轨检车检测原理及注意事项

想要的测量值；第二项为重力分量；第三项由于轨距
yb
梁侧滚运动所产生的加速度；
则左右轨向为：
左轨向：= ybcos( )-b(t +CL );
右轨向：= ybcos( )+b(t +CR); 其中 b为t 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
测轨公量向式平的即面测可和量测轨平得距面左梁，右所其轨在投向平影。面为并*c不o平sy(b行；)；要则将b通t 过投上影y述b到
即可计算得到左右高低ZL、ZR。
轨道不平顺定义：水平、超高
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。
超高：曲线地段外轨顶 面与内轨顶面设计水平 高度之差。
超高和水平测量原理
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：
轨检车检测原理及使用
1
轨检车检测原理及使用
一.轨检车的车体和检测设备的基本机构 二. Ⅴ型车检测原理 三.新增项目及动态检测标准修订 四.轨道病害成因分析 五.如何识别地面标志
武汉铁路局轨道检查车 WX999249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、轨向等测量值，是 继Ⅲ型、Ⅳ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 轨道检查车外形如上图所示，轨道检查车车体
是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：
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。
高低的测量原理
垂直加速度计的响应：
L
d 2zb dt 2
g cos b
g
AL d 2b 2 dt 2
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
L zL zb 12 G b R zR zb 12G b
Ⅳ级
+20 -10
Ⅰ级
+4 3
Ⅱ级
+8 4
Ⅲ级
+12 -6
Ⅳ级
+15 -8
Ⅰ级
+4 3
Ⅱ级
+6 4
Ⅲ级
+8 6
Ⅳ级
+12 -8
18
22
6
10
14
18
5
8
12
14
5
8
10
13
三角坑(基长2.5m)(mm)
8
10
14
16
5
8
12
14
4
6
9
12
4
6
8
10
高低(mm)
波长
8
12
20
24
6
10
15
20
5
8
12
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；
6.5
∕
∕
3.0
4.0
∕
∕
2.0
2.5
∕
∕
1.2
2.0
∕
∕
横向加速度变化率（基 长18m)(m/s3))
1.0
3.0
∕
∕
1.0
3.0
∕
∕
1.0
3.0
∕
∕
1.0
3.0
∕
∕
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200～250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。
·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、
断面等。
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；
变化率是轨道不平顺局部波形特征描述的方法之 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
曲率变化率是以18m基长曲率测量值的差值与基长的比 值。
CurveRate fc(x1) fc(x0) x1 x0
x1 x0 18m
选择18m主要考虑车辆定距和滤波。
x1 x0 18m 曲率可以通过测量20m正矢得到，简化近似公式为： C＝2 10－5 δ，C为曲率(1/m)，δ为20m正矢(mm)。
高低正负：高低向上为正， 向下为负；
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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。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ15
5
8
11
14
1.5～
轨向(mm)
42m
8
10
16
20
5
8
12
16
5
7
10
12
5
7
8
10
高低(mm)
波长
∕
∕
∕
∕
8
12
∕
∕
6
10
∕
∕
6
10
15
∕
1.5～
轨向(mm)
70m
∕
∕
∕
∕
8
10
∕
∕
6
8
∕
∕
6
8
12
∕
车体垂向加速度(m/s2)
1.0
1.5
2.0
2.5
1.0
1.5
2.0
2.5
1.0
1.5
2.0
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。
轨向的测量原理
轨向加速度计响应：
y
d 2 yb dt 2
g sin b
ht
d 2b dt 2
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
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。
VME计算机系统
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二. Ⅴ型车检测原理
GJ-5型轨检车检测项目：轨距、左右轨向、左右高 低、水平（超高）、三角坑、曲率（弧度或半
径）、车体横向加速度、车体垂向加速度、轨距变 化率、曲率变化率、车体横向加速度变化率、钢轨
x1 x0 2.5m
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。
横向（水平）加速度变化率
横加变化率是以18m基长车体横向加速度测量值的差值与车 体通过基长所用时间的比值。
HacelRate fA(x1) fA(x0)
tx0 x1 x1 x0
表3 轨道动态管理暂行试验标准
项目
轨 距(mm) 水平(mm)
v≤120km/h
120km/h＜V≤160km/h
160km/h＜V＜200km/h
200km/h≤V≤250km/h
Ⅰ级
+8 6
Ⅱ级 +12 -8
8
12
Ⅲ级
+20 -10
Ⅳ级
+24 -12
Ⅰ级
+6 4
Ⅱ级
+10 -7
Ⅲ级
+15 -8
ds dt ds ds v v
由摇头陀螺陀螺可以测量摇头速率
z
db dt
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；
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 。 RC,20 106
曲率变化率10主6 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。
轨距变化率
轨距变化率是以2.5m 基长轨距测量值的差值 与基长的比值。
GageRate fG(x1) fG(x0) x1 x0
铁道部结合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 200～250km/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22日铁道部颁布 实施 《既有线提速200～250km/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V≦120km/h、120﹤V≦160km/h、 160km/h<V<200km/h、200km/h≦V≦250km/h 四个速度等级的轨道动态管理标准，后经过宜 昌轨检车会议讨论后形成新的轨道动态管理暂 行试验标准如表3所示。
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.
Y R L K
轨距的测量原理
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：Y R L 其K 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。
tx0 x1
vx0 x1
t
b
L
G
R
检测梁的倾角可由测滚陀螺和倾角仪 （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
曲率测量原理
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：
db db dt db 1 Z
2.5
1.0
1.5
2.0
2.5
车体横向加速度(m/s2)
0.6
0.9
1.5
2.0
0.6
0.9
1.5
2.0
0.6
0.9
1.5
2.0
0.6
0.9
1.5
2.0
轨距变化率(基长
2.0
2.5
2.5m)(‰)
∕
∕
1.5
2.0
∕
∕
1.2
1.5
∕
∕
1.0
1.2
∕
∕
曲率变化率(基长 18m)(l/m/m×106)
5.0
进行超限判断、数据库存储、超限编辑 和报表打印等。
非接触测量设备
非接触测量总成安装在检查车底下，如下图所示为 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、合成和滤波处理等，得到轨 道几何数据和钢轨断面磨耗等。
三.新增项目及动态检测 标准修订
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10月1日正式执行。文中对 轨道动态检测标准按V≦120km/h、 120km/h<V≦160km/h、V>160km/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200～250km/h区段 的养护维修办法和各项检测标准。