軌道扣件智能檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

劉妮娜 王永錄

(1.南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院軌道交通綜合實(shí)訓(xùn)中心， 南京 210031 ；

軌道扣件智能檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

劉妮娜1王永錄2

(1.南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院軌道交通綜合實(shí)訓(xùn)中心， 南京 210031 ；

2.蘭州鐵路局蘭西機(jī)務(wù)段客運(yùn)車間， 蘭州 730000)

扣件失效是軌道系統(tǒng)最常見的病害之一，發(fā)生概率很高，因此扣件檢查成為高速鐵路日常巡檢重點(diǎn)項(xiàng)目，是保障高速鐵路運(yùn)營(yíng)安全的關(guān)鍵措施之一。目前，鐵路部門對(duì)扣件檢查基本采用人工檢查方式，這種檢查方式存在工作效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、人為因素干擾多、檢查采樣率低等缺點(diǎn)。文章研究Intelligent Rail Car軌道扣件智能檢測(cè)系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱iRC小車)的工作原理、結(jié)構(gòu)組成及功能，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測(cè)試應(yīng)用，iRC小車能夠有效檢測(cè)、反饋扣件的異常狀態(tài)作為扣件彈條養(yǎng)護(hù)維修的依據(jù)，成為高速鐵路工務(wù)維護(hù)人員巡查軌道扣件的快速有力的輔助工具。

軌道扣件； 智能檢測(cè)系統(tǒng)； 功能； 扣件檢測(cè)

隨著高速鐵路大規(guī)模的通車,從整體上確保高速鐵路的系統(tǒng)安全性和可持續(xù)性是我國(guó)高速鐵路面臨的重大挑戰(zhàn)。我國(guó)《高速列車科技發(fā)展“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃》指出:“研究并形成作為高速列車安全可靠運(yùn)行的承載和支撐的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、養(yǎng)護(hù)及服役狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)體系是大規(guī)模高速鐵路網(wǎng)能力形成、運(yùn)營(yíng)安全、能力保持和高效運(yùn)營(yíng)的全局性保障,是我國(guó)高速鐵路網(wǎng)能力形成與保持的戰(zhàn)略需求”。

扣件系統(tǒng)作為軌道結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部件，其基本功能包括：保持軌距、防止鋼軌爬行、增大軌道框架、提供軌道絕緣、保證軌道電路正常工作和調(diào)整鋼軌位置等?？奂?huì)改變軌道軌距、平順度，增大列車動(dòng)態(tài)脫軌系數(shù)?？奂擒壍老到y(tǒng)最常見的病害之一，發(fā)生的概率很高，扣件檢查成為高速鐵路日常巡檢重點(diǎn)項(xiàng)目，是保障高速鐵路運(yùn)營(yíng)安全的關(guān)鍵措施之一[1]。

目前，鐵路部門對(duì)扣件檢查基本采用人工檢查方式，檢查人員以塞尺作為檢查工具，輔助頭燈照明裝置，逐個(gè)檢查扣件的狀態(tài)。我國(guó)高速鐵路的軌道檢查在夜間進(jìn)行，提供的天窗時(shí)間短，因而使得這種檢查方式存在工作效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、人為因素影響多、檢查采樣率低等缺點(diǎn)，不滿足我國(guó)高速鐵路軌道扣件服役狀態(tài)普查的要求。

1 iRC小車工作原理及組成功能

1.1 工作原理

iRC小車主要用于自動(dòng)檢測(cè)軌道扣件的完整性以及彈條的緊固狀態(tài)，同時(shí)自動(dòng)測(cè)量扣件墊板厚度[2]。系統(tǒng)采用高精度激光傳感器同步掃描軌道扣件，獲得扣件的三維點(diǎn)云，通過處理軟件智能、快速、可靠地檢測(cè)扣件的完整性和彈條的緊固狀態(tài)，并實(shí)時(shí)聲光報(bào)警，同時(shí)保存檢測(cè)結(jié)果，作為扣件系統(tǒng)養(yǎng)護(hù)維修的依據(jù)，是軌道維護(hù)人員巡查扣件系統(tǒng)快速有效的輔助工具。

1.2 組成及技術(shù)指標(biāo)

1.2.1 組成

iRC小車主要由鋰電池組、顯示器、推桿、同步控制器、編碼器、聲光報(bào)警器、激光傳感器組成，如圖1所示。

圖1 iRC軌道扣件智能檢測(cè)系統(tǒng)組成

1.2.2 技術(shù)指標(biāo)

