朔黄铁路重载综合检测车(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)


发布时间:2020-09-10 02:49:55

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作者:贾晋中 陆生 彭丽宇 秦怀兵

出版社:中国铁道出版社

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朔黄铁路重载综合检测车

朔黄铁路重载综合检测车试读:

前言

中国在跨入铁路客运“高铁时代”的同时,也跨入了铁路货运的“重载时代”。发展重载铁路运输是国际货运铁路的主要发展方向,重载运输已成为大宗货物最为经济有效的运输方式。

重载铁路大轴重、大密度、大运量、长编组的特点,使得基础设施承受较大荷载,造成其结构及其部件的疲劳伤损加快,变形增加,维修养护工作量加大,安全风险升高。为保证安全运输,必须全面掌握设备状态,实时评价设备质量,准确进行设备安全评估。要实现以上目标,应在现有静态监测的基础上,对基础设施进行周期性的动态检测。

自2009年以来,朔黄铁路发展有限责任公司本着“打造国内领先、世界一流‘绿色、高效、数字化’重载铁路”的目标,提出了重载综合检测车研发方案和理念,联合中、美、英、德等国内外铁路检测主流技术供应商和科研院所,于2013年共同研制成功世界首列重载铁路综合检测车,首次实现了重载铁路基础设施状态的动态、同步、综合检测,集成了首套基于同一时空坐标的检测数据综合分析系统,能够利用各专业同一时空检测数据进行关联设备质量分析和任意多次历史数据的对比分析,为朔黄铁路基础设施的安全运行和检修模式的变革提供技术支持。

重载铁路综合检测车以25T型客车为载体,集成了铁路路基道床、轨道、钢轨超声波探伤、接触网、信号、无线通信、地面红外线轴温等检测设备,搭载了数据采集、时空定位、同步大容量数据交换、实时图像识别和数据综合处理等先进技术。该车最高检测速度80km/h,满足朔黄重载铁路“等速检测”的要求,能够一次性对全部基础设施进行病害查找和安全状态评定,是提高重载铁路基础设施的检测效率、指导养护维修、确保运输安全的重要技术装备,也是重载铁路最具代表性的“数字化”高新技术装备之一。

配套建立的地面数据处理中心,具备海量检测数据存储管理、检测数据图表化综合联动显示与对比、病害闭环管理、综合评价评估等功能。

本书对该车车辆及各检测系统的组成、功能、检测原理等作了详细介绍,并对三年多来的运用成果进行了系统总结,对该车在实现查找基础设施病害、评价基础设施质量和预测基础设施质量发展趋势功能方面发挥的作用进行了深入挖掘。期望本书对重载铁路检测技术发展和提高数据应用水平有所启迪和帮助。

本书由高国良主审。

其他主要参与人员有:杨文(第三章)、杜守信(第三章)、刘畅(第四章、第五章)、孔宾(第六章、第十一章)、肖志宇(第七章)、陈斐(第七章)、刘丰(第八章)、徐志强(第八章)、郝帅(第八章)、林佳乐(第八章)、郭江龙(第八章)、闫志春(第八章)、武雷(第九章)、王贵鑫(第十章)、符立强(第十章)、马乐(第十二章)、许渊博(第十三章)、张俊生(第十四章)、崔志超(第八章、第十二章)、刘中彦(第二章)、孙刚强(第二章)、袁其刚(第二章)、常卫军(第二章)、丁捷(第二章)、胡生林(第二章)、马延朋(第二章)、顾青(第二章)、王勇涛(第二章)、唐磊(第二章)、陈后卫(第二章)、罗娟娟(第二章)、吴龙发(第二章)。

本书在撰写过程中,中国铁道科学研究院、北京启帆路通科技有限公司、中车洛阳机车有限公司、河南蓝信科技有限公司、北京中北通信息技术有限公司、北京康拓红外技术股份有限公司等系统集成商提供了技术资料,在此深表感谢。

由于水平所限,书中不可避免地有错误或不当之处,敬请广大读者批评指正。第一章概述

朔黄铁路重载综合检测车是世界首列集成铁路路基道床、轨道、钢轨超声波探伤、接触网、信号、无线通信、地面红外线轴温检测于一体的重载铁路综合检测设备,由朔黄铁路发展有限责任公司联合国内外先进检测设备生产厂家及科研院所创新研发,于2014年1月正式投入运行。

重载综合检测车(图1-1)以25T型客车为载体,集成了数据采集、时空定位、同步大容量数据交换、实时图像识别和数据综合处理等先进技术,是提高重载铁路基础设施检测效率、指导养护维修、确保运输安全的重要技术装备,也是重载铁路最具代表性的“数字化”高新技术装备之一。

图1-1 朔黄铁路重载综合检测车

重载综合检测车最高检测速度80km/h,满足重载铁路“等速检测”的要求,能发现基础设施病害,并对其进行安全状态评定。特别是在世界上首次将路基道床检测和钢轨超声波探伤系统集成于综合检测车,为最重要的技术创新。

与综合检测车相配套,朔黄铁路发展有限责任公司建立了地面数据处理中心,综合检测车实时将检测数据传输到地面数据处理中心,对各专业检测数据进行管理,通过基础设施检测数据综合分析,判断各专业病害的相互关联性及设备质量发展趋势。

总体而言,重载综合检测车及其配套系统实现了铁路基础设施病害查找定位、质量评定评价、趋势预测监控,通过实时监测、综合分析、数据挖掘,发掘各专业检测数据间的相关性,掌握设备病害发展规律,总结设备状态变化趋势,具有综合性、先进性、高效性、实时性等特点,为“数字化”重载铁路的代表性装备,用于指导基础设施维护养护,延长基础设施使用寿命和确保安全运营。第一节重载综合检测车研发背景及过程

一、朔黄铁路发展有限责任公司基本概况

朔黄铁路发展有限责任公司(以下简称朔黄铁路公司)成立于1998年2月18日,是神华集团控股的合资铁路公司,主要负责朔黄铁路、黄万铁路、黄大铁路的运营管理和建设。

朔黄铁路是我国“西煤东运”第二条通道的重要组成部分,是目前已投入运营的投资规模较大、技术装备先进的重载铁路。该铁路西起山西省神池县神池南站,东至河北省黄骅市黄骅港站,正线总长594km,属国家Ⅰ级、双线电气化重载铁路。

