前检测项目对指导维修来说还很不够。国外轨检车除检测轨道几何状态、行车舒适度（车体加速度）外，还可以检测对维修和安全具有重要意义的钢轨垂直磨耗、侧面磨耗、波浪磨耗、轮轨作用力及由此计算得到的脱轨系数、轮重减载率和轮轴力等。面对日趋严峻的形式，铁道部决定再次引进国外最新的检测技术及轨检车，以满足不断提速的需要。目前大量新型轨检车即GJ-5型轨检车正处于引进开发阶段，并即将投入使用。针对GJ-4型车（包括GJ-3型轨检车）存在的问题，结合引进国外最新摄像式检测技术，GJ-4G型轨检车，GJ-3型改造轨检车己相继研制成功。
伴随既有提速线路和重载运输的发展，轨检车检测技术的进步，提出和完善l20km/h以上线路轨道不平顺管理标准和管理办法的研究，相继研究制定了120～l60km/h、160～200km/h轨道局部不平顺管理标准和评价方法，提出了轨道区段不平顺管理的方法和评价标准，为配合今后高速轨检车的使用，研制轨道不平顺管理系统化管理标准和方法奠定了基础。
（二）国外轨检车技术 随着铁路高速化的进展，国际轨检技术在同速检测和综合检测的潮流下（动车组检测），己向着无移动部件、检测项目齐全、故障判断高智能化、检测系统网络化、检测数据处理科学化的方向发展，相继涌现出许多先进的
检测技术、方法和设备。
1．日本高速铁路轨检车
日本目前高速铁路总长2049公里，山阳新干线500系高速列车运行速度为300km/h，东海道新干线运行速度270km/h，东日本的东北、上越、北陆新干线运行速度为275km/h。日本先后生产了六列“电气轨道综合试验车”（黄色医生，见图4-3-1）用于综合检测，并以近期投入使用的E926型“East-i”（见图4-3-2）最具代表性。
图4-3-1 黄色医生
East-i由六辆检测车组成，在JR东日本新干线检测速度为275km/h，检测速度与运行速度一致，实现了等速检测。“East-i”可进行轨道、接触网、轮轨作用力、车体加速度、通信信号的检测。线路检测系统安装在列车的第3号车辆上，该车辆采用了与实际运行车辆相同的两个转向架结构，以使轨检车车辆的性能与实际运行车辆相同，属于典型的动车组检测列车。
图4-3-2 East i综合检测列车
East-i综合检测列车每10天对新干线线路检测l遍，凡检测结果超过紧急补修标准，当夜就要进行紧急补修；如果超过了限速限速运行标准，不仅当夜要进行紧急补修，而且中心指令室立即通过联网计算机向通过该区段的各次列车司机发出指令，司机将严格按照操纵台上显示的慢行区段和慢行速度来操纵列车运行。如果East-i综合检测列车因维修而不能进行检测，则在运营动车组中编挂一辆轨检车，使轨道检测工作不停止。
2．德国的轨道检查车
德国铁路的路网公司DB Netz目前管理的铁路运营里程为35000公里左右，在运营线路的轨道质量检测方面，采用的检测方式包括人工定期检测和设备动态检测两种。人工定期检测手段包括目测和使用小型检测设备。动态检测设备包括轨道检查车、钢轨探伤车、波浪磨耗检测车等。
路网公司的线路检测工作统一由检测部门NBI 4来完成，该部门负责轨道检查车研究开发和检测运营工作。该部门配备6辆轨道检查车其中一辆为高速轨检车（OMWE，见图4-3-3），检测运营速度受车体构造速度的限制为200km/h，还没有实现等速检测；其余为机械式低速GMTZ轨检车和OMW轨检车，检测速度在80km/h左右，主要负责160km/h以下的线路的日常检测。德国230km/h以上高速铁路的轨道检测周期为一般2个月，特殊情况不超过3个月，其检测周期与我国相比比要长得多，这与线路的整体质量和线路的运输负荷及轨道维修养护模式有关。德国在新线建设的过程、线路提速改造、线路大修时既对轨道质量的控制就非常严格，而且路网密集，轨道的运护维修机输负荷相对较小，轨道养械化程度高，轨道质量相对较稳定，DB Netz的经验表明这样的检测间隔已足够。
图4-3-3 德国OMWE高速轨检车
德国DB的基础设施检测由DB Netz的NBI 4来完成，同时该部门也负责轨检车的研究开发，DBNetz的NBI 4己有25年的轨检车研究开发历史，目前投入运营的轨道检查车有OWE和GMTZ两种，正在进行研制试验的是RaiLAB新型高速轨检车，是OMWE的改进型，采用相同的检测原理和系统设计，包含两节车，检测设备占用一节车，数据处理系统设备占用另外一辆车，该车研制工作已完成，现正进行最后的整车标定，其中GMTZ为机械式，采用弦测法测量原理的历史较长的低速轨检车；OMWE为该部门研制的高速轨检车，采用惯性法检测原理，可检测轨距、轨向、高低、水平、三角坑等轨道几何参数，还可计算出欠超高，250米区段内的几何不平顺参数的均方差，并对轨道的质量根据几何不平顺数据进行加权后的总体评价。DB的轨道检查车并不对检测车的车体振动加速度进行检测，其着重点在轨道的几何不平顺，乘坐舒适度方面的监测由车辆方面的部门负责，这与我国是不同的。
OMWE和RaiLAB的主要技术特点是：
（1）采用激光无接触检测技术（PSD技术），利用光学跟踪系统在列车运行过程中自动跟踪锁定轨距测量点和钢轨顶面中心线（高低及水平测点），以保证系统的检测精度。
（2）车上安装三轴陀螺惯性平台，建立绝对惯性基准，惯性平台与车体之间减振措施完善，通过不同方向的位移计检测惯性平台与钢轨之间的相对位置变化，再通过多次空间坐标变换得到轨道在空间域内的准确位置变化。