1、大型检修机械联合运用的构想摘要本文基于线路基础设大型施检测设备的性能和检测数据分析，提出联合运用大型线路维修设备的观点并加以探讨，以期对轨道交通的运营环境提供更有效的安全保障。 关键词检测维修设备运用中图分类号：U491.2+27 文献标识码:A 前言 为了适应线网的迅猛发展，广州地铁近年来大幅度引进先进技术装备，运用到线网运营的各个方面，确保了安全生产，同时也逐步在形成一套有效的科学运用体系。针对线路检测、修理方面，已引进了大型网轨检测车和钢轨打磨车，并即将引进大型钢轨探伤车和隧道检测车等，其作业高效性大大提高线路设备的安全、可靠性。这些大型机械既能单独作为一个单元实现相关的功能，又能联合起
2、来，实现线路基础设施的综合治理。如何联合大型检测、维修设备为线路基础设施提供有效的保障，是一个需要深入研究的课题。本文将结合国内外大型轨道检测、维修设备的应用情况，对广州地铁在大型检、修设备的联合运用展开初步构想，以期能更为充分发挥高科技设备的利用率，为城市轨道交通营造更为安全、舒适的环境。 1 概况 目前，广州地铁公司线路检测仅有一台 G031 网轨检测车在用，另一台新型的 G631 车在试运行当中，作业周期每线每月 23 遍，总计约 20次；对于整体道床线路维修主要是钢轨打磨机械，总计有 4 列钢轨打磨车在用，广佛线的打磨车 GF31+GF32 在调试中，每月平均大约 10 个作业点。 按
3、照地铁公司的短期规划，将拥有 3 台网轨检测车，3 台大型钢轨探伤车，5 列钢轨打磨车和 1 列隧道检测车，根据这个配备情况，基本能满足 500 公里左右线路的检修需求。以下将结合国内外轨道行业的情况，对大型检修设备的各自运用技术和联合运用技术做一个初步的探讨。 2 大型检测设备的运用技术 大型检测设备包括三个类型：线网综合检测、钢轨探伤检测和隧道断面检测，其主要功能是监控线路基础设施运用质量，确保运营环境的绝对安全和持续可用性。 2.1 网轨检测车 网轨检测车是在轨道检测车基础上逐渐发展起来的，我国自 20 世纪50 年代引进运用到如今已有六十余年的历史，其主要功能是检测线网存在病害，指导线
4、网养护维修，保障运营行车安全。法国的“IRIS320” (鸢尾花号)、德国的“RaiLAB” 、意大利的“ROGER 2000”(阿基米德号)、日本的“East-i” （黄色医生）和我国的综合动态检测车，是当今最先进的检测设备，均已实现基础设施的全面检测监控，主要包含轨道检查、接触网/轨检查、信号检查和通信检查方面，还可以根据需要扩充钢轨磨耗、轮轨作用力等的检测，通过对动态运行环境的全面监控，实现基础设施的综合治理。 广州地铁公司目前使用的网轨检测车，属上世纪末的 GJ-4 代成熟产品，通过线网不平顺峰值管理法等速检测线网状况，通过波形图对比分析和超限值报表统计分析，可以评定线网运用状况，指导
5、线网养护维修甚至抢修，同时兼有检验施工地段作业效果。 轨道检测部分实现四级超限值管理系统：1）轨道不平顺的日常养护管理，I 级管理目标值；2）轨道不平顺舒适度管理，级管理目标值；3）轨道不平顺临时补修管理，级管理目标值；4）轨道不平顺限速管理，级管理目标值。 接触网/轨检测采用三级缺陷管理，主要检测值有导高、拉出值、硬点和压力（后两项仅对柔性接触网） 。其检测标准对应弓网接触平顺性，指导设备的养护。 2.2 大型钢轨探伤车 广州地铁公司目前没有该类设备，主要靠人工推行探伤小车进行钢轨内部伤损的检测。目前共有 3 个探伤工班，分别负责 23 条线的检测任务，探伤周期为正线每月覆盖 1 遍。对于焊