黄万铁路位于河北省东部、天津市南部,线路南起朔黄铁路黄骅南站,北至天津港神港站,正线总长69km,属于国家Ⅰ级、单线铁路。

黄大铁路是我国环渤海铁路的重要组成部分,线路北起朔黄铁路黄骅南站,南至益羊铁路大家洼车站,设计全长216.8km,国家Ⅰ级、单线电气化铁路,预计2018年12月建成通车。

二、朔黄铁路公司主要设备情况

管内已建成投入运营线路正线最小曲线半径400m,上行最大限制坡度4‰、下行12‰,上行线为75kg/m跨区间无缝线路,下行线为60kg/m标准轨,共有隧道77座、桥梁411座;接触网3000条换算公里,设15个牵引变配电所、14个分区所、1个开闭所,1个配电所;信号设备共计43个站场;通信设备共计45站,其中通信站3站,中间站通信机械室42站,长途光缆线路783.135皮长公里,长途电缆线路771.755皮长公里;全线布置双向下探红外线轴温探测设备24套、单向下探红外线轴温探测设备9套。

三、重载综合检测车的研发背景

朔黄铁路自2000年5月18日开通,当年运量547万t,自运营以来运量快速增长,2014年完成运量2.53亿t。

随着运输量的持续增长,列车密度增大,轴重增加,铁路基础设施病害增多,而重载铁路大运量、大密度的运输,留给基础设施检修的时间十分有限,运输与维修的矛盾凸显。为适应新形势、新发展,在运量不断增长的情况下确保基础设施状态良好,朔黄铁路公司对基础设施检修维护模式进行创新,力求实现“动态检测、静态监控、综合分析、立体养护、状态检修、寿命管理”的重载铁路检修维护模式。

全面、及时、准确地掌握设备状态和设备质量变化的客观规律,实时评价设备质量,准确进行设备安全评估,是检修模式变革的前提。现行以人工检测为主的静态检测方式用人多、效率低,不但检测手段单一、运输资源占用多、对运输生产影响大,且人身安全系数低,必须加大科技投入,利用动态综合检测设备进行设备质量评价和安全状态评估,保障铁路运输生产安全。

自20世纪70年代开始,国外已开始研发高速综合检测车,国内2008年成功研发0号综合检测车。综合检测车对高速铁路基础设施进行定期检测、等速检测和综合检测,主要包括轨道几何、接触网、通信、信号、线路环境等基础设施状态,以及轮轨接触状态、车辆加速度等高速列车的动态性能指标。相对于高速铁路而言,重载铁路大轴重、大密度、大运量、长编组的特点,使得铁路基础设施状态变化周期缩短、损伤破坏加快、恶化程度加剧、安全风险升高,更需要研发重载综合检测车进行周期性检测。

朔黄铁路公司为实现“打造国内领先、国际一流‘绿色、高效、数字化’重载铁路”的战略目标,致力于重载综合检测技术的研发。自2009年以来,提出重载铁路综合检测车研发方案和理念,联合中、美、英、德等国内外铁路检测主流技术供应商和科研院所共同开发,历时五年,重载综合检测车于2014年1月正式上线运用,同年8月通过中国铁道学会评审验收。

四、重载综合检测车的特点

1.集成度高

重载综合检测车集成了轨道检测、钢轨超声波探伤、路基道床检测、接触网检测、信号动态检测、无线通信检测、红外线轴温探测设备检测等七大检测系统,通过数据综合分析及处理能够对各专业设备进行综合检测、分析、评判。

2.技术先进

联合中国铁道科学研究院、英国Ziteca公司、美国Sperry公司、德国DB公司等国内外一流设备制造厂商和科研院所,研发了适合重载铁路的大轨检系统、综合系统、路基道床检测系统、钢轨探伤系统、接触网检测系统,统一集成安装在重载综合检测车。

3.高效检测

综合检测车检测速度为80km/h,与运输列车等速,一次上线作业能够实现全部专业项目的检测,减少了运输资源占用,不影响运输秩序。

4.分析综合

通过对同一时空轨道检测、钢轨探伤、路基道床检测、接触网检测等数据综合分析,总结归纳引起设备状态变化的真正原因,为设备维修提供依据,为查找设备病害提供可靠保证,提高设备检修效率和质量。

5.趋势预测

通过对历史检测数据各项评价指标、统计指标的纵向对比分析,预测设备状态发展趋势,建立设备维修预警机制,杜绝设备故障的发生。

6.病害闭环

地面数据处理系统将超限数据及时通知设备管理单位,并传送到朔黄铁路本质安全管理信息系统,在系统内生成危险源警告提示。设备管理单位对超限数据进行现场检查复核,制定整治方案,组织维修,记录整治后人工检测数据,并将以上措施在风险预控信息系统填记,下次检测时对整治效果进行复查,如合格在系统内销号,危险源警告解除,实现超限数据的闭环管理。

7.动态展示

实现了基于GIS的轨道状态、大值病害查询和立体展示,综合分析与处理超限数据,并通过朔黄铁路公司开发的GIS系统实现大值病害、轨道质量状态、设备台账的综合动态直观展示。

五、重载综合检测车研制的意义(1)实现不同专业同时检测,有效利用运输资源,减少对行车组织的干扰。对运输繁忙干线具有重要意义,具有较高的经济价值。(2)实现不同专业同一时空数据综合分析,提高查找病害及病害整治效率。(3)实现设备检测由人控到机控的转变,为设备维修决策提供客观、翔实的依据。(4)通过综合分析检测数据,为设备维修提供依据,预测设备病害发展趋势,实现寿命管理,真正从“周期修”向“状态修”的转变,实现线路设备检修模式的变革。第二节国内外综合检测车现状

21世纪初,日本、法国、意大利、英国等发达国家,先后研制了“East-i”、“IRIS320”、“阿基米德”、“NMT”等高速综合检测车并投入运用,我国首列综合检测车于2008年投入运用。国内外综合检测车对高速铁路基础设施进行定期检测、等速检测和综合检测。检测的内容主要包括轨道几何、接触网、通信、信号、线路环境等基础设施状态,以及轮轨接触状态、车辆加速度等高速列车的动态性能指标。通过对检测数据开展综合分析,研究基础设施状态对高速列车运行的影响及其恶化规律,指导养护维修。

