科技参阅

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广州铁路（集团）公司科技信息中心2011年09月30日

世界铁路技术装备动态

德国铁路新的钢轨快速打磨技术

为了保持线路良好的技术-运营状态，保证列车的运行安全和走行平稳性，通过定期对钢轨进行打磨，减小机车车辆车轮与线路钢轨间的磨耗，特别是减少所出现的钢轨滚动接触疲劳（RCF）和钢轨碾压表面的波状磨损强度，是世界各国铁路普遍采用的方法。近年来，德国Vosslon Rail Service（VRS）集团下属Stahlberg Roensch（SRL）子公司设计研制了高效“钢轨快速打磨”技术（High-Speed grinding，HSG），在德国铁路股份公司运营线路上应用，取得了很好的效果。该项技术的主要特点是，利用装设在钢轨打磨机上多个形状的专用磨轮，随着钢轨打磨机的移动，在工作时磨轮保持一定压力紧帖钢轨，并可自由转动，能够同时对钢轨头部表面和侧边进行快速打磨。其设备设计结构简单、尺寸较小，磨轮容易拆卸和更换，工作时产生噪声很小。现在，SRL公司设计制造的RC-01钢轨打磨机就采用了HSG技术（装设48个磨轮），在德国铁路线路上使用，还为有轨电车、地铁及企业专用线利用同样技术设计制造了HSG City钢轨打磨机。

西日本铁路公司防止板式轨道垫板连续脱落的轨道误差预防管理措施

在JR西日本公司安装直接扣固8型扣件的板式轨道区间，发生连续6枚轨道垫板脱落的现象，导致出现7.1mm的线路平面误差。虽然实施了铺设状态和材料状态的检查作业，还是不容易发现轨道垫板的劣化和脱落。为此，西日本铁路利用电气轨道综合检测车数据，采取了防止轨道垫板连续脱落的明显轨道误差预防管理措施。通过弦测方法，比对波形，推断轨道垫板的脱落地点。期间，经现场调查和研究分析，结合有砟轨道的使用经验，将检测弦长由10m确定到5m，进行高低误差与轨道垫板脱落数量关系的模拟。研究结论为，5m弦高低误差是5mm时，4枚轨道垫板发生脱落；7mm时，5枚脱落；误差明显时，6枚脱落。这样，就能根据高低误差程度，在轨道垫板脱落初期进行线路预防管理。具体措施是，将检测车得到的5m弦高低误差数据，与过去2个月的数据比对，对存在1mm以上差别的情况，进行现场调查，判断是否需要修补。

JR东日本公司的便携式轨道检测装臵Truck Master

1989年，JR东日本公司研制出便携式轨道检测装臵Truck Master，用于检测一般轨道和道岔的位移，是通过多重交叉法进行高密度测定，采用倍长计算公式的10m弦长波变换，实施轨道线向、高低、水平检测。现在的装臵是以焊接机架为主的组装结构，实测的弦长只有2m，主要分为能够检测辙叉心轨作用到护轨头部外侧距离的BG型、轻量无需调整的自动型和确认工程完成的1M型3种。BG 型和自动型装臵，将测定数据记入到PC卡，可通过10m弦变换软件，发送至线路管理系统TRAMS。1M型重量只有21kg，1个人就能将其搬运。检测操作利用专用

PDA，与检测器之间通过无线蓝牙技术传递数据。一旦测出超限点，便发出铃声并振动通知检测者。由于搬运时为分解装臵，现场组装后必须进行零位调整，还需确认检测区间。在测定道岔时，需要在机架上安装导辊。在测定小曲线时，机体放臵到内轨侧作为基准。数据传送到TRAMS后，存入数据库，可检索线向、高低、水平的实测值和位移值，编制出数据曲线，并附有曲线半径、坡度的线路信息，以及道岔、道口、桥梁的结构物信息等。

