基于非軌道電路法的實時斷軌檢測研究

杜巧玲 趙東輝

摘 要：交通運輸作為常用運輸方式之一，在客運和貨運中承擔著主要的運輸任務，而城鎮化的加快則打破了之前規劃藍圖，大量人員的涌入，加快了城鎮的工業化水平，而這也導致城鎮對客運以及貨運的需求大幅度增加，導致軌道運輸線路常年超負荷運行，由于長期的超負荷運行致使軌道線路出現故障，從而出現了列車脫軌等一系列軌道交通事故，而斷軌則是導致事故的主要原因之一，實時斷軌檢測系統可以覆蓋在所有的軌道中，對所有的鋼軌進行檢測，實時傳輸鋼軌的使用情況，通過實時斷軌檢測系統的檢測來保證鋼軌的完整性，是對軌道交通提供最為安全的保障。

關鍵詞：鋼軌;斷軌;軌道線路

基于非軌道電路原理進行實時斷軌檢測常見的方法有光纖實施斷軌檢測、應力實施斷軌檢測和聲波實時斷軌檢測三種方法。

1 光纖實時斷軌檢測

光纖實時斷軌檢測方法是利用標準的單模塊光纖進行檢測，將標準單模塊光纖用環氧樹脂膠帶貼在軌道上，光纖的一頭接光源，另一頭為接受器，如果鋼軌斷裂，光線則無法到達接受器，光纖實時斷軌檢測方法示意圖如圖1所示。

圖1 光纖實時斷軌檢測方法示意圖

這種檢測方法就目前而言，是一種相對比較可靠的斷軌檢測方法，但是由于光纖的內絲比較脆弱，所以其安裝起來比較困難，首先由于軌道作業大部分都在戶外，而要使用光纖實時斷軌檢測方法，就必須將光纖絲牢牢的粘貼在鋼軌上，如果將光纖絲牢牢的粘在鋼軌上，必須將鋼軌表面銹跡、污垢和油跡清潔干凈，還要保證鋼軌表面保持干燥;其次在遇到障礙物之后，需要將光纖剪斷，并采用橋接器進行連接;最后鋼軌表面因為焊接所導致的隆起也必須清理整齊，否則光纖絲會發生扭結或者折彎，所以這種方法適用于短距離鋼軌檢測，如果軌況較特殊，則更加不適用。

2 應力實時斷軌檢測

這種方法主要用應力傳感器來確保，將應力傳感器均勻并等間距安裝在鋼軌上，該傳感器對應力和溫度檢測比較靈敏，當檢測到應力和溫度有變化時，將變化通過特殊技術經過分析并比較，則可以知道是否斷軌和鋼軌變形，應力實時斷軌檢測示意圖如圖2所示。

圖2 應力實時斷軌檢測示意圖

這種檢測方法的主要的問題在于應力傳感器安裝和校準，這就對目前的軌況有要求，如果是在新建線上使用，就可以在鋪設鋼軌之前，直接將傳感器安裝在鋼軌上，這就比較方便;如果在既有線上使用，則需要在安裝傳感器的位置將鋼軌進行切割，這本身就更加不利于行車，而且在切割的過程中可能會導致鋼軌應力已經發生了變化而導致檢測結果不準確;其次軌道線路一般距離都比較長，在檢測過程中傳輸的電信號都屬于無線傳輸，所以需要使用專用的分析技術，對所傳輸的信號進行分類，將應力和溫度變化進行計算和比較，并通過比對判斷是否發生斷軌。

3 聲波實時斷軌檢測

這種方法主要特點是在線路中安裝了聲波接收器，將其安裝在線路兩側，對于ZPW-2000A中的軌道電路中有衰耗盤，該裝置可以依靠軌道線路的自然衰耗將其相鄰的與之隔離，當線路中的發射裝置發出正常聲波后，這時聲波會向線路兩側傳播，同時線路兩側的接收裝置會接收到正常聲波信號，如果有斷軌這時則無法接收到，根據這種方法我們可以判斷線路中的鋼軌是否有裂紋等現象;如果我們再將相鄰的兩個聲波發射器，跟同一個接收裝置連接，然后再將接收到的兩個聲波頻率進行比較，則可以縮小甚至確定具體哪一段線路中的鋼軌出現了問題，聲波實時斷軌檢測方法如圖3所示。