一、国外综合检测车现状

1.日本

从1975年开始,日本铁路先后研制了4列“Yellow Doctor”综合检测车(图1-2),分别配备东日本、东海和西日本公司,承担对所辖范围新干线的电气和轨道状态的动态检查,每列车由7辆车组成,最高检测速度210km/h。综合检测车的运行计划预先安排在列车运行计划中,每10天检测一次。

图1-2 “Yellow Doctor”综合检测车

2002年,用E3改造的“East-i”(图1-3)交付使用,在东日本公司所辖新干线和既有线执行综合检测任务。“East-i”为6辆编组的动车组,最高检测速度275km/h,检测内容主要包括轨道几何参数、信号、无线通信、接触网、轮轨作用力、环境噪声等,利用转速传感器和每公里一个的地面点进行定位。

图1-3 “East-i”综合检测车“Yellow Doctor”和“East-i”列车上各检测单元独立工作,各检测系统具有独立的车载数据显示、记录单元。车载不对数据进行分析处理,数据通过非无线方式各自转储到相应专业部门的数据技术中心分别处理,并依靠记录图像进行人工识别,其地面分析处理、维护管理决策系统也相对独立。例如,西日本公司在小仓站附近设有小仓线路中心、小仓电力中心、小仓通信中心,负责对山阳新干线的相关数据进行分析处理,指导维修保养。朔黄铁路重载综合检测车

整个检测车在速度、时间和里程位置上保持同步,但是数据管理平台通用性较差。

2.法国

法铁(SNCF)从2002年开始组织研发“IRIS320”综合检测车(图1-4),该列车于2006年4月开始试运行,利用运行图中预留的运行线,每15天对高速线检测一次。“IRIS320”为2动8拖共10辆编组,最高检测速度320km/h,检测内容主要包括轨道几何参数、信号、接触网、无线通信GSM/GSM-R、环境视频监测、转向架及车体加速度等。“IRIS320”具有统一的测速定位及时钟信息发布系统,通过车上数据分析管理平台,各检测系统数据可集中进行综合分析与对地数据交换。

图1-4 “IRIS320”综合检测车

同时,SNCF还组织同步开发了地面轨道维修管理系统Timon,建立利用检测数据进行基础设施管理和综合维修指导体系。

3.意大利

意大利铁路基础设施管理局(FSRFI)于1998年开始进行综合检测车前期技术条件和方案的研究,2003年“阿基米德”号综合检测车(图1-5)完成系统验收并投入检测运营,Ⅰ级线路每两周检测一次,Ⅱ级线路每月检测一次。该检测车由4节客车、1节机车和1节控制车组成,最高检测速度220km/h,检测内容主要包括轨道几何参数、信号、接触网、GSM/GSM-R、车辆加速度、各种视频及环境监测等。该车配置的轨道几何检测系统结合惯性技术和三点弦测法,代表着世界领先水平和发展方向。

图1-5 “阿基米德”号综合检测车“阿基米德”号综合检测车具有两套冗余的同步系统,并可在列车上对各检测系统数据进行集中综合分析,实现统一车地数据交换。列车数据与地面传输采用Sonet/Sdh同步技术,光纤线路达5km。

同时,FSRFI建立了国家铁路基础设施诊断中心(CDN),并将基础设施检测/控制的数据库直接与ERP数据库(经济资源规划数据库)相连,通过RAMSYS软件工具进行管理和辅助决策。为满足高速铁路发展的需要,2006年FSRFI开始组织研制开发了两列检测速度达350km/h的综合检测车。

4.英国

英国路网公司(Network Rail)于2002年开始组织“NMT”综合检测车(图1-6)的开发,2006年“NMT”投入检测运营,承担对高速铁路和既有线路每周1次的检测任务。

图1-6 “NMT”综合检测车

该检测车为内燃动车组,由2节动车、5辆拖车共7辆组成,最高检测速度200km/h,检测内容主要包括轨道几何、接触网、车辆动态响应、视频监测、钢轨表面伤损、轨枕和扣件状态等。“NMT”通过建立定位系统、同步网络、数据网络和综合分析系统实现所有参数同步检测并进行综合数据管理。2004年,Network Rail成立工程技术支持中心(ESC),通过开发运用Vampire软件工具和Trackmaster、Tracksys软件系统,建立轨道、车辆、接触网关系动力学仿真模型,对数据进行测量、分析及保养规划一体化的综合利用,为基础设施养护维修提供重要参考。

5.德国和美国

德国和美国高速铁路高中速混跑,客货共线,综合检测普遍采用在旅客列车加挂综合检测车来实现,两国没有专门的高速综合检测车,都具有先进的综合检测技术。

德国DB Systemtechnik拥有ICE短编组检测车、VT612检测车各1列,分别由3辆车编组组成。ICE短编组检测车最高运行速度280km/h,主要检测轮轨作用力和接触网参数;VT612检测车为内燃动车组,最高速度200km/h,主要检测轨道动态响应、轮轨力、车轮踏面等效锥度、钢轨断面等项目。工务管理信息系统有SAPR3和IIS,SAP R3主要完成设备静态管理、维修计划管理和维修投资经费的管理与控制;IIS可以实现轨道几何状态和钢轨伤损状况信息数据的处理。

美国Ensco公司研制了技术先进的T10型检测车,采用惯性基准测量原理和非接触式测量方法,用于抽查各铁路公司的线路质量,检测速度可达192km/h。ImageMap公司研制的Laserail轨道测量系统,检测速度可达300km/h,采用激光摄像、高速图像处理技术取代了光电伺服技术,体现了轨道检测技术的发展方向。

Bentley公司研发的Optram是一套具有检测数据分析、设备趋势预测、作业质量评价和可视化管理功能的集成平台。

6.各国综合检测车对比

各国综合检测车对比见表1-1。

表1-1 各国综合检测车对比

续上表

二、国内综合检测车现状

2007年以前,我国铁路普遍采用机车牵引方式,在旅客列车上加挂轨道、接触网、通信、信号等专业检测车来检测基础设施状态。随着第六次大提速的实施,以及客运专线、高速铁路的大规模建设和陆续投入运营,传统的基础设施检测方式已难以满足我国铁路的发展需要,开发综合检测车十分迫切。随着我国铁路的技术进步,基础设施检测技术也在不断发展中,为我国自主开发综合检测车提供了技术基础。同时,高速动车组技术的成功引进和国产化,为综合检测车开发提供了平台。