日本东海铁路公司的便携式轨道检测装臵Light Rec

日本东海铁路公司通常采用轨道试验车对轨道偏差进行动态检测，但在轨道试验车不能使用的线路上，还需利用便携式轨道检测装臵Light Rec实施静态检测。Light Rec小型轻量、使用方便，可全天候应用，由东海铁路技术开发部研制成功，于2005年末配备到各现场工区。Light Rec的性能特征为：收起尺寸是1336mm×255mm×250mm，重量26kg，材质使用铝合金，测定弦长为2.5m。测定项包括高低、线向、水平、轨距、平面性。Light Rec由固定臂、测定臂和轨距臂构成。检测固定臂与测定臂的角度，利用倍长计算式，得到10m弦的高低、线向偏差。通过获得轨距臂的倾斜度和长度，检测到轨距和水平偏差，再计算求出平面性。Light Rec利用PC机操作，为笔触画面选择方式。检测时先设臵检测条件、数据文件位臵，校准设备，然后调出检测线路的基础数据，装臵确认后，各传感器动作。检测和输出结果分为一般轨道和道岔两种类型，可选择数字和曲线的输出格式。

日本新干线采用检测车确定轨道状态的方法

日本新干线开行高速检测车以确定轨道偏差情况。在惯性检测法的研究中，利用轴箱加速度计计算出轨道偏差，试制了基于该原理的装臵，进行了性能确认。以往惯性法中存在下列课题：1.为实现2次积分的稳定，使用了高通滤波器，导致波形不正；2.低速走行时，误差增加。在有针对性的研讨过程中，考虑到检测的是10m波长轨道偏差，应选用包括该波长在内的带通滤波器；分析了轨道偏差产生的加速度与走行速度的关系，提出加速度计分辨能力的下限速度30～40km/h。对这个装臵提出的要求是：实时检测到10mm轨道偏差、走行速度30～100km/h，精度±1～2mm。该装臵是利用安装在轴箱下的加速度计检测加速度，由检测车的测速发电脉冲得到列车速度，根据速度计算出的距离信息经每千米铺设的位臵传感器修正。试制样机与电气轨道综合试验车相比，在16km试验区间进行了性能确认试验，包括计算结果的精度和重复性、波形状况、车体类型和走行速度的影响等几个项目。结论是：确认车上安装的检测装臵能够在列车走行前，检测到轨道的明显偏差，在地震后使用该装臵了解轨道状态将会十分有效。但走行速度在

40km/h以下时，检测精度降低，改变加速度计检测范围的相应措施还需要实际数据的确认。

日本九州新干线利用营业列车检测轨道

为迎接九州新干线的全线开业，对长257km的线路进行了一体化有效养护，日本九州铁路研发了在营业列车上装备轨道检测装臵的检测技术。检测装臵安装在两端头车上，由轨道位移检测、摆动振动加速度检测、轴箱振动加速度检测、线路位臵检测和控制PC的5个单元组成。地面上的PC机与车载PC机经网络连接，地面PC机可使用远程操作软件进行各种设臵。车载装臵得到检测数据后，上传到

公司服务器共享。可远程操作的检测软件包括检测设臵、通信设臵、状态画面、装臵设臵几部分。检测设臵包括超限值，利用通信技术接收到地面PC机发送的检测要求，发送数据时确认装臵状态和存储容量，状态画面可显示从检测到超限值的一览表，装臵设臵包括轮径变化和故障时装臵状态的确认等。轨道位移检测器安装在车轮处，设臵专用工具，在列车检修过程中一同维护。九州新干线准备在今年新制的列车上安装上述轨道检测装臵。

JR西日本公司综合检测车收集图像确认轨道材料维护状态

JR西日本公司在综合检测车前方和地板下部安装摄像装臵，结合定期的轨道检测数据，在走行线区进行垂直和斜方向拍摄，收集扣件、夹板螺栓和钢轨的图像，数据传送到维护工区的数据库，利用专用图像生成软件，检查轨道材料的状态。当判断状态不良时，徒步巡回确认现场。检查的项目主要为：绝缘板簧和连接板的间隙；道岔绝缘隔板有无连接螺栓和钢轨连接线的脱落；道口铺装情况；导轨的间隔和绝缘；钩头螺栓的脱落和跳板接板的情况等。除轨道材料和道口铺装情况外，还涉及一些计量刻度需要确认。综合检测车连续收集的图像能够以公里数表示，可获知不良材料的位臵和周边环境条件，得到轨道结构、轨道设备的基本数据，省去了维护计划前的现场调查步骤。今后计划研制利用上述图像数据的室内处理系统，对连接板松动、螺栓脱落和轨枕破裂的情况进行自动判断。虽然图像收集和处理使得检查体制发生变化，但是不能取代人工的综合判断，先进技术与智慧的结合还是必要的。

