轨道扣件智能检测系统的设计及应用

刘妮娜 王永录

(1.南京铁道职业技术学院轨道交通综合实训中心， 南京 210031 ；

轨道扣件智能检测系统的设计及应用

刘妮娜1王永录2

(1.南京铁道职业技术学院轨道交通综合实训中心， 南京 210031 ；

2.兰州铁路局兰西机务段客运车间， 兰州 730000)

扣件失效是轨道系统最常见的病害之一，发生概率很高，因此扣件检查成为高速铁路日常巡检重点项目，是保障高速铁路运营安全的关键措施之一。目前，铁路部门对扣件检查基本采用人工检查方式，这种检查方式存在工作效率低、劳动强度大、人为因素干扰多、检查采样率低等缺点。文章研究Intelligent Rail Car轨道扣件智能检测系统(简称iRC小车)的工作原理、结构组成及功能，经过实验测试应用，iRC小车能够有效检测、反馈扣件的异常状态作为扣件弹条养护维修的依据，成为高速铁路工务维护人员巡查轨道扣件的快速有力的辅助工具。

轨道扣件； 智能检测系统； 功能； 扣件检测

随着高速铁路大规模的通车,从整体上确保高速铁路的系统安全性和可持续性是我国高速铁路面临的重大挑战。我国《高速列车科技发展“十二五”专项规划》指出:“研究并形成作为高速列车安全可靠运行的承载和支撑的基础设施建设、养护及服役状态检测技术体系是大规模高速铁路网能力形成、运营安全、能力保持和高效运营的全局性保障,是我国高速铁路网能力形成与保持的战略需求”。

扣件系统作为轨道结构的关键部件，其基本功能包括：保持轨距、防止钢轨爬行、增大轨道框架、提供轨道绝缘、保证轨道电路正常工作和调整钢轨位置等。扣件失效将会改变轨道轨距、平顺度，增大列车动态脱轨系数。扣件失效是轨道系统最常见的病害之一，发生的概率很高，扣件检查成为高速铁路日常巡检重点项目，是保障高速铁路运营安全的关键措施之一[1]。

目前，铁路部门对扣件检查基本采用人工检查方式，检查人员以塞尺作为检查工具，辅助头灯照明装置，逐个检查扣件的状态。我国高速铁路的轨道检查在夜间进行，提供的天窗时间短，因而使得这种检查方式存在工作效率低、劳动强度大、人为因素影响多、检查采样率低等缺点，不满足我国高速铁路轨道扣件服役状态普查的要求。

1 iRC小车工作原理及组成功能

1.1 工作原理

iRC小车主要用于自动检测轨道扣件的完整性以及弹条的紧固状态，同时自动测量扣件垫板厚度[2]。系统采用高精度激光传感器同步扫描轨道扣件，获得扣件的三维点云，通过处理软件智能、快速、可靠地检测扣件的完整性和弹条的紧固状态，并实时声光报警，同时保存检测结果，作为扣件系统养护维修的依据，是轨道维护人员巡查扣件系统快速有效的辅助工具。

1.2 组成及技术指标

1.2.1 组成

iRC小车主要由锂电池组、显示器、推杆、同步控制器、编码器、声光报警器、激光传感器组成，如图1所示。

图1 iRC轨道扣件智能检测系统组成

1.2.2 技术指标

(1)检测速度：0～10 km/h；

(2)检测精度：±0.1 mm；

(3)持续工作时间：大于4 h；

(4)工作温度：-10℃～50℃；

(5)存储容量：120 G；

(6)设备重量：小于35 kg；

(7)几何尺寸：180 cm×60 cm×35 cm。

1.3 功能

1.3.1 扣件检测[3]

iRC小车可以检测我国高速铁路扣件类型有：WJ-7、WJ-8、W300-12、W300-14、WJ-5等。可检测扣件间隙、丢失、严重损坏、绝缘块丢失、扣件异常(与iRC小车能检测扣件类型的模型不匹配且不适用上述检测项目的其他病害)、垫厚度及轨枕间隔过大等，其他未被收录的类型，经过系统进行采集建模后可以加入检测。扣件检测功能如表1所示。

表1 扣件检测功能表

1.3.2 轨枕定位

iRC小车能给予每一根轨枕唯一的编号，此编号由用户进行设置，可以选择用CPIII编号、轨道板编号、里程来指定。iRC小车上线检测开始时，只要设定第一根轨枕的编号值，此后根据用户选择的编号类型自动推算下一个轨枕编号。iRC小车把每根轨枕上的4个扣件检测结果与轨枕编号一一对应，并存储到数据库中。