2007年4月18日,中国铁路实施第六次大提速,4月20日,为保障既有提速干线的持续安全运营,原铁道部决定研发综合检测车,对全路开行动车组的京沪、京广等提速线路和即将陆续开通的高速铁路进行周期性综合检测。

1.0号高速综合检测车(CRH5J-0501)

0号高速综合检测车(图1-7)是250km/h等级检测车,由中国铁道科学研究院基础设施检测研究所负责系统集成及综合系统的研制开发,中国北车长春轨道客车股份有限公司负责设计制造动车组车体。该车于2008年交付使用,承担京津城际铁路10天1次的周期性检测任务,并在合宁客运专线和京沪、京哈、京广、陇海、沪昆、广深、胶济等既有提速干线进行检测。

图1-7 0号高速综合检测车

0号高速综合检测车在CRH5型动车组平台上安装了国际先进的轨道几何及车辆加速度、接触网及受流状态、轮轨动力学、通信和信号等检测系统。通过列车专用网络、定位同步、环境视频信息采集处理、多媒体显示和数据综合处理等系统(统称综合系统),实现各种检测信息的分布式采集、同步定位、数据集成与综合分析。通过车—地无线传输,将检测信息传输到地面,采用新的计算机仿真模型和求解方法、新的时频分析理论和算法,以及新的统计挖掘技术,进行基础设施对列车影响的评价,通过数据库资料和相关分析,预测基础设施的恶化规律,以确保行车安全,指导养护维修。

0号高速综合检测车集检测车、办公车、会议车、生活车为一体,既装有各种检测设备及操作室,又设有会议车、生活车、卧铺车。0号高速综合检测车具有检测项目多、系统集成度高、检测技术先进的技术特点。(1)检测内容包括轮轨力,接触网几何,轨道几何,轴箱、构架及车体加速度,接触网动态作用,接触线磨耗和受流参数,GSM-R和450MHz场强覆盖,应答器信息,车载ATP工作状态等。(2)采用光纤通信、惯性导航、宽带网络等技术,使各检测单元速度、时间、里程位置保持严格同步,有利于综合分析和评价。(3)集成连续式、非接触式集流测力轮对,毫米级精度的长波长轨道不平顺实时在线检测等技术,推动我国综合检测技术的发展。

2.CRH380A-001高速综合检测车(CRH380AJ-0201)

CRH380A-001高速综合检测车(图1-8)是350km/h等级及以上检测车。列车车体由南车青岛四方机车车辆股份有限公司制造,于2010年下线交付使用。随后由中国铁道科学研究院加装检测设备,改造成专用的时速380km级的检测车。该车用于京沪高速铁路的联调联试,对京沪高速铁路的顺利开通与安全运营发挥了重要作用。CRH380A-001除了能适应350km/h速度线路的运用条件外,还能适应250km/h速度级客运专线的运用条件。

图1-8 CRH380A-001高速综合检测车

3.CRH380B-002高速综合检测车(CRH380BJ-0301)

CRH380B-002高速综合检测车(图1-9)是350km/h等级及以上检测车,属国家863计划重点项目“最高试验速度400km/h高速检测车关键技术研究与装备研制”,列车车体由北车唐山轨道客车有限公司制造,于2010年下线交付使用。随后由中国铁道科学研究院加装检测设备,改造成专用的时速380km级的检测车,在京沪高铁先导段最高试验速度达到400km/h。CRH380B-002除了能适应350km/h速度线路的运用条件外,还能适应250km/h速度级客运专线的运用条件。

图1-9 CRH380B-002高速综合检测车

CRH380A-001和CRH380B-002分别以CRH2C、CRH3型动车组项目技术平台为基础,针对检测系统和设备要求,进行相应的局部结构调整和旅客界面的重新布局。为了满足京沪高速铁路380km/h的营运要求,在之前车型的基础上全面提升了列车整体性能,对动车组牵引系统、空气动力外形做了较大改变。CRH380A-001和CRH380B-002高速综合检测车根据检测系统功能需求设置轨道检测车、通信及轮轨力检测车、数据综合处理车、会议车、接触网检测车、餐车、卧铺车、信号及测力构架检测车各1辆。第三节重载综合检测车总体方案

朔黄铁路公司综合检测车是世界首列用于重载铁路的综合检测车。方案设计过程中没有成型设备可以借鉴,朔黄铁路公司联合国内外设备厂商、技术供应商和科研院所,结合朔黄铁路实际,通过大量的调研和技术论证,研发了重载铁路检测相关技术,逐步形成了适合重载铁路检测、具有朔黄特色的综合检测车设计方案。

一、总体设计

采用新型25T型客车,集成了路基道床、轨道、钢轨超声波探伤、接触网、信号动态、无线通信场强、红外线轴温探测设备检测等七大检测系统,技术架构如图1-10所示。实现对货运重载铁路的路基道床、钢轨、接触网、通信信号等系统的数百个参数进行实时检测,具有时空同步定位、实时数据传输、存储和分析功能。检测车所配备的轨道检测系统、钢轨探伤系统、接触网检测系统、路基道床检测系统等都具备双向检测能力,检测精度不受列车走行方向的影响。

配套建立地面数据分析处理系统,对所有检测数据、波形、图表进行综合显示、处理分析,并生成综合超限报表、超限/伤损统计图表、数据对比报告,具备线路检测计划管理、严重病害闭环管理、检测报告生成、数据下载管理等功能;实现对轨道几何波形数据、接触网波形数据、巡检图像数据、钢轨伤损数据、设备台账的同步GIS系统动态展示,能与设备台账联动,提供专业的分析手段。

检测速度达到80km/h,最高运行速度达到120km/h。

1.轨道几何检测系统

采用惯性基准原理、高速图像处理和高速激光摄像测量技术,实时对轨道几何和变化率、车辆加速度数据进行采集、处理及统计分析并显示,可自动进行超限判断、数据库存储、超限编辑和报表打印等。能够独立执行检测任务,同时将检测结果发送到综合系统进行数据综合分析、管理。