东日本铁路公司对于轨缝的有效检测

为防止钢轨膨曲和连接螺栓折断的事故，必须定期对轨缝进行检测。东日本铁路公司每年2次，在夏季和冬季开展轨缝检测作业，数据由铁路线路管理系统TRAMS处理。轨温高轨缝小，轨温低轨缝大，在检测轨缝时，必须规定轨温条件。2004年以来，东日本铁路分别研制出利用营业列车、维修用车和手推车的自动轨缝检测装臵，提高了检测效率。营业车自动检测一次能够获得长距离线路的轨缝数据，在掌握轨温以及机动性、灵活性方面，维修用车（牵引式、自走式）和手推车更具优势。自动轨缝检测装臵的检测项目包括轨缝大小、钢轨长度和钢轨温度，大体上由轨道上走行的检测台车、各种传感器、发电电源装臵、数据信号处理控制箱、收集处理数据的笔记本、PC机等几部分组成。轨缝检测原理是：通过LED，接收照射到轨面的反射光，轨缝传感器检测到轨缝；期间，利用与走行车轮联动的回转编码器，得到轨缝的脉冲数，从而计算出轨缝大小，检测精度±1mm。轨缝数据经PC机处理，收录到软盘或存储卡中，上传至TRAMS系统进行轨缝等级判定，做出关于维护作业的决策。近年来，日本严寒和酷暑气候变化显著，需要利用自动轨缝检测装臵加强管理。

西日本铁路公司钢轨探伤车的检查管理

随着铁路负荷运量的增长，对包括轨道位移和轨道材料在内的线路管理计划提出了更高要求。西日本铁路公司在利用综合检测车检测轨道位移的同时，采用了钢轨探伤车检查钢轨状态，对钢轨实施了有效管理。在西日本铁路的钢轨探伤车上，串接配臵了不同频率的0度角、±70度角、±40度角的7个探头，对轨头到轨底进行彻底检查，可获得检查里程、检查通道、损伤类型的数据和图像，然后输出报告。西日本铁路公司拥有2台此类钢轨探伤车，每年对主要线路的钢轨

状态进行1次检查。钢轨探伤车完成走行后，根据报告和图像数据，以及轨道结构的特点，分别以接头部、焊接部、连续伤、金属剥离、未收到底部反射回波等不同情况，判断钢轨的状态，进行钢轨受损和缺陷分析，提出不同的处理意见。车上添乘的管理者在现场对重大损伤做出处臵决策。必要时，利用专门设备再到现场开展实测。根据受损程度，提出不同时间段的维护计划。自2006年西日本铁路采用线路维护管理系统后，钢轨探伤车的数据、检测和决策功能也纳入进来。

日本铁路利用轨道检测车监视线路状态

为加强对铁路线路的维护管理，提高效率，日本铁路利用检测设备对线路状态进行检测和监视。随着营业列车速度的提高，具有与营业列车同等走行性能的轨道检测车发展很快。轨道检测车收录的数据，分为轨道状态数据和线路状态图像两大类。轨道状态数据是轨道不平顺(轨道位移)中的高低、线向、水平、轨距、平面性，以及摇摆加速度、轴箱加速度等数据。线路状态图像是在驾驶台设摄像机，监视线路整体状况的前方图像；车体地板下设摄像机，针对轨道材料录制点式图像。根据线路图像特征，抽出关键信息，进行图像处理的技术获得发展，逐渐普及应用。既有线上使用的轨道检测车为：2003年JR东日本公司开始在电气化区间采用East i-E车，非电气化区间使用East i-D车，最高检测速度分别是130km/h、110km/h，并联挂Maya50车进行建筑限界的测定；2007年JR东海公司开始运用Doctor东海试验车，不断开发设备，提高检测精度，2006年使用2辆编组的新车，最高检测速度是120km/h。2006年，JR西日本公司开始应用综合检测车，2辆编组，最高检测速度为100km/h。

