鋼軌斷面檢測(cè)技術(shù)在包蘭線鋼軌打磨作業(yè)中的應(yīng)用

李曉

（呼和浩特鐵路局工務(wù)處，內(nèi)蒙古呼和浩特010050）

鋼軌斷面檢測(cè)技術(shù)在包蘭線鋼軌打磨作業(yè)中的應(yīng)用

李曉

（呼和浩特鐵路局工務(wù)處，內(nèi)蒙古呼和浩特010050）

鋼軌斷面的磨損會(huì)直接影響列車運(yùn)行的安全性和舒適性，進(jìn)而影響鋼軌的使用壽命。為了對(duì)鋼軌斷面進(jìn)行智能化高精度測(cè)量，本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外的鋼軌斷面檢測(cè)技術(shù)，研制了基于激光三角測(cè)距原理的鋼軌斷面檢測(cè)系統(tǒng)，在包蘭線的測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證了該系統(tǒng)的實(shí)用性。鋼軌斷面檢測(cè)系統(tǒng)為鋼軌斷面修復(fù)提供了精確、高效的測(cè)量設(shè)備。

鋼軌斷面；激光三角測(cè)距；鋼軌打磨

1　鋼軌斷面檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi)外道岔鋼軌磨損檢測(cè)主要有手動(dòng)接觸式測(cè)量、光學(xué)成像、激光三角測(cè)距3種不同的方式。

1.1接觸式測(cè)量

接觸式測(cè)量方式以鋼軌非工作邊軌顎為測(cè)量基準(zhǔn)，人工移動(dòng)帶有電子千分表的測(cè)量單元，記錄鋼軌垂磨和側(cè)磨測(cè)量值。其測(cè)量精度不高。隨著光電編碼和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，手工測(cè)量和記錄工作由編碼器和計(jì)算機(jī)取代。國(guó)外鐵路維修技術(shù)研究部門研制了先進(jìn)的接觸式測(cè)量設(shè)備［1］，運(yùn)用光電編碼器實(shí)現(xiàn)了高精度的鋼軌斷面測(cè)量。但其測(cè)量行程偏小，探針無(wú)法測(cè)量到軌顎處，從而影響對(duì)鋼軌磨耗的正確評(píng)估，且存在工作效率低、工作強(qiáng)度大等缺點(diǎn)。

1.2光學(xué)成像技術(shù)

隨著圖像處理和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外研究部門采用激光成像原理［2-4］研制了鋼軌斷面檢測(cè)系統(tǒng)。其利用工業(yè)相機(jī)對(duì)激光器成像進(jìn)行捕捉，由采集單元進(jìn)行成像分析處理，提取出斷面中心線，再利用數(shù)學(xué)處理算法對(duì)鋼軌實(shí)測(cè)廓形與理論廓形進(jìn)行擬合處理，最終計(jì)算鋼軌斷面各測(cè)點(diǎn)位置偏差量。

該測(cè)量方式受制于相機(jī)分辨率、抗干擾能力等因素，檢測(cè)精度難以滿足精細(xì)施工要求，常用于普速線路快速檢查和日常線路質(zhì)量管理。

1.3激光三角測(cè)距技術(shù)

激光三角測(cè)距傳感器是基于平面三角幾何原理進(jìn)行測(cè)量的非接觸式測(cè)量設(shè)備［5］，即通常所稱的激光位移傳感器。靜態(tài)檢測(cè)時(shí)通常采用點(diǎn)激光傳感器，通過(guò)激光測(cè)距傳感器橫向移動(dòng)測(cè)量來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼軌斷面的測(cè)量，如圖1所示。

圖1　激光三角測(cè)距設(shè)備示意

2　鋼軌斷面檢測(cè)系統(tǒng)的研制

目前對(duì)鋼軌斷面的檢測(cè)普遍依靠進(jìn)口設(shè)備，本文介紹自主研制的基于激光三角測(cè)距技術(shù)的鋼軌斷面檢測(cè)系統(tǒng)。檢測(cè)系統(tǒng)硬件主要由主機(jī)、支撐桿和計(jì)算機(jī)3部分組成。主機(jī)主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲(chǔ)等；支撐桿主要起鋼軌斷面測(cè)量時(shí)的輔助支撐作用；計(jì)算機(jī)則主要用于在線數(shù)據(jù)處理分析。檢測(cè)系統(tǒng)硬件組成如圖2所示。

圖2　鋼軌斷面檢測(cè)系統(tǒng)硬件組成

2.1檢測(cè)原理

以激光三角測(cè)距原理為基礎(chǔ)［6］，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)激光位移傳感器橫向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼軌橫斷面廓形幾何尺寸的測(cè)量。利用計(jì)算機(jī)軟件輔助進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析，對(duì)實(shí)測(cè)鋼軌廓形與理論設(shè)計(jì)廓形進(jìn)行對(duì)比分析，并計(jì)算偏差。檢測(cè)原理如圖3所示。

圖3　檢測(cè)原理示意

2.2主要技術(shù)參數(shù)