(1)檢測(cè)速度：0～10 km/h；

(2)檢測(cè)精度：±0.1 mm；

(3)持續(xù)工作時(shí)間：大于4 h；

(4)工作溫度：-10℃～50℃；

(5)存儲(chǔ)容量：120 G；

(6)設(shè)備重量：小于35 kg；

(7)幾何尺寸：180 cm×60 cm×35 cm。

1.3 功能

1.3.1 扣件檢測(cè)[3]

iRC小車可以檢測(cè)我國(guó)高速鐵路扣件類型有：WJ-7、WJ-8、W300-12、W300-14、WJ-5等?？蓹z測(cè)扣件間隙、丟失、嚴(yán)重?fù)p壞、絕緣塊丟失、扣件異常(與iRC小車能檢測(cè)扣件類型的模型不匹配且不適用上述檢測(cè)項(xiàng)目的其他病害)、墊厚度及軌枕間隔過大等，其他未被收錄的類型，經(jīng)過系統(tǒng)進(jìn)行采集建模后可以加入檢測(cè)。扣件檢測(cè)功能如表1所示。

表1 扣件檢測(cè)功能表

1.3.2 軌枕定位

iRC小車能給予每一根軌枕唯一的編號(hào)，此編號(hào)由用戶進(jìn)行設(shè)置，可以選擇用CPIII編號(hào)、軌道板編號(hào)、里程來指定。iRC小車上線檢測(cè)開始時(shí)，只要設(shè)定第一根軌枕的編號(hào)值，此后根據(jù)用戶選擇的編號(hào)類型自動(dòng)推算下一個(gè)軌枕編號(hào)。iRC小車把每根軌枕上的4個(gè)扣件檢測(cè)結(jié)果與軌枕編號(hào)一一對(duì)應(yīng)，并存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中。

(1)CPIII編號(hào):CPIII編號(hào)中包含里程信息。只要使用CPIII編號(hào)就可以快速定位到唯一的軌枕，但是當(dāng)每個(gè)CPIII中包含的軌枕數(shù)不一致時(shí)，軌枕定位比較復(fù)雜。

(2)軌道板編號(hào)：每塊軌道板上的軌枕數(shù)量基本一致，使用軌道板編號(hào)時(shí)再加上iRC小車生成的里程信息，可以很好的為每一根軌枕定位。

(3)里程：iRC小車在使用時(shí)，由用戶設(shè)置起始里程。在檢測(cè)過程中自動(dòng)計(jì)算里程。每經(jīng)過一根軌枕，里程信息就與其對(duì)應(yīng)。

1.3.3 報(bào)警提示

每次聲光報(bào)警時(shí)，提示操作人員當(dāng)前軌枕上的扣件有病害。操作人員聽到報(bào)警后，停止iRC小車，根據(jù)iRC小車對(duì)扣件病害的提示進(jìn)行相關(guān)維護(hù)后完成軌道檢測(cè)。

1.3.4 數(shù)據(jù)導(dǎo)出

能導(dǎo)出當(dāng)次檢測(cè)的結(jié)果。用戶可以對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行處理，如報(bào)表、統(tǒng)計(jì)、分析等。在進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后，可以發(fā)現(xiàn)哪些地段是病害多發(fā)區(qū)，哪些地段良好。對(duì)于病害多發(fā)區(qū)域，可以加大檢測(cè)頻率，以有效完成軌道維護(hù)工作。

1.3.5 項(xiàng)目管理

iRC小車以項(xiàng)目方式對(duì)每一次上線維護(hù)工作進(jìn)行管理。用以保存本次上線工作的人員、線路、行別、總里程、上線下線、時(shí)間等信息。

2 iRC小車軌道檢測(cè)后處理軟件

iRC小車軌道扣件系統(tǒng)智能分析軟件是基于iRC小車軌道扣件智能檢測(cè)系統(tǒng)采集的扣件輪廓數(shù)據(jù)，所制作的扣件輪廓數(shù)據(jù)后處理軟件。該軟件提供扣件檢測(cè)和鋼軌底板與軌道板高差檢測(cè)功能，支持三維播放現(xiàn)場(chǎng)扣件情況，存儲(chǔ)并導(dǎo)出檢測(cè)結(jié)果。

2.1 墊板厚度計(jì)算

通過瀏覽扣件輪廓數(shù)據(jù)，在后處理軟件中，通過剖面視圖(如圖2所示)計(jì)算鋼軌底板與軌道板之間的高差。經(jīng)過修正后得出鋼軌墊板的厚度[4]。

圖2 扣件剖面視圖

2.2 扣件檢測(cè)

扣件狀態(tài)包括扣件間隙、扣件丟失、絕緣塊丟失、扣件嚴(yán)重?fù)p壞和扣件異常等。當(dāng)扣件檢測(cè)數(shù)據(jù)(如圖3所示)出現(xiàn)上述狀態(tài)時(shí)的軌枕被判定為問題軌枕，其他為正常軌枕。