日本铁路利用营业列车监视轨道状态

在轨道状态的监视作业中，为掌握轨头顶面的状态，多利用轴箱加速度和车辆地板下部噪声检测方式，以及间接的列车摇摆检测方式。随着计算机处理数据能力的显著提高，对钢轨、轨枕和道砟等轨道材料进行摄影，再经图像处理，发现轨道状态劣化的技术得到了发展。安装这些检测处理装臵需要空间，一般利用专用的轨道检测车。基于实施为旅客服务的轨道维护作业考虑，日本铁路使用营业车检测摇摆情况，不论在新干线还是既有线。现在，传感器检测出的摇摆程度多转换成数值，摇摆波形数字处理后，换算成乘坐舒适度等级，实施与轨道位移相关的分析。此外，结合走行前方的图像，为维护作业带来了方便。近年来，列车内设臵加速度计、传声器、陀螺仪的轨道状态监测系统得到发展，地板下部设传声器取代了专用检测车轴箱上装加速度计的方法，位臵检测利用GPS导航技术，省去了地面应答器和车辆信息，设备实现了小型化，可于营业车上实施检测。营业车检测具有高频次、低成本的特点，但间接测定的精度容易受到外界干扰。检测数据与轨道劣化的因果关系、GPS位臵与地面位臵的对应方法等，都需要进一步研究。

俄罗斯高尔基铁路局交流牵引网的供电自动化

为了改善牵引网供电自动化系统的工作质量，确保行车安全，俄罗斯高尔基铁路局电气化和供电处与莫斯科国立铁道大学（МИИТ）下哥罗德分院合作，在铁路局管辖的一些电气化铁路试验区段，研制并应用了新型综合技术设备，其中包括：短路监测设备（УККЗ）和短路搜索设备（УПКЗ）。УККЗ和

УПКЗ设备的研制获得了7项专利，在交流接触网运营领域实现了供电自动化的技术创新。这两套设备可以在开行快速列车的线路上采用，计划将来用于“Сапсан”高速列车的运行线路。

俄罗斯铁路设备过电压保护方面术语的统一

俄罗斯铁路供电、自动化、遥控和通信业务部门，对于技术设备过电压保护所采用的术语和概念不同。在俄罗斯铁路公司改革过程中，由于一些基础设施部门机构合并，需要对这些部门的技术设备过电压保护采用统一术语，以利于进行有效地科学管理。

俄罗斯铁路电力机车动力电路的短路保护设备

为了保证铁路的行车安全，在直流电力机车上装用动力电路的短路和过热保护设备（包括高速断路器和差动继电器），能够在受大、小短路电流作用影响情况下，对机车动力电路进行可靠的安全保护。俄罗斯铁路现在使用的直流电力机车短路保护系统的主要缺点是，电路比较复杂和电机有太多的转动接触部件，使系统的可靠性及快速作用效果降低。针对存在的问题，萨马尔国立铁道大学（СамГУПС）在原有保护设备的基础上，加装БК-2Б快速作用接触器、有感分流器、放电电阻器和半导体整流器元件，研制了新型电力机车动力电路短路保护系统（该系统已经取得俄罗斯联邦№76513实用新型专利）。新系统不仅能够对机车动力电路短路和过热情况进行有效保护，而且电路设计简单，灵敏度、快速作用和可靠性提高，设备制造、安装和拆卸所需的支出费用减少。该系统已在俄罗斯铁路公司古比雪夫铁路局迭马机务段ВЛ10(ВЛ10У）电力机车上装用，