2.轨道状态巡检系统

采用视觉测量方法,应用模式识别技术,实现钢轨表面缺陷、轨枕及扣件状态动态检测,并具备缺陷自动判别、分类和报表打印等功能。

图1-10 技术架构

3.钢轨波浪磨耗检测系统

采用惯性法原理,实现对钢轨顶面波浪磨耗的动态在线检测。在轨顶面每隔10mm采集一个点的波磨,将每个点的磨耗值显示在波形图上,通过编辑软件对超限数据进行Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级统计,能输出报表打印,指导钢轨打磨、铣磨工作。

4.限界检测系统

采用非接触式激光扫描和钢轨断面检测技术相结合的方法,实现建筑物全断面轮廓检测,实时计算限界超限并发出报警。

5.接触网检测系统

接触网检测系统采用接触式和非接触式两种检测方式,能够在车辆运行时,对受电弓/接触网的相互作用力、接触网几何位置、结构等信息进行动态采集和实时处理,进而对接触网系统质量、几何结构、动态特性等进行评估,并对接触网的缺陷和伤损进行定位。

6.通信检测系统

测试450MHz无线列车调度系统场强覆盖情况,评估LTE无线通信网络性能。450MHz无线列调系统在软件上通过对控发设备的控制,实现铁路沿线场强分布测试,以强度—距离的曲线形式描述当时的场强分布;将测试终端接入LTE网络,对交互式参数进行测试,利用DT/WT1800采集设备测试LTE网络广播信道中的侦听式参数。

7.信号检测系统

运用数字信号处理、模糊运算分析等技术,实现列车动态情况下对轨道电路传输特性、频谱特性、补偿电容、不平衡电流、机车信号运行状态等全方位信号检测;以区段为单位对传输特性、频谱特性、补偿电容状态进行等级评价考核。通过多任务、多线程的处理方法,采取屏幕动态移动的方式,对机车信号显示状态、信号频谱分布、地面连续信息、轨道电路补偿电容、不平衡电流、列车运行速度、线路状况等信息同步并行显示。

8.钢轨探伤系统

采用超声波检测方法,对铁路在役钢轨内部伤损进行高速检测,并能够将各超声通道的数据进行空间转换后进行智能识别,识别后的数据以B显图的形式显示出来。该系统能够将伤损数据进行自动存储,支持线下的回放分析和处理。

9.路基道床检测系统

基于探地雷达(GPR)技术,根据雷达波在不同物质中的传播速度差异以及在不同物质界面的反射及散射特性,向地下发射雷达波,经地层分界面或物体反射回地面被接收天线所接收,对返回的雷达波进行处理和分析,推断地下目标体的空间位置、结构、几何形态,从而实现对道床和路基的探测。

10.红外轴温探测设备检测系统

在检测车上加装模拟车轮、模拟轴箱等装置,检测车发送模拟轴温,地面设备采集模拟轴箱温度和方位尺温差,经无线数据传输至检测车,通过系统分析和标准比对,给出检测结果,检验地面探测站设备的测温精度和探测角度。

11.综合系统

主要实现检测车的精确定位,发布列车统一的速度、时钟和里程信息,实现列车运行后方环境的昼夜实时监测,实现轨道、接触网检测数据的综合显示及基于GIS的综合展示等功能,包括同步定位、环境视频监测、数据综合显示、列车数据网络及多媒体展示等系统。

12.地面数据处理中心

由基础网络系统、服务器硬件、应用软件系统组成。应用软件分为设备动态质量综合分析系统(也称波形综合展示系统)软件和检测数据综合分析处理软件。检测数据综合分析处理软件实现对轨道、接触网、路基道床以及钢轨探伤、红外轴温、波浪磨耗、巡检及限界等检测数据、波形、图表进行综合显示、处理分析,并生成综合超限报表、超限/伤损统计图表、数据对比报告,同时提供了线路检测计划管理、严重病害闭环管理、检测报告生成、数据下载管理等功能;管理轨道资料并及时更新轨道状态数据。波形综合展示系统实现对轨道几何波形数据、接触网波形数据、巡检图像数据、钢轨伤损数据、设备台账的同步展示,并能与设备台账联动,为专业工程师和主管领导提供专业的分析手段。

二、重载综合检测车组成

重载综合检测车由三辆25T型客车车辆改装而成,整车无运行动力,检测时由机车牵引。(一)1号车

1号车集成了路基道床、钢轨超声波探伤、无线通信场强以及信号动态检测系统。

路基道床检测系统安装有2GHz和400MHz雷达天线。2GHz雷达检测深度为1.2m,400MHz雷达检测深度达2.5m。检测对象是道床层及路基层的内部质量、结构等,能够分析评价道床厚度、道床脏污情况、道床底面平整度及道床底面含水量,同时对道床及路基缺陷进行定位。

钢轨探伤系统能够以80km/h的速度进行伤损检测,自动判别伤损类别、位置和伤损程度。

无线通信场强检测系统既可完成450MHz无线列调场强测试,也可完成LTE-R无线网络服务质量、应用业务测试,能够智能分析测试数据,为网络优化提供参考。

信号检测系统可对区间轨道电路、补偿电容、左右轨电流及不平衡电流等项目进行实时检测,以区段为单位全面评价轨道电路的传输特性和频谱特性、补偿电容工作状态和轨道电流不平衡率等指标。

此外,1号车还设有会议室和多媒体演示系统。会议室独立设置在车体二位端,与检测作业区隔离,利用集中控制系统,通过大屏幕工业液晶监视器,可以查看各种视频信息以及各系统检测波形等。(二)2号车

2号车是综合检测车的核心,集成了轨道检测、接触网检测和综合系统。

轨道检测系统主要包括轨道几何、波磨、断面磨耗、轨道巡检、建筑限界和环境监视等六个子系统。轨道几何检测系统检测项目为高低、轨向、轨距、水平、三角坑、轨距变化率和车体横向、垂向加速度等。钢轨波磨检测系统可以检测钢轨顶面短波不平顺,用于指导钢轨打磨和铣磨作业;钢轨断面磨耗检测系统可以检测钢轨的垂直磨耗、侧磨和总磨耗,辅助实现钢轨寿命管理;轨道状态巡检系统可自动判断钢轨表面伤损和扣件异常,可部分代替人工巡道,同时可用于钢轨探伤辅助判断;建筑限界检测系统是测量线路全断面限界的检测装置,能够输出基于钢轨顶面的建筑物轮廓数据,判断建筑物和构筑物是否侵限,对超限运输提供支持;环境监视系统可对线路周边环境进行实时视频监视,可以监测线路状态、路料管理和护网状态。

