運用慣性法測量波磨的實踐及應用

劉暢

(朔黃鐵路公司線路檢測和救援中心,河北肅寧　062350)

運用慣性法測量波磨的實踐及應用

劉暢

(朔黃鐵路公司線路檢測和救援中心,河北肅寧062350)

基于當前檢測方法,弦測法的傳遞函數不恒等于1,不能正確反應軌道的不平順性,慣性基準法受速度影響較大,低速時加速度信號比較微弱,信燥比低,要做積分運算,且低頻信號容易引起積分飽和,考慮積分穩定性問題,誤差較大。因此當前檢測方法還有許多不足之處。隨著光電技術的發展,在弦測法和慣性基準法基礎上需開發一種采用光電位移計或光電攝像技術獲得位移信號的檢測方式,檢測精度會大大提高。本文在朔黃鐵路應用波磨檢測系統基礎上,指導鋼軌銑磨,探索銑磨周期。

波磨RMS值銑磨

波磨是出現于鐵路線路鋼軌頂面呈波浪型的磨耗，軌面光帶忽明忽暗。它有波長和谷深兩種屬性。波長是相鄰的兩波峰之間的縱向距離，谷深是相鄰的波峰與波谷間的垂直距離。

1　鋼軌波磨對列車運行的影響

1.1增加工務部門的維修費用,破壞軌道

(1)加速石砟粉碎。當軌道受垂向作用力加大后，石砟受擠壓，換砟及補砟工作增多。

(2)空吊、泛白接頭、翻漿冒泥的增多。接頭空吊會使白色底砟翻到軌道表面，是空吊的典型特征，長期空吊加上自然災害的影響會使軌道形成翻漿冒泥。(3)枕木裂紋、失效增多。在波磨地段，波峰對枕木載荷和垂向作用力加大，對軌道壓潰增加，多處枕木會形成裂紋、甚至失效。

1.2其他影響

(1)輪軌粘著不良。機車司機在波磨軌地段為確保行車安全，要減速行駛。由于波磨軌軌面不平順，導致輪軌粘著不良，增大了列車的運行阻力，增加了動力損耗。(2)機車零部件修換率增高。由于列車通過波磨區段振動加劇，機車車輛零部件也受損，造成松動、斷裂，增加了機車檢修的工作量，帶來不必要的經濟損失。(3)脫軌。波磨嚴重地段，列車通過波峰時，列車沖擊力增大，而通過波谷時受力減小，列車的瞬間減載，容易引起脫軌。

2　組成及功能

波磨檢測系統由軟件和硬件兩部分組成，硬件主要包括左右軸箱加速度計、實時采集計算機、前置預處理裝置、波磨波形機等。軟件主要包括鋼軌波磨實時檢測軟件、數據接收軟件、超限編輯和報表生成軟件以及波形分析軟件。

2.1系統各部件功能

(1)軸箱加速度計。軸箱加速度計安裝在檢測車2號車1軸軸頭左右兩側，是原始觸發信號的主要來源，是一種能夠測量加速力的電子設備，它能感受加速度并將其轉換成可用輸出信號。實際生活當中，利用加速度計可以用來分析發動機的振動，還可以用于地震檢波器的設計和監測高壓導線舞動。

(2)前置預處理裝置。前置預處理裝置由±15V和±5V集成一體化穩壓電源、左(L)右(R)加速度處理板組成。前面板設有調試和檢測孔，可在此監視各路傳感器的原始信號及經過處理板進入A/D采集板的信號。左(L)右(R)加速度信號處理板分別對左右加速度信號進行預處理，包括調零點、調增益、抗混疊濾波等。

表1　曲線下股波磨RMS均值排序

表2　鋼軌銑磨作業地段波磨發展情況統計

(3)波磨實時處理計算機。波磨實時處理計算機是波磨系統的核心和大腦，在波磨實時處理平臺下實現對原始加速度信號的等距離采用、顯示、存儲，同時通過數字處理、積分濾波等技術，計算鋼軌頂面相對于軸箱的位移，輸出鋼軌波磨幅值。開啟工控機后需在該界面正確設置檢測信息。

