高速铁路轨枕定位技术的研究

2012-01-27朱洪涛刘广路

铁道标准设计 2012年8期

朱洪涛,刘广路

(南昌大学机电工程学院,南昌 330031)

轨道检查仪(以下简称轨检仪)是既有线平顺性静态检测的专用仪器。行业标准规定其准确度分为0级、1级2个等级。0级轨检仪用于测量速度不大于350 km/h的高速铁路,里程允差为1‰；1级轨检仪用于普通铁路,里程允差为2‰[2]。

目前,轨检仪的轨道几何形位是以推行里程为自变量进行描述的,由于累积误差,在长距离的测量中超限处所标识的里程可能会与实际里程相差几米,这将给病害的准确定位造成困难。而无砟轨道的养护工艺不同于散粒体的有砟轨道,比如,轨道几何形位的恢复只能借助于扣件系统而无法通过整理道床来实现。此即意味着其调整规划需以轨枕ID关联而非现有的以里程定位。为适应无砟轨道的特点,新修订的轨检仪行业标准提出“鼓励测量点与扣件节点位置相对应[3]。

现行轨检仪在测量成果与轨枕的对应性方面尚无具体的硬件保障措施。增加基于硬件检测的轨枕定位功能可以实现轨检仪测量信息的精确定位,使轨检仪更适用于高速铁路的精确、快速测量。

1 轨枕定位功能实现的基本途径

钢轨和轨枕间的联结是通过扣件实现的,因此扣件应保持齐全,位置正确,作用良好[4]。鉴于此,可考虑通过识别轨道扣件来实现轨检数据与轨枕ID的关联。扣件硬件检测可考虑接触式、非接触式2种方案。与接触式检测轨枕相比,非接触式检测轨枕可以防止机械磨损、碰撞等的产生,且不会对轨道造成损伤。

非接触式检测可以利用图像传感器实现,但技术相对复杂,成本较高。也可以利用接近开关实现,简单易行。根据轨道的结构特点,本设计采用了电涡流式接近开关对扣件的紧固螺栓进行检测,间接检测轨枕的非接触式检测方案。

2 轨枕定位功能实现的基本原理

电涡流式接近开关与被检测金属导体之间的距离在一定范围内变化时,不需要接触就能发出高低电平信号,它是一种在一定距离内检测金属导体有无的传感器[5],用途广泛。接近开关识别轨枕的原理如图1所示。

图1 接近开关识枕原理

当扣件紧固螺栓在接近这个能够产生电磁场的振荡感应头时,螺栓内部就会产生涡流,这个涡流反作用于接近开关,会使得接近开关振荡能力衰减,从而使内部电路的参数发生变化,并由此识别出有扣件接近,进而控制开关的通或断[6],产生的信号可被单片机PCA功能模块[7]获取,从而判断是否有轨枕。

设计采用图尔克接近开关Ni30U-M30-AP6X,其测量距离达到30 mm[8],能够充分利用扣件紧固螺栓高于扣件弹条的这一结构特点,使系统可以可靠的识别紧固螺栓而避免了弹条对硬件识别的干扰。

3 轨枕定位的技术难点及技术解决方案

3.1 技术难点

首先,铁路轨道所处环境恶劣,自然因素或人为因素可能导致轨道扣件的损坏或缺失,造成轨枕的漏识别；其次,轨道上传感器作用范围内的任何金属杂物金属量超过一定时都会使其产生开关信号,造成轨枕的误识别。由于线路实际情况复杂,漏识、误识在所难免,因此,防止和消除漏识、误识对测量成果定位的影响是本设计的重点和难点。

3.2 轨枕误识漏识的解决方案

《高速铁路设计规范》(TB 10621—2009)规定,扣件节点间距不宜大于650 mm,道岔区扣件间距宜为600 mm。鉴于扣件节点的节距特征,可以采用软件补偿的方法,消除误识、漏识的影响。即通过判断某次捕获的轨枕信号与上一次有效信号之间的里程差(每根轨枕处的里程均取轨枕信号获取后第一次里程中断处的里程值,即图 2中A、B两处的里程),并结合轨检仪采样间隔125 mm的特点[9]来确定采集的有效性。