(1)CPIII编号:CPIII编号中包含里程信息。只要使用CPIII编号就可以快速定位到唯一的轨枕，但是当每个CPIII中包含的轨枕数不一致时，轨枕定位比较复杂。

(2)轨道板编号：每块轨道板上的轨枕数量基本一致，使用轨道板编号时再加上iRC小车生成的里程信息，可以很好的为每一根轨枕定位。

(3)里程：iRC小车在使用时，由用户设置起始里程。在检测过程中自动计算里程。每经过一根轨枕，里程信息就与其对应。

1.3.3 报警提示

每次声光报警时，提示操作人员当前轨枕上的扣件有病害。操作人员听到报警后，停止iRC小车，根据iRC小车对扣件病害的提示进行相关维护后完成轨道检测。

1.3.4 数据导出

能导出当次检测的结果。用户可以对检测结果进行处理，如报表、统计、分析等。在进行统计分析后，可以发现哪些地段是病害多发区，哪些地段良好。对于病害多发区域，可以加大检测频率，以有效完成轨道维护工作。

1.3.5 项目管理

iRC小车以项目方式对每一次上线维护工作进行管理。用以保存本次上线工作的人员、线路、行别、总里程、上线下线、时间等信息。

2 iRC小车轨道检测后处理软件

iRC小车轨道扣件系统智能分析软件是基于iRC小车轨道扣件智能检测系统采集的扣件轮廓数据，所制作的扣件轮廓数据后处理软件。该软件提供扣件检测和钢轨底板与轨道板高差检测功能，支持三维播放现场扣件情况，存储并导出检测结果。

2.1 垫板厚度计算

通过浏览扣件轮廓数据，在后处理软件中，通过剖面视图(如图2所示)计算钢轨底板与轨道板之间的高差。经过修正后得出钢轨垫板的厚度[4]。

图2 扣件剖面视图

2.2 扣件检测

扣件状态包括扣件间隙、扣件丢失、绝缘块丢失、扣件严重损坏和扣件异常等。当扣件检测数据(如图3所示)出现上述状态时的轨枕被判定为问题轨枕，其他为正常轨枕。

图3 扣件检测数据

2.3 轨道轮廓三维浏览

操作数据读取控制工具和三维视图工具可观看三维视图，如图4所示。

图4 扣件三维点云图

3 扣件检测实验

3.1 组成

工务管理系统的组成如图5所示。

图5 工务管理系统组成

3.2 工作流程

使用移动存储设备从iRC小车导出扣件的原始明细表，通过精细化数字工务管理软件导入到数据库服务器。精细化数字工务管理软件能对历史数据进行查询、报表统计、扣件变化曲线分析、对比。工作流程如图6所示。

图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、工务人员维护状况等相关信息。数据查询是根据时间来查询相关信息(如图7所示)。

图7 数据查询

报表处理(如图8所示)是以指定段、时间区间、左右股及内外侧扣件，获取同一段内一系列的扣件，在历次检查结果的变化曲线图中可以分析出哪一段线路的扣件病害情况严重，根据分析结果得出重点维护段[5]。

图8 报表处理

3.4 扣件检测测试

2013年7月25日京津城际线路上行线扣件检测结果如表2所示。检测时间从1：22：35到1：49：27，行程1 km，检查扣件紧固状态总数量为6 040个，处于1.0 mm之下的有5 898个，合格率为97.65%；处于1.0 mm之上的有142个，不合格率为2.35%，如表3所示。问题维护报表，如表4所示。

表2 2013年7月25日对W300-14型扣件检测结果报表

表3 各种间隙的扣件统计表

表4 问题维护报表

在问题报表中发现一轨枕上的扣件绝缘块丢失。通过对比现场问题的三维视图(如图9所示)，确认绝缘块丢失，准备配件，安排维护任务。

图9 扣件三维视图

4 结束语

轨道扣件智能检测系统的应用，克服了我国高速铁路的轨道检查在夜间进行时提供的天窗时间短，以及传统人为检查方式工作效率低、劳动强度大、人为因素影响多、检查采样率低等缺点，提高了工作效率，给高速铁路运行安全提供了保障，成为高速铁路工务维护人员巡查轨道扣件快速有力的辅助工具。为我国高速铁路线路“预防为主、防治结合、修养并重”的维修原则提供了真实可靠的技术支持。

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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

刘妮娜(1981-)，女，工程师。

1674—8247(2016)04—0055—05

TP212

A