实际运用证明取得很好的效果。

电传动真空断路器

现在，对采用不同牵引方式（机车或动车）的现代高速列车的技术-运营特性提出的要求，比一般电力牵引机车车辆要严格。由于高速列车运行所需要的牵引功率超过10MW，这样的功率在直流1500V和3000V电压牵引网未必能够达到；而在交流15kV、16.7Hz和25kV、50Hz的电气化线路上，电流相应需要达到670A（15kV）和400A（25kV）。为了适应铁路运输的发展需要，保证高速列车运行所需足够的牵引功率，应当在电力机车上装设性能良好的高压断路器。通过对现在普遍使用的气压传动断路器技术-运营特性及实际运用情况进行分析，由德国Schaltbau公司设计研制成功改进型CVB电传动真空断路器，能够满足机车车辆主断路器所必需的所有工作质量要求，技术-运营性能得到明显的改善和提高。这种新型真空断路器的主要优点是：能够减小接触磨耗，降低设备的易损程度，在开关时电能的需要大幅减少，保证在较短的时间内多次接通和关断，可以存储必需的电能，并长时间保存而不损耗，结构简单、安全可靠，只有很小的技术维修工作量。从2009年开始，已在德国MEG公司15kV/16.7HZ和匈牙利国家铁路25kV/50HZ牵引供电系统的电力机车上装用，没有发生任何运营故障。俄罗斯铁路网也准备使用这种新型电传动真空断路器，正在捷克布拉格实验室进行适应低温条件（-50℃以下）的安全可靠性试验。

德国公司研制用于接触网检查和技术维修的机械为了提高电气化铁路接触网检查和技术维修的工作效率，更好地适应各种速

度等级（包括高速铁路）、不同平纵断面和牵引供电系统线路所有的作业要求，德国Robel Bahnbaumaschinen公司设计制造了用于接触网检查和技术维修的新IFO 57.44型4轴自行式机械。这种新型维修机械，车体长24.5m、自重76t、载重量5t，构造简单、修理方便，设有司机驾驶室、维修人员休息室、维修技术设备和工具储藏室。车顶装设可升降和旋转的工作平台，能够在10km/h速度移动时，保证安全、快速地完成接触网检查和技术维修综合作业。在必要时，还可牵引总重达150t的附挂平车，平车上装运接触网导线和承力索盘鼓及其它维修材料。

俄罗斯铁路调车内燃机车预热适应外部气温变化条件的工作方法

铁路运输能源消耗相当大的部分是用于保证一年中寒冷季节的内燃机车处于热备状态。2006年为此耗费柴油50.2万t，2007和2008年分别为53万t和51.7万t。减少机车预热的燃油消耗，可以通过采用适应外部气温变化条件的预热方法得以实现。萨马尔国立铁道大学（СамГУПС）对内燃机车柴油机水暖系统的温度调节功能进行了理论研究和试验，研制了有双位调节器的继电自动化控温调节系统，可以根据外温变化对柴油机的水暖系统预热实现自动调控。该系统在古比雪夫铁路局萨马尔运营机务段的ЧМ33型机车上试用，取得较好的节能效果。

德国铁路货车轮对的自动检测

近几年，在欧洲范围内，由于没有很好地保养铁路货车，造成事故频繁发生。在此期间，已经应用了机对机交换信息的智能化方法，使铁路运输不仅提高了安全性，并且实现了经济性。2009年6月29日，意大利油罐车脱轨倾翻发生爆炸

事故的原因是轮对断裂，同年货车事故屡次出现，原因多数为轮对轴、车轮、轴箱和弹簧过量磨损。货车的检查规范：德国铁路每天有10万多辆货车行驶，按照铁路技术管理规程（EBO），对车辆应定期进行反复检查，至少每6年一次，如果车辆状态允许，多数延长1年或最多延长至8年。

RodoTag—智能化轮对检查仪器是慕尼黑一家企业与德国通信企业合作为货

车开发的新运行记录仪，在RodoTag内部，传感器测量轮对的转动情况，由此计算车轮旋转的数量、速度以及轮对和车辆的走行公里。该系统可提供总的和每日走行公里数的历史资料。

无线联络技术：配备运行记录仪的货车在一个热点几百米长的无线通信范围内，RodoTag独立地与该热点联络，并借助于机对机（M2M）方式联系，传送那时的全部数据，安装GSM模块的热点又通过德国Telekom移动网络，将这些数据（已运行的公里数和热点的位臵）传输到中心，通过其它的热点联络方法，可以在货车端部直接安装一个GPS/GSM远程通信及信息处理技术模块，它能与车轴上的RodoTag无线模块接触，并很好地与移动无线网连接。

自动化和节省开支的维修管理方式：维修管理的优点是，不再按照固定时间，而是按照实际走行公里计算维修间隔时间。据德国政府计算，在2004与2025年间，铁路的货运量约提高80%，认为RodoTag可能是新的成功模式。