該系統(tǒng)的性能和精度指標(biāo)如下：

①尖軌相對(duì)于基本軌降低值：±0.1mm；

②心軌相對(duì)于翼軌降低值：±0.1mm；

③鋼軌廓形：±0.1mm；

④尖軌、基本軌、心軌肥邊大?。骸?.1mm；

⑤單次測(cè)量時(shí)間＜20s；

⑥檢測(cè)范圍：自鋼軌內(nèi)側(cè)70°到外側(cè)40°（鋼軌斷面圓弧法線與鋼軌垂直中心線的夾角）。

2.3應(yīng)用場(chǎng)合

1）正線鋼軌檢測(cè)

通過(guò)對(duì)正線線路重點(diǎn)病害區(qū)域進(jìn)行鋼軌斷面偏差檢測(cè)，在線分析鋼軌斷面偏差和鋼軌磨耗，指導(dǎo)鋼軌日常打磨維修作業(yè)。

2）道岔鋼軌檢測(cè)

通過(guò)對(duì)道岔鋼軌重點(diǎn)病害區(qū)域進(jìn)行斷面檢測(cè)，在線分析鋼軌斷面偏差、尖軌相對(duì)于基本軌降低值、心軌相對(duì)于翼軌降低值等參數(shù)，指導(dǎo)道岔鋼軌打磨與修復(fù)。

3　鋼軌斷面檢測(cè)系統(tǒng)在包蘭線現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況

2015年5月18日，呼和浩特工務(wù)段在天窗作業(yè)時(shí)間內(nèi)運(yùn)用鋼軌斷面檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)包蘭線上行K51—K56打磨區(qū)段進(jìn)行了斷面檢測(cè)，對(duì)打磨前及打磨5遍或10遍后的鋼軌斷面進(jìn)行重點(diǎn)檢測(cè)，并與該區(qū)段基準(zhǔn)廓形進(jìn)行比對(duì)，基于檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)打磨車打磨策略進(jìn)行了優(yōu)化。包蘭上行線鋼軌打磨前后檢測(cè)廓形對(duì)比如圖4所示。

鋼軌斷面檢測(cè)結(jié)果表明，打磨后鋼軌斷面與目標(biāo)斷面廓形基本吻合，打磨作業(yè)達(dá)到預(yù)期效果。實(shí)際應(yīng)用中，通過(guò)對(duì)打磨后檢測(cè)結(jié)果分析，優(yōu)化打磨策略，經(jīng)多次打磨后效果更佳。鋼軌斷面檢測(cè)系統(tǒng)給精細(xì)化打磨施工提供了支持。

圖4　包蘭上行線鋼軌打磨前后檢測(cè)廓形的對(duì)比

4　結(jié)語(yǔ)

為準(zhǔn)確掌握鋼軌的磨損狀態(tài)，以便及時(shí)進(jìn)行打磨處理，研發(fā)了基于激光三角測(cè)距技術(shù)的鋼軌斷面檢測(cè)系統(tǒng)。對(duì)包蘭線現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果的分析表明，該檢測(cè)系統(tǒng)能滿足當(dāng)前鋼軌磨損檢測(cè)精度要求。

［1］ESVELDG.丹麥MINIPROF輪軌斷面測(cè)量系統(tǒng)［J］.國(guó)外鐵道車輛，1994（4）：43-45.

［2］高偉杰.基干機(jī)器視覺(jué)的鋼軌斷面檢測(cè)系統(tǒng)的研究［D］.北京：北京交通大學(xué)，2012.

［3］孟佳，高曉蓉.鋼軌磨耗檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.鐵道技術(shù)監(jiān)督，2005（1）：34-36.

［4］孫軍華，王偉華，劉震，等.基于結(jié)構(gòu)光視覺(jué)的鋼軌磨耗測(cè)量方法［J］.北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，36（9）：1026-1029.

［5］金文燕，趙輝，陶衛(wèi).激光三角測(cè)距傳感器建模及參數(shù)優(yōu)化研究［J］.傳感技術(shù)學(xué)報(bào)，2006，19（4）：1090-1093.

［6］王紀(jì)武，張顯文，高偉杰，等.基于機(jī)器視覺(jué)的鋼軌軌頭非接觸測(cè)量精度研究［J］.北京交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2014（1）：132-135.

AbstractRail profile wear will directly affect the security and comfort of the train operation，and further affect the service life of the rail.For realizing the intelligent and high precision measurement of rail profile，the rail profile detection system based on the laser triangulation principle was developed in this paper by combing with the rail profile detection technology at home and abroad，the practicability of which was verified by test results in Baotou-Lanzhou railway.Rail profile detection system could provide a more accurate and efficient measurement equipment for rail profile repair.

Application of Rail Profile Detection Technology in Rail Grinding Operation for Baotou-Lanzhou Railway

LI Xiao
（Track Maintenance Division，Hohhot Railway Administration，Hohhot Inner Mongolia 010050，China）

Rail profile；Laser triangulation；Rail grinding（責(zé)任審編葛全紅）

U216.65

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2016.04.32

1003-1995（2016）04-0127-03

（責(zé)任審編葛全紅）

2016-01-09；

2016-03-06

李曉（1968—），男，工程師。