6、缝、道岔区还需要加强探伤，人力消耗较大。 大型探伤车主要功用是预防钢轨疲劳折断，监控钢轨疲劳伤损发展，查找伤损发展规律，进而在确保运营行车安全的前提下，尽可能实现钢轨的有效利用。探伤车主要利用超声波透入法探测钢轨内部的疲劳裂纹，通过不同角度和科学布局，可覆盖整个轨头以及轨腰宽度直到轨底（如图 1 所示） ，检测速度最高可达 80km/h。对于城市轨道交通而言，可采取末班加开或封锁方式作业，不影响正常运营列车秩序。 超声波探伤不可以定量，因此依据当量法进行分级管理，分为重伤、轻伤和轻伤有发展三种。重伤轨须立即处理，下道或加固，表面或近表面轻伤或有发展情况目前只对其监控，没有有效处理方式。 2.3
7、 隧道检测车 该类车型研究起步较晚，目前还没大面积运用。该类检测车主要对隧道限界和混凝土内部缺陷进行检测，防止隧道变形或内部裂纹引起安全问题。隧道检测车技术运用特点须进一步研究，目前缺乏相关资料。 3 大型维修机械的运用技术 大型维修机械主要包括钢轨/道岔打磨车，钢轨铣磨车、线路/岔区捣固车（对有碴线路）等。广州地铁以无碴线路为主，维修机械主要是钢轨打磨车，此处仅介绍钢轨打磨车运用技术。钢轨打磨技术的最初应用是为了控制波磨（包括长波、短波和极短波磨耗）的发展，以及改善钢轨头部断面形状，满足轮/轨接触特性（即所谓的最佳光带断面） ，从而减少钢轨及车轮的磨耗率。随着打磨技术的发展，特别是打磨工艺的
8、提高，逐步发展到以波磨深度 h 与 0.3mm 大小关系为基准的两大类打磨模式：预防性打磨，要求波磨深度 h0.3mm；修理性打磨，波磨深度满足 h0.3mm。地铁公司采取标准为0.4mm，较铁路维修标准稍宽松些。 钢轨打磨技术作为一种比较昂贵的钢轨维修模式，通过不断摸索，越来越体现出优越性能。可达到以下预期效果：1）增加钢轨 50%-100%的使用寿命；2）减少钢轨失效的风险；3）减少车轮、轨道部件以及轨道几何形位的恶化率；4）允许列车以较高的速度运行；5）降低轮轨噪音。现如今，以澳洲铁路和香港地铁对打磨技术的运用，从修理性、预防性打磨发展为预打磨策略。该策略方案着眼于轮对与钢轨的匹配关系，
9、以较短的维修周期和较经济的作业模式使轮对保持最佳接触廓型，钢轨保持最佳接触轮廓，进行微（或无）伤损的打磨。经过在客运专线上的探索验证，运用大型检测设备采集数据分析，并结合钢轨和轮对接触光带的监控，基本实现了线路的不限速运行，延长了钢轨寿命，优化了运行环境。 4 大型检修机械联合运用构想 大型检测机具技术的成熟，可以检测出基础设施的各种程度的不良。但是对于有些检测项目，例如轨道检测的动态级及以下超限、探伤的轻伤有发展及以下伤损，检查出来却没有有效手段来整治。监控到发展，只能在其加重或升级的情况下才能采取措施。针对这一问题，世界上轨道交通行业纷纷立项研究，发现通过钢轨打磨维修，可以有效整治检测机具
10、检测到的不良数据，弥补了检测数据利用方面的不足。特别是打磨运用技术的不断提高，在延长钢轨使用寿命，优化运营环境发面作用更为明显。对于运营中的线路，找到最佳轮轨匹配关系是解决轮轨寿命最佳的手段。而动态轮轨关系因为影响因素多，其最佳接触关系是轨道交通的一个难题。目前，只能从钢轨光带、轨道检测数据进行分析，找出近似最佳的轨廓，以适应钢轨轮对运行的要求；同样，对轮对的镟修加工，一直要保持最佳轮廓，减少对钢轨的冲击作用，才能最大限度满足设备运用寿命要求。大型检修机具联合运用，其效果明显，主要体现在以下几个方面。 4.1 动态加速度超限数量的控制 因高铁无砟线路类似地铁线路情况，就以株洲工务段所辖高铁线路