接触网检测系统采用接触式和非接触式两种测量方式。接触式测量采用测力受电弓,实现接触网接触力、硬点、网压等参数的精确测量。非接触测量采用光学测量原理,可以检测接触线高度、拉出值、接触线磨耗、锚段关节处接触线相互位置等参数。

综合系统采用时空同步定位装置向各专业检测系统发布统一的时空信息,实现了轨道和接触网检测同步波形显示,便于进行关联分析;具备检测数据实时传输、超限大值自动发送短信和GIS展示等功能。(三)3号车

3号车主要为全车提供电力供应和生活保障,并安装红外线轴温探测设备检测系统。

红外线轴温探测设备检测系统主要检测地面红外探测设备的测温精度和内外探头角度,评价红外线轴温探测站的工作性能。

3号车二位端设置发电设备舱,配备有一台220kW主发电机组和一台70.6kW备用发电机组,为检测车提供工作及生活用电,可满足最大1600km的检测用电需求。车组为所有检测设备提供稳定的AC220V不间断电源,通过UPS及电池组为检测设备供电,可连续为设备供电2h。

3号车设置12个软卧铺位供工作人员长时间作业后休息。休息室旁设有盥洗室。第四节重载综合检测车技术创新

作为世界首列用于重载铁路检测的高集成度综合检测车,朔黄铁路公司在开发初期,紧盯国内外最先进的检测技术,采用国内外主流、成熟的检测设备,在整车系统集成、检测技术改进、数据综合处理等许多方面进行了技术创新。

一、整车技术创新(一)研制了国内外首列重载铁路综合检测车

目前,世界各国的综合检测车均是针对高速铁路开发的,包括日本“黄色医生”和“East-i”、法国的“IRIS320”、意大利“阿基米德”、英国“NMT”等高速综合检测车,以及我国0号、CRH380A-001、CRH380B-002等高速综合检测车。对重载铁路基础设施进行动态检测的专业检测车主要有轨道检测车、电务检测车、接触网检测车、钢轨探伤车、红外轴温检测车、试验车等,这些专业检测车通常只安装一种检测系统,针对某一类型的基础设施进行检测,尚无集成多专业检测系统的综合检测车。朔黄铁路重载综合检测车是世界首列重载铁路综合检测车,通过一次检测能够对全部铁路基础设施进行病害查找和安全状态评定。(二)首次集成了路基道床、钢轨探伤等检测系统

1.集成了路基道床检测系统

现有的高速综合检测车均未集成路基道床检测系统,其原因是多方面的。一是大部分高速铁路为无砟轨道、整体道床,二是高速铁路轴重小、路基道床病害少,三是现有探地雷达在高速检测时分辨率低、不能满足定位病害和评定质量的需要。

重载铁路大轴重、大密度、大运量的运输,路基道床受力较为恶劣,道床容易出现弹性不足、脏污板结、翻浆冒泥等病害,导致基床土进入道床,道砟挤入基床,道床、基床、轨道结构同时恶化。所以,检测道砟囊、软黏土、底砟厚度及湿土区等病害,评定路基道床的质量,对保障重载铁路路基的稳定性、确保行车安全有极其重要的现实意义。鉴于重载铁路检测的需求,综合检测车集成了路基道床检测系统。对路基道床进行检测,根据检测数据进行分析,评估道床、路基层的质量、结构、成分,定位路基和道床的病害、缺陷。

2.集成了超声波钢轨探伤检测系统

重载铁路轨道承载大,钢轨伤损发展快,迫切需要高效、准确的车载探伤系统与地面手推式探伤仪相结合,共同把好钢轨防断关,所以集成探伤检测系统是重载铁路检测的客观需要。重载综合检测车检测速度80km/h,具备集成超声波钢轨探伤系统的条件。集成超声波钢轨探伤检测系统,是重载综合检测车相对于高速综合检测车的又一创新。

3.集成了红外线轴温探测设备检测系统

重载铁路沿线均布设有红外线轴温探测站,是探测和识别运行列车的问题车轴、防止燃轴和切轴的重要设施,其探测准确性、稳定性直接影响行车安全。目前,检测红外轴温探测站工作性能主要靠人工定期巡视,作业效率低,不能及时发现问题,发现问题定量分析不准确。

红外线轴温探测设备检测系统主要用于检测铁路沿线红外线轴温探测设备工作情况,检测项目为测温精度、探头的方位偏移程度和磁钢的工作情况,适应车速范围为3~160km/h。鉴于检测速度的限制,现有国内外高速综合检测车均未安装该系统。根据重载铁路的客观需要和技术可行性,重载综合检测车集成了红外线轴温探测设备检测系统,对地面红外线轴温探测设备进行动态实时、准确、快速、全自动的检测。(三)研发了国内外首套基于同一时空检测数据的综合分析系统

综合利用各专业同一时空检测数据,分析轨道几何状态、路基道床状态、钢轨伤损的病害成因和关联关系,以及轨道几何和接触网病害之间的关系,钢轨表面状态和内部伤损的关联关系,可实现多专业、任意多次历史数据的对比分析,从而查找设备病害真正原因,为设备维护提供依据。

二、各检测系统技术创新(一)路基道床检测系统

6通道高速(80km/h)数据采集系统首次应用于铁路,SIR-30型4通道探地雷达主机在国内首次应用,为朔黄铁路定制专用的道床脏污评价标准。(二)钢轨探伤系统

速度为80km/h的转向架式探伤系统首次用于75kg/m重载铁路。(三)接触网检测系统

接触网检测数据的实时分析处理及超限输出。接触网动态检测过程中,实现了接触网检测数据的实时波形分析、实时历史数据对比功能,能够实时掌握接触网状态;同时,实现了接触网检测超限实时输出,保证了检测超限能够及时有效处理,保障接触网的安全运营。(四)通信检测系统

1.研发基于铁路里程的LTE网络检测方法

现有的测试设备可以利用GPS对每个检测参数进行定位,但铁路设备的维护更习惯于采用铁路里程来定位,而在隧道内更无法用GPS进行定位。因此,对于铁路无线网测试参数的定位,应以线路里程为坐标。虽然铁路其他无线通信系统的覆盖测量通常采用轴头脉冲传感器换算成里程来与测试结果相对应,但这种测试方法还没有应用到铁路LTE网络测试上。本创新解决了LTE网络测试参数与里程相对应的问题。

