基于检测波形图的CN系列道岔转辙部位病害分析技术

孙大伟 中国铁路上海局集团有限公司淮安高铁基础设施段

1 基本情况

CN 系列道岔作为从德国引进并经国产化改造的道岔，与国产工联岔和客专岔有诸多不同，主要体现在整体结构更为复杂：转辙部位设计为动态轨距优化结构，直基本轨向外弯曲加宽轨距。对于CN 系列道岔的日常检查养护主要依靠动态检测数据，结合现场静态检测数据进行分析。

传统的静态检测方法是采用拉长弦测量转辙部位轨向，弦绳长度包含整个道岔转辙部位，该方法存在以下几点不足：一是受弦绳自重影响，弦绳不能过长，否则受自重自然下垂，导致测量数据误差偏差较大；二是传统弦测法是人工使用钢尺进行测量读数，数据受人为和天气影响较大，导致测量数据精度不足；三是高铁道岔的检查质量与效率要求越来越高，传统检测方法检测效率过低。

根据惯性基准法原理，对于检测数据而言，其检测结果的标准值通常为0 mm，即检测数据的实测值即为偏差值。然而CN 系列道岔转辙部位采用动态优化轨距加宽技术，其轨向标准值不为0 mm，目前缺少标准波形及数值，所以转辙部位的轨向病害无法在动静态检测波形或者数据中进行对比分析。

为解决上述问题，本文参考弦测法原理，模拟计算CN 系列道岔的轨向标准值，再通过内插加密方法模拟CN 系列道岔动静态检测波形图，进而与实测动静态检测波形及数据进行对比分析，确定病害准确位置及偏差值。

2 模拟分析方法

本文基于CN系列道岔轨距、框架、直外股10 m弦测值和轨枕间距等数值，参考10 m 弦轨向测量原理，模拟计算出CN系列道岔每根轨枕位置的轨向标准值，其计算流程：一是计算直外股及内直股轨向加宽值；二是根据轨枕间距，计算出两侧弦绳基点的准确位置；三是根据两侧弦绳基点的准确位置的直外股和内直股加宽值及该枕位置的加宽值计算出轨向测量值。

2.1 直外股及内直股轨向加宽值

通过CN 系列道岔图纸，可以查出转辙部位每根轨枕对应位置的轨距及直外股加宽值，据此可以计算每根枕内直股加宽值，具体计算公式列于式（1）。

式中，W内直股为内直股加宽值，G加宽为轨距加宽值，W直外股为直外股加宽值。

2.2 直外股及内直股轨向标准值计算原理

根据轨枕间距，计算每根轨枕位置10 m弦两侧弦绳基点的准确位置，再根据10 m弦两侧弦绳基点的准确位置的直外股和内直股加宽值及该枕位置的加宽值计算出轨向测量值，具体计算公式列于式（2）。

式中，An为n#枕的轨向，Wn为n#枕的加宽值，w基点1、w基点2为n#枕10 m弦绳前后基点位置的加宽值。

10 m 弦前后两基点位置加宽值（即w基点1、w基点2）的计算方法如下：

一是根据轨枕间距计算两个基点准确位于哪两根枕之间，及与这两根枕的准确距离；二是根据基点与前后轨枕的距离及前后轨枕的加宽值计算基点的加宽值，具体计算公式列于式（3）。

式中，w基为基点的加宽值，w前为基点前轨枕的加宽值，w后为基点后轨枕的加宽值，L为基点前后轨枕的轨枕间距，L1为基点与前轨枕的距离。

由于以上计算过程较为复杂，并且逐枕计算工作量过于庞大，本文借用C#语言编写计算程序，对CN系列道岔直外股和内直股轨向标准值进行自动计算。

2.3 直外股及内直股轨向标准值计算算例

以CN6118AT 道岔13#枕直外股为例。13#枕10 m 弦前基点位于5#枕及6#枕之间，后基点位于21#枕及22#枕之间。5#、6#、13#、21#和22#枕距离顺坡终点的距离和加宽值列于图1：

图1 10 m弦轨向测量示意图

CN系列道岔13#枕直外股轨向具体计算过程如下。

2.4 CN道岔动静态检测数据模拟过程

计算出CN 系列道岔每根轨枕位置的轨向标准值后，参考轨枕间距对轨向值进行0.125 m 及0.25 m 内插加密，轨距数值进行同步内插加密后，即可分别获得CN 系列道岔动态（0.25 m数据间隔）及静态（0.125 m数据间隔）模拟数据。

3 实例应用

CN 系列道岔动静态模拟数据可根据特征点位置与动静态实测数据进行匹配后做对比分析。以2021 年5 月18 日连镇高铁灌南站1#岔动检数据为例。

在WinDBC软件中输出道岔对应里程位置检测数据文本格式，并导入Excel 中。其中需注意，轨向实测数据输出参数选择“左轨向弦测10 m”及“右轨向弦测10 m”。将数据导入Excel后，对数据进行分列，保留道岔部分数据，删除道岔以外多余数据。并将CN 系列道岔动态模拟数据导入该Excel 工作表中，使用实测数据和模拟数据制作折线图，根据实测数据和模拟数据折线图线形将模拟数据在Excel 中进行里程调整，使实测数据与模拟数据的折线图匹配，匹配后的折线图如图2，对比差值列于表1。

表1 灌南站1#岔直外股轨向动检数据与模拟数据对比表

图2 灌南站1#岔直外股轨向动检数据与模拟数据对比图

通过对比分析可知，距道岔尖轨尖3.3 m 和16 m 位置存在两处长度分别约为2.5 m 和3.5 m 偏差值约为1.5 mm 的轨向不平顺病害。将模拟数据与实测数据进行对比分析确定病害位置后，于当日天窗内使用传统弦测法对此二处病害进行复核检查，检查结果与对比分析结果一致。

4 总结

使用C#编程语言模拟计算CN系列道岔每根轨枕位置的轨向标准值，再通过内插加密方法模拟CN 系列道岔动态及静态检测波形图，进而与实测动静态检测数据进行比较分析确定病害准确位置及偏差值。解决了传统弦测法检测CN 系列道岔效率低、精度低和无法检测长波轨向不平顺等问题。通过试验，将本文提出的检测分析方法与传统弦测法进行比较，试验结果表明，本文提出的方法的检测结果与传统弦测法检测结果一致，可极大地提高了检测分析的效率及精度。