實時處理界面在采集前應正確設置檢測線路、方向、起始里程、狀態，界面自上至下共顯示3組波形，依次為波磨峰值波形圖、波磨RMS值波形、原始觸發信號波形，并將數據實時傳遞給波形機。

(4)波磨波形機。波磨波形機位于車內波磨實時處理計算機下方，主要功能是數據存儲和波形顯示，并能對波形進行歷史數據對比、實時輸出超限報表，可對數據進行編輯、統計、打印。

(5)超限報表包含超限位置、類型、峰值大小、長度、等級、速度、檢測標準。

(6)波形圖包含實時檢測速度和里程、左右股原始觸發信號、左右股原始值波形、左右股RMS值波形，瀏覽波形圖可以縱觀軌面波動情況及趨勢，點擊縮放功能，放大波形圖，點擊測量，可以獲取任意點的波磨原始峰值、任意區段波磨的均方根值，還可以通過波形歷史數據對比，預見病害發展趨勢，指導鋼軌維護和評價軌道維護質量。

2.2檢測原理

鋼軌波浪磨耗檢測系統是一個對鋼軌頂面波浪磨耗進行動態在線檢測的系統。它采用慣性基準法，在QNX實時操作系統平臺下實現對原始加速度信號的等距離采樣、顯示和存儲，由計算機對原始觸發信號進行二次積分和濾波處理，計算出鋼軌頂面相對于軸箱的位移，從而得到波磨幅值。

2.3實踐及應用

(1)利用RMS值指導鋼軌打磨。波磨采集每米采集100個點的波磨峰值，當前月報中幅值為波磨RMS值，RMS值為一個均方根值，每5米為一個計算單元，每米中每間隔0.25m計算出4個rms值，也叫滑動平均值例如k62+100.00的rms值為該點前2.5米和該點后2.5米內共500個點的均方根值。即，通過這種算法來反映該區段鋼軌表面的波動情況，rms值越大，說明鋼軌表面波動越大。

因為波磨病害主要發生在曲線下股，當前波磨檢測系統指導鋼軌打磨，主要依靠曲線下股RMS均值進行降序排列，從而制定銑磨或打磨計劃(如表1所示）。

(2)評價軌道維護質量。不論是銑磨作業還是打磨作業，利用波磨檢測系統可以利用波形圖對施工前后的作業質量進行評價。利用波形圖的縮放及測量功能，可以讀取具體數值，灰色波形代表銑磨前軌面波磨幅值，藍色波形代表銑磨后波磨幅值，通過對比發現銑磨后波磨幅值明顯下降。

(3)建立波磨觀測臺賬。波磨為軌面主要病害，為了探索線路打磨(銑磨)周期，研究重載鐵路延長鋼軌使用壽命的綜合技術措施，因此需要現場驗證來研究綜合技術措施的有效性和實用性。基于此，我們采取對銑磨地段建立觀測臺賬的方式，來探究打磨(銑磨)周期。如表2所示。

如表2中，4月代表銑磨前波磨情況，5、6、7、8、9月代表銑磨后波磨的發展情況，明顯看出，銑磨后較銑磨前波磨明顯下降，隨著時間推移波磨幅值逐月上升。通過追蹤觀察，當波磨幅值與銑磨前相等時，即得到銑磨周期。

3　結語

基于當前檢測方法，弦測法的傳遞函數不恒等于1，不能正確反應軌道的不平順性，慣性基準法受速度影響較大，低速時加速度信號比較微弱，信燥比低，要做積分運算，且低頻信號容易引起積分飽和，考慮積分穩定性問題，誤差較大。因此當前檢測方法還有許多不足之處。

隨著光電技術的發展，在弦測法和慣性基準法基礎上需開發一種采用光電位移計或光電攝像技術獲得位移信號的檢測方式，檢測精度會大大提高。