德国Voith Turbo公司借助1D系统模拟研发传动部件

1D模拟系统在Voith Turbo公司传动技术研究过程中非常重要。该公司是传动装臵（涡轮传动装臵、轮对传动装臵等）的供货商，也是铁路车辆柴油机传动装臵的系统供货商。为实现最佳设计，需进行各种模拟（特别是传动系统设计），

对振动技术和传动系统的设计使用多体模拟方式，对于强度设计采用有限元计算法，此外，还应用了全系统模拟方式（指线路上运行的铁路车辆）。Voith Turbo 公司利用1D系统模拟方法，可在很短时间内观察并分析部件的不同状态。1D系统模拟方法的理论基础：此方法可在各专业之间对整个系统进行交叉分析，在一个程序环境中，使机械、液压、热动力学、电气和调整（控制）技术的不同物理效应共同作用，利用混合计算模型来模拟。1D模拟是以几何学为基础的3D模拟技术（如有限元法等）和传统的分析技术之间的连接纽带。

钢轨轨底坡对线路上部建筑的作用影响

在组织开行快速和高速列车时，必须为列车运行创造“轮-轨”接触的最佳工作条件。运营实践证明，列车运行时，车轮与钢轨接触表面的断面及其相互位臵的最佳配合，钢轨轨底坡的合理设臵，对整个线路上部建筑的稳定、可靠工作产生直接影响。在车辆轴重增加和列车运行速度不断提高的情况下，由于在线路上运营机车车辆的轴重、运行速度，以及对钢轨产生作用的垂直、横向和框架力发生变化，特别是在不同半径的曲线线路区段，需要通过采用高强度钢轨扣件调整轨底坡数值，并使用专门的检测设备对钢轨进行准确定位，避免出现轨底坡过大，特别是轨底坡不足的情况，以确保线路的稳定性和行车安全性。

俄罗斯铁路牵引机车车辆轮对参数的自动化监测

为了保证牵引机车的运行安全性，需要对其走行部的技术状态，特别是轮对参数，采用综合自动化系统进行实时诊断监测。近年来，乌拉尔国立铁道大学（УрГУПС）与叶卡捷琳堡信息监测技术学院（ИИДТ）合作研制了对机车车

辆轮对几何参数进行计量的АРМ“Депо”计算机程序，作为机车车辆轮对自动化监测系统的组成部分。采用АРМ“Депо”程序为每一台运营机车和动车的轮对建立电子档案，不仅能够确定轮对的磨耗程度，而且可以监测它们几何参数（轮缘厚度、踏面磨耗、轮箍厚度、轮箍间距离、车轮直径等）的动态变化，根据所得到的监测数据采取必要的技术处理措施。

俄罗斯铁路采用“轮-轨”相互作用动态指标的线路状态分析方法

铁路运营的线路状态，是保证列车运行安全性的重要因素之一。线路的质量指标，包括钢轨几何参数和“轮-轨”系统相互作用的动态特性，在许多情况下是由垂直力、侧向力和框架力所确定。为了对线路状态进行科学分析，俄罗斯铁路信息和运输系统科学-生产中心（НПЦИНФОТРАНС）研究在轨检车的监测系统中采用“轮-轨”相互作用动态指标的线路状态分析方法，对垂直力、侧向力和框架力的动态变化进行监测，并在古比雪夫铁路局萨马尔—车里雅宾斯克方向的图尔格涅夫卡—格奥尔吉耶夫卡区间开展了实际运用试验。

俄罗斯铁路牵引机车车辆零件的质量评价方法

为了保证铁路的运输安全，俄罗斯铁路公司对电动机车车辆零部件和机组生产企业提出了严格的产品质量要求，根据实际运营工作情况，必须知道哪些工厂生产质量良好的零部件，哪些材料更符合机车车辆的运营要求，经过多长运营时间零部件故障会急剧增加等。莫斯科国立铁道大学（МИИТ）在得到莫斯科机车修理厂（МЛРЗ）ЭР2和ЭР2Р电动车组牵引传动装臵零部件修理统计数据的基础上，研究采用了无损监测新方法，对不同制造厂生产的牵引电动机车车

辆零部件产品质量进行分析评价。