2.研发基于对同址双网同时检测的铁路LTE网络检测方法

在双网都不关闭的情况下,一次将LTE双网的特征覆盖参数RSRP、RSRQ、SINR等同时获取并分成A、B网同时显示测试结果,既提高了测试效率,又不对网络运行可靠性产生影响。(五)红外轴温探测设备检测系统(1)模拟轴箱控温精度大大提高。模拟轴箱静态控温精度小于0.5℃,动态控温精度小于1℃,优于原系统静态小于1℃和动态小于3℃的指标。在车速急剧变化时,模拟轴箱温度过冲小于2℃,远低于原系统的20℃。(2)在检测车上新增加了探头方位尺,用于检测地面红外轴温设备的探测位置及角度;新增加激光测距仪来测量车轮相对钢轨的位移,以及轴头相对扫描器的位移,配合方位尺可以更精确检测地面红外轴温设备的探测位置及角度。该技术目前属国内领先水平。(3)减小了检测系统功耗。由于采用新型航天加热技术,独特的模拟轴箱设计和基

于PC总线PIV工控机软件智能控温方法,系统功耗远小于早期检测系统的40kW,同

时减小了系统工作噪声和干扰,提高了检测车运行的安全性、经济性。(4)软件易于扩充、修改、维护,操作界面简单、易操作。只需简单设置,在选定运

行线路后,即可由软件根据GPS定位自动进行模拟车轮上电、方位尺加温;到达探测站

时数据处理、通信以及接收数据后的存储、分析和报告显示打印等,全部智能自动

实现。

三、地面数据处理中心技术创新

在综合检测车各检测系统时空同步技术的基础上,数据综合处理系统通过统一计划任务的数据组织方式,对检测数据进行集中统一管理,实现了轨道检测、接触网检测、钢轨探伤等检测系统的数据集成。通过病害集中度分析、关联分析、趋势分析等方法,对检测数据进行深入综合分析,实现基础设施状态的整体评价;同时,以动态检测数据的关联性分析为基础,分析病害产生的原因,用于指导养护维修,为维修计划的制定提供数据支撑。(一)检测数据统一管理

根据轨道几何检测、接触网检测、路基道床检测、钢轨波浪磨耗检测、钢轨断面磨耗检测等各类动态检测数据的特点,实现了多专业动态检测数据的统一接口和存储管理,保证多种检测数据关联分析的需要。(二)设备严重病害闭环管理

对轨道几何、接触网、钢轨探伤、巡检、路基道床的严重病害,实现检测、分析、现场检查维修、反馈、效果复核等环节的闭环管理。(三)设备质量概况分析

通过基础设施各项评价指标的统计、指标的变化趋势分析等手段,对基础设施总体质量状况进行评价与预测。(四)设备病害综合分析

综合利用各专业同一时空检测数据,分析轨道几何状态、路基道床状态、钢轨伤损的病害成因和关联关系,以及轨道几何和接触网病害之间的关系,钢轨表面状态和内部伤损的关联关系,可实现多专业、任意多次历史数据的对比分析,从而查找设备病害真正原因,为设备维护提供依据。

1.轨道几何尺寸、路基道床、钢轨伤损检测数据关联综合分析

轨道几何尺寸与路基道床质量、轨道几何尺寸与钢轨伤损以及路基道床质量与钢轨伤损存在一定因果关系。如路基道床存在道砟囊及道床板结等对轨道几何尺寸及钢轨伤损都存在一定影响,通过综合关联分析同一时空路基道床检测系统数据,可以找到发生轨道几何尺寸超限及钢轨伤损的真正原因。

2.接触网和轨道几何尺寸检测数据关联综合分析

对于综合检测车而言,轨道几何尺寸的变化也会影响到接触网的检测结果。对接触网动态检测波形进行历史对比分析,同时对接触网状态不良处所的轨道几何尺寸状态进行关联综合分析,可以找出接触网检测数据超限的真正原因。

3.钢轨伤损综合分析

钢轨伤损除了由于疲劳应力作用造成的内部伤损外,钢轨表面也会受到接触应力的作用产生裂纹,形成轨面伤损,在受到锈蚀等作用下有可能发展成重伤。通过对线路巡检系统的钢轨表面伤损数据的积累和深入分析,结合探伤车检测数据,分析钢轨表面伤损、钢轨磨耗、钢轨内部伤损的发生和发展变化规律,分析病害产生的原因。第五节重载综合检测车运用情况

2014年1月,朔黄铁路重载综合检测车正式上线运行。截至2015年12月,累计运行约53000km,检测出各类超限或缺陷约33000处,完成综合检测月报24期,检测半年报、年报各两期,为保障重载铁路运输安全和基础设施养护维修提供了科学依据和技术支撑。

一、检测作业组织(1)综合检测车每月上线检测一次,根据各专业检测周期开启相应的检测设备。(2)钢轨探伤每月三次(含探伤车每月单独检测两次)。(3)轨道、路基道床、接触网、信号、红外轴温检测每月一次。(4)无线场强检测每季度一次。(5)建筑限界每年检测一次,有整修时增加复检。

二、轨道检测系统

1.为实现“状态修”提供技术支持和依据

状态检修是根据线路运行状态进行检修,是有针对性的检修而不是平推检修,因此状态检修的前提是必须掌握线路质量。轨检系统可以检测超限值,计算每公里扣分,评价线路质量;计算200m单元区段TQI值和每公里T值,评价轨道质量。依据超限值、扣分、TQI值和T值等指标,进行维修设计,实现状态检修。通过历史数据积累和比对,可以总结线路设备发展变化和通过总重的关系,设备变化与季节的关系,制定合理维修周期。

2.依据检测超限值生成临时补修计划

根据轨道检测的Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级偏差,可以生成临时补修计划。根据线路扣分统计情况,对“0分公里”慎修,减少盲目作业。

3.实现预防修

轨检系统可以提取低于Ⅰ级偏差管理值的数据,工队可以实现预防修,把病害消灭在萌芽状态,防止设备质量恶化。

4.依据轨道质量指数生成综合维修计划

通过轨检数据掌握设备薄弱地段,做到管理设备心中有数。对T值超限或TQI超过目标管理值的单元区段进行综合维修;通过历史数据比对掌握设备状态变化情况,分析设备变化规律,确定维修周期;在夏季高温季节,通过轨向数据分析单元轨条锁定轨温,冬季通过轨向、高低数据分析设备冻害情况。