圖3 聲波實時斷軌檢測示意圖

由于聲波實時斷軌檢測在檢測過程中，與軌道電路是否正常無關，也不需要兩鋼軌之間的短接，所以它的優點在于沒有電磁干擾，同時與軌道電路參數無關，在檢測過程中不需要電氣隔離，也不需要線路短接;但是由于聲波在不同介質中傳播時對速率有影響，所以當統一線路鋼軌型號不一致時，容易導致誤報，最后當發射同頻率聲波時，他們之間也可能會相互干擾。

4 斷軌檢測方法的選取

整體來說，實時斷軌檢測方法有三大類：基于軌道電路法、基于非軌道電路法和其他檢測方法;其中基于軌道電路法的有牽引回流實時斷軌檢測、準軌道電路實時斷軌檢測和超聲波實時斷軌檢測三種方法，基于非軌道電路法的有光纖實時斷軌檢測、應力實時斷軌檢測和聲波實時斷軌檢測三種方法，其他最常見的有大型鋼軌探傷車離線式檢測和手推式鋼軌探傷車檢測。

（1）按照安裝的容易程度。基于軌道電路原理的檢測方法容易安裝的程度高，基于非軌道電路原理的檢測方法容易安裝的程度較低，大型鋼軌探傷車檢測法和手推式鋼軌探傷車檢測法不需要安裝。

（2）按照損壞后容易修復的程度。基于軌道電路原理的檢測方法損壞后容易修復的程度高，基于非軌道電路原理的檢測方法損壞后容易修復的程度較低，大型鋼軌探傷車檢測法和手推式鋼軌探傷車檢測法損壞后容易修復的程度高。

（3）在特殊軌況容易應用的程度。基于軌道電路原理的檢測方法在特殊軌況容易應用程度高，基于非軌道電路原理的檢測方法因為安裝的原因，在特殊軌況不容易應用，大型鋼軌探傷車檢測法和手推式鋼軌探傷車檢測法在特殊軌況容易應用程度高。

（4）在機械絕緣處的檢測靈敏度。基于軌道電路原理的檢測方法和基于非軌道電路原理的檢測方法在機械絕緣處的檢測靈敏度相對比較高，大型鋼軌探傷車檢測法和手推式鋼軌探傷車檢測法在機械絕緣處的檢測靈敏度較低。

（5）軌道養護作業時不易損壞的程度。基于軌道電路原理的檢測方法軌道養護作業時不易損壞的程度高，基于非軌道電路原理的檢測方法軌道養護作業時不易損壞的程度低，大型鋼軌探傷車檢測法和手推式鋼軌探傷車檢測法軌道養護作業不易損壞的程度高。

（6）誤報警。基于軌道電路原理的檢測方法出現誤報警的情況一般，基于非軌道電路原理的檢測方法基本不會出現誤報警的情況，大型鋼軌探傷車檢測法和手推式鋼軌探傷車檢測法有很大的可能出現誤報警的情況。

（7）漏檢斷軌。基于軌道電路原理的檢測方法出現漏檢斷軌的情況一般，基于非軌道電路原理的檢測方法基本不會出現漏檢斷軌的情況，大型鋼軌探傷車檢測法和手推式鋼軌探傷車檢測法很容易出現漏檢斷軌的情況。

（8）和信號或列車報警系統連接的容易程度。基于軌道電路原理的檢測方法容和信號或報警系統容易連接的程度高，基于非軌道電路原理的檢測方法和信號或報警系統容易連接的程度高，大型鋼軌探傷車檢測法和手推式鋼軌探傷車檢測法和信號或報警系統連接的程度低。

5 結論

根據性能比較可以得出，光纖檢測方法、聲波檢測方法、超聲導波檢測方法在特殊軌況的檢測靈敏度高，但是不容易安裝，且不容易維護，牽引回流檢測方法和準軌道電路檢測方法雖然容易安裝、維護，但是在特殊軌況的檢測靈敏度較低，容易出現漏檢斷軌的現象，大型鋼軌探傷車檢測法和手推式鋼軌探傷車在特殊軌況應用程度高，可以與其他檢測方法之間相互組合，使得實時斷軌檢測系統更加完善，而如果將牽引回流檢測方法、準軌道電路檢測方法和光纖檢測方法、聲波檢測方法、超聲短波檢測方法兩兩結合，可以在保證檢測靈敏度的前提下，使得安裝、維護更為簡便，當然這些還需要在后續工作中進行理論研究和實驗研究。

參考文獻：

[1]馬功民.基于小波能量包行波理論的斷軌測距研究[D].南昌：華東交通大學，2018.

[2]趙云飛.超聲導波在鋼軌中衰減特性研究[D].北京：北京交通大學，2017.