11、为例，自 2010 年 3 月引入了钢轨打磨，8 月份全部打磨完毕，统计其综合动检车检测数据，其级超限数据趋势如图表 1、2 所示。 图表 1 武广株洲段上行级超限趋势图图表 2 武广株洲段下行级超限趋势图 通过图表可以看出，通过打磨对钢轨修理作业，可以明显减少动态超限数量，控制了线路动态性能扣分。 4.2 动态加速度幅值的改善 结合线路精调技术，使线路几何尺寸达到最佳状态，再利用钢轨打磨技术修整出适合轮轨关系的轨廓，则可以有效削减动态加速度波形的幅值。以武广高铁 K1548+700-K1549+000 检测波形截取图和 K1543-K1555区段为例对比打磨前后动态性能，如图 2 所示。 图
12、 2 打磨前后动态横向加速度波形对比图（灰色为打磨前） 4.3 形成理想接触光带图 3 打磨前轨廓仪测量钢轨轮廓图 对超限数据集中地段，通过对线路光带调查，发现出现不同程度和类型的光带分散现象，尤其以双光带最为普遍。运用轨廓仪检测，轨面R300 弧面近似直线，导致轨距角 R13 处弧面“上翘” ， 如图 3 所示。钢轨打磨后光带位置理想，在运行 15 天后光带趋于稳定，宽度在2530mm。如图 4 所示。 图 4 在武广株洲段 K1561.500 曲线上打磨前后光带对比 4.4 车辆架构振动减弱 轨道几何尺寸在超限 I 级以下的优良条件下，旅客列车各类振动而产生的的噪音问题是困扰列车舒适运行的
13、难题。通过线路精细化打磨作业发现，相比较未打磨区段噪音点处所减少，幅度下降，温哥华城市轻轨经过打磨作业后噪声由 110 分贝降到 70 分贝的可接受范围。如图 6 所示有两个区段打磨后振动试验结果对比。 图 6 下行线路 K1543K1551 打磨前后振动测试结果对比 4.5 钢轨表面伤损的消除 对于使用中的钢轨，随着车轮的碾压和冲击作用，在初期最易形成表面、近表面伤损，主要有硬化微裂纹、波浪磨耗和擦伤等，目前最有效控制这些伤损的方法就是实施周期性打磨（也叫预防性打磨） ，该手段不仅弥补了对于轻伤或有发展的处理方式，而且有效遏制了伤损发展趋势，延长了钢轨使用寿命。当然，对于已形成了较深裂纹，这
14、种处理只能临时缓解钢轨的大修周期。如图 7，为京九线钢轨严重表面伤损打磨前后效果。 图 7 京九线严重表面伤损打磨前后状态对比 4.6 钢轨打磨延长钢轨/车轮寿命 钢轨打磨对轮轨关系的改善，减少钢轨/轮对受到的冲击力，减少钢轨/轮缘的磨耗，一方面可以延长钢轨大修周期，提高钢轨使用寿命，另一方面可以延长车轮的镟轮周期，则相应提高了车轮使用寿命。钢轨打磨对于钢轨使用寿命有多个科研课题提供了证明，如我国重载货运线大秦线的打磨，明显提高了钢轨使用寿命，如图 8 所示，打磨试验试点区段和小半径曲线对比，明显提高了钢轨使用寿命。该技术的关键是控制打磨量减少到最小，降低打磨维修昂贵的成本。 经过世界多个轨道
15、线路试验，在延长车轮寿命上也有很多案例。通过引入钢轨打磨优化钢轨廓形等手段，埃德蒙顿地铁的旋轮周期由 5 万公里提高到 15 万公里，洛杉矶城铁车轮寿命增加了 4 万-40 万公里。 4.7 钢轨打磨在减少能耗上的作用 因为节能影响因素较多，目前该部分研究目前还不是很成熟。据不完全统计，钢轨全线打磨的策略增加电能量的导通性能，减小了钢轨摩擦力，是有减少能耗趋势的。如图 9，是我国铁道部门打磨研究时的统计数据，通过图表可以看出在打磨后的 2 个月内能源消耗明显降低。关于钢轨打磨的节能效应还需要进一步研究。 5 结束语 通过大型检修机具的配合作业，可以有效利用大型检测机具的检测数据，实现整治修理一体化管理，完善现有检测数据的处理手段，为城市轨道交通的优质运营环境提供有力的保障。 参考文献 1 周劲松.铁道车辆振动与控制M.北京：中国铁道出版社 2012年 8 月第 1 版。 2 侯克平，改善轮轨相互作用与延长钢轨使用寿命R. 大秦重载铁路试验成果报告。 3 杨 毅，武广高铁大机打磨维修技术研究与应用R.武广高铁钢轨打磨运用成果报告。