圖3 扣件檢測(cè)數(shù)據(jù)

2.3 軌道輪廓三維瀏覽

操作數(shù)據(jù)讀取控制工具和三維視圖工具可觀看三維視圖，如圖4所示。

圖4 扣件三維點(diǎn)云圖

3 扣件檢測(cè)實(shí)驗(yàn)

3.1 組成

工務(wù)管理系統(tǒng)的組成如圖5所示。

圖5 工務(wù)管理系統(tǒng)組成

3.2 工作流程

使用移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備從iRC小車導(dǎo)出扣件的原始明細(xì)表，通過精細(xì)化數(shù)字工務(wù)管理軟件導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。精細(xì)化數(shù)字工務(wù)管理軟件能對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、報(bào)表統(tǒng)計(jì)、扣件變化曲線分析、對(duì)比。工作流程如圖6所示。

圖6 工作流程

3.3 扣件管理

扣件管理包括管理扣件偏移、定位、工務(wù)人員維護(hù)狀況等相關(guān)信息。數(shù)據(jù)查詢是根據(jù)時(shí)間來查詢相關(guān)信息(如圖7所示)。

圖7 數(shù)據(jù)查詢

報(bào)表處理(如圖8所示)是以指定段、時(shí)間區(qū)間、左右股及內(nèi)外側(cè)扣件，獲取同一段內(nèi)一系列的扣件，在歷次檢查結(jié)果的變化曲線圖中可以分析出哪一段線路的扣件病害情況嚴(yán)重，根據(jù)分析結(jié)果得出重點(diǎn)維護(hù)段[5]。

圖8 報(bào)表處理

3.4 扣件檢測(cè)測(cè)試

2013年7月25日京津城際線路上行線扣件檢測(cè)結(jié)果如表2所示。檢測(cè)時(shí)間從1：22：35到1：49：27，行程1 km，檢查扣件緊固狀態(tài)總數(shù)量為6 040個(gè)，處于1.0 mm之下的有5 898個(gè)，合格率為97.65%；處于1.0 mm之上的有142個(gè)，不合格率為2.35%，如表3所示。問題維護(hù)報(bào)表，如表4所示。

表2 2013年7月25日對(duì)W300-14型扣件檢測(cè)結(jié)果報(bào)表

表3 各種間隙的扣件統(tǒng)計(jì)表

表4 問題維護(hù)報(bào)表

在問題報(bào)表中發(fā)現(xiàn)一軌枕上的扣件絕緣塊丟失。通過對(duì)比現(xiàn)場(chǎng)問題的三維視圖(如圖9所示)，確認(rèn)絕緣塊丟失，準(zhǔn)備配件，安排維護(hù)任務(wù)。

圖9 扣件三維視圖

4 結(jié)束語(yǔ)

軌道扣件智能檢測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用，克服了我國(guó)高速鐵路的軌道檢查在夜間進(jìn)行時(shí)提供的天窗時(shí)間短，以及傳統(tǒng)人為檢查方式工作效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、人為因素影響多、檢查采樣率低等缺點(diǎn)，提高了工作效率，給高速鐵路運(yùn)行安全提供了保障，成為高速鐵路工務(wù)維護(hù)人員巡查軌道扣件快速有力的輔助工具。為我國(guó)高速鐵路線路“預(yù)防為主、防治結(jié)合、修養(yǎng)并重”的維修原則提供了真實(shí)可靠的技術(shù)支持。

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Design and Application of Intelligent Testing System of Rail Fastener

LIU Nina1WANG Yonglu2

(1.Nanjing Institute of Railway Technology , Engineer Jiangsu Nanjing,Nanjing 210031,China；2.Lanzhou railway passenger locomotives Nancy workshop, Secretary of Party General Branch,Lanzhou 730000,China)

The failure of fastener is one of the most common harms in railway system, and it occurs most frequently, so the inspections of the fasteners are a key project in the daily checking of the high-speed railway, which is also a critical measure to guarantee the high-speed railway security. At present, the inspections of the fasteners all depend on the manual methods for the railway department, which are featured by low efficiency and sampling rate, high working intensity and many interferences of human factors. In this paper, the principle, structure and function of the iRC railway fastener intelligent detection system (the iRC car) are investigated and through the experimental test, the results prove that the iRC car can detect the abnormal conditions of the fasteners effectively and feed them back to the system, which also provides supports for the maintenance of the fastener. The IRC car becomes an fast aided tool for the high-speed railway workers in railway fastener inspections.

railway fastener; intelligent detection system; function; railway fastener inspection

2016-01-04

劉妮娜(1981-)，女，工程師。

1674—8247(2016)04—0055—05

TP212

A