5.为制定线路综合维修计划提供决策依据

跟踪研究轨道质量指数TQI发展趋势,运用灰色理论建立数学模型,实现未来一年内TQI预测,辅助制定线路捣固计划,确保线路设备“不过修、不欠修”,有效降低维修成本。

6.改进线路大中修和综合维修质量的评价方法

以前对线路大中修和综合维修质量没有很好的验收方法,只是利用传统手段检查部分轨道几何尺寸,不能全面、全项目评价作业质量,现在通过轨检T值、TQI值作业前后变化情况实现对作业质量的评价。

三、路基道床检测系统(1)对道床状态进行评价。通过道床厚度、脏污和含水率指数、道床底面平整度的分析,实现了道床质量评价。(2)分析雷达波形弯曲程度变化,确定路基病害,指导路基病害整治。(3)通过大机清筛前后道床脏污指数和道床厚度对比,评价大机清筛质量。(4)将道床脏污指数划分不同脏污等级,确定清洁道床的“绿线”达到清筛标准脏污道床的“红线”,以200m单元为单位进行脏污指数排序,指导制定道床清筛计划,道床清筛由“周期修”向“状态修”转变。

四、钢轨探伤系统

综合检测车上线运行后,在检测中心建立了钢轨伤损信息管理平台,每月地面探伤检出的伤损全部报检测中心,由检测中心对检测车、探伤仪的检测数据进行综合分析。钢轨伤损信息管理平台的搭建,为全面分析检测车伤损检出率、准确率创造了条件,为分析判断探伤车、探伤仪各自的局限性和漏检提供了支持。

1.探伤车与地面探伤仪优势互补、协同防断

检测车在检测方式及伤损识别上与地面探伤仪各有优势,形成互补。检测车相比探伤仪更有利于发现近似平行于检测面的疲劳性损伤,而探伤仪检测竖向倾斜角度伤损更有优势,特别是轨头下颚部位的裂纹检出率相比检测车高。

2.监控轻伤、异常钢轨

线路上存在大量的缺陷钢轨,例如轨距角处的夹层,也可称为严重的轨头飞边,虽未达到重伤下线标准,但经过荷载作用逐渐向钢轨横截面方向纵深发展成为纵向水平裂纹或斜裂纹。

检测车探伤系统相比探伤仪的检测灵敏度、闸门设置等参数较为稳定,可准确进行多次检测对比,反映出伤损的发展情况,达到重伤标准时,通知地面探伤人员及时复核确认。

3.检出大量焊缝伤损

焊缝相对母材更容易产生疲劳伤损,焊缝探伤需要大量的人力和专用探伤仪支持,由于效率低,很难做到每个焊缝与母材都能够在周期内保质保量的进行全断面扫查式探伤;而检测车具有检测速度快、检测周期相对较短的优势,可对正线焊缝进行快速检测,发现焊缝有异常,及时通知地面探伤人员重点复核校对,相比使用探伤仪平推式检测更具有针对性。

4.减少人工探伤工作量

目前,检测车、探伤车每10天正线探伤一遍,日均完成有效探伤200km,可以代替25个探伤班组150人的工作。

5.实现部分正线区段探伤以探伤车为主的目标

以不同地段探伤车检出率、误报率为依据,选取检出率高、漏报率低的区段,逐渐以探伤车取代地面人工探伤。

五、钢轨波磨和轨道巡检系统(1)实现了利用波磨和巡检数据指导钢轨维护,辅助制定钢轨铣磨计划,评价钢轨铣磨质量。(2)对铣磨后的曲线地段钢轨逐月统计波磨RMS值,分析波磨与通过总重的关系,总结不同地段钢轨表面病害与线路通过总重的关系,制定钢轨维护周期。

六、接触网检测系统(1)接触网检测系统不仅能检测拉出值及导高等接触网几何参数,还能检测硬点、接触力等接触网动态作用参数,采集数据密度大、项目全,全面反映了补偿修正后的静态几何参数和接触网动态的跟随性。(2)根据检测出现的超限项目,可以制定临时修理计划。设备管理单位可以有针对性地整修,避免缺陷扩大造成接触网故障。(3)根据检测出的接近超限值的项目,可以实现预防修。设备管理单位筛选接近超限的检测数据,提前预防检修,避免出现超限项目。

七、信号检测系统(1)信号检测系统在列车运行中对轨道电路的传输特性、频谱特性、补偿电容状态、不平衡电流等指标进行检测。检测数据分析后将电气特性不良区段及时反馈给设备管理单位,优先对问题区段检修养护,做到防患于未然。(2)检测系统对失效电容精确定位,减少了查找电容故障时从发送端到接收端逐个测试排查的繁琐程序。设备管理单位有效利用检测数据,优化以往平推式检修,提高了工作效率。

八、无线通信场强检测系统

能对450M无线列调系统场强覆盖情况进行测试,可对LTE-R无线通信网络性能进行评价。

九、红外线轴温设备检测系统

能够真实反映地面红外线探测设备的运行状态;通过对数据的分析,能够预测设备技术状态的发展趋势,实现地面红外线探测设备由“故障修”到“状态修”转变,设备质量逐月提高。

十、数据综合分析(1)对专业行车设备质量分析比较全面、准确,有效指导基础设施维修保养。(2)实现轨道检测的综合分析。结合路基道床、波磨、巡检等检测数据,综合分析轨道几何病害成因,总结轨道变化的主要原因。(3)实现探伤综合分析。利用检测车、探伤仪的检测数据进行比对,结合轨道几何、波磨、巡检、路基道床等检测数据,判断伤损原因、伤损等级,探索钢轨伤损发展的规律。(4)实现接触网检测的综合分析。出现接触网拉出值超限项目时,查看相应地段轨道几何超高、水平的变化情况,判别拉出值超限是接触网本身原因还是轨道变化引起。(5)利用轨道、波磨、巡检数据评价钢轨铣磨质量。

十一、地面数据处理中心

1.数据管理

地面数据处理系统按专业、工队条块结合配置检测数据,设备管理单位根据权限可查看所辖区段、专业的原始数据,查询病害、缺陷统计;检测中心分析完毕生成检测月报,上传至公司办公网,供设备

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