高速铁路钢轨断面检测技术

高速铁路钢轨断面检测技术

作者：徐金锋 张鹏丽

来源：《科技创新导报》2011年第16期

摘 要:钢轨断面对高速铁路运营安全有非常重要的作用。本文从钢轨断面外观、轨头磨耗、内部质量分别进行分析研究。 关键词:钢轨断面检测方法探伤

中图分类号:U238 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)06(a)-0043-02

钢轨是铁路线路中最重要的设备,其主要作用是支承并引导机车车辆的车轮,直接承受来自车轮的载荷和冲击。对钢轨断面从尺寸、内部构造、质量关系到线路的质量。

1 钢轨断面外观检查

我国高速铁路采用60kg/m新钢轨,钢轨断面由轨头、轨腰和轨底三部分组成；轨头直接承受列车车轮的荷载,对钢轨外观检查直接关系到列车安全。钢轨外观检查,主要从表面质量、平直度、扭曲方面进行检查,具体标准见表1。

2 钢轨断面磨耗检测

钢轨磨损的程度,影响钢轨的使用寿命,是制定线路大、中、小维修工作计划的基本参数。在铁道部制定的钢轨伤损标准中,对钢轨头部磨耗量进行了严格的规定, 各个铁路局工务段必须定期对钢轨头部磨耗量进行测量,掌握钢轨的磨损状态,预测钢轨的磨损趋势,以便对钢轨进行相应的维修,因此,精确测量钢轨磨耗量,高效和准确的预测钢轨磨耗趋势是十分必要的。 目前,钢轨磨耗检测技术可分为接触式检测和非接触式检测两大类。

我国铁路工务段现行的钢轨磨耗检测主要采用接触式检测。这种测量方法准确性差、效率低、可靠性差、工作量大、环境恶劣。接触式检测常用于静态检测,即检测设备和钢轨相对静止的情况下进行检测。

非接触检测一般采用光学系统来检测,常用于动态检测,即检测设备和钢轨相对运动的情况下进行检测。通常它安装在轨检车上,动态检测铁路线路的钢轨状态。

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现代微电子技术、控制技术及计算机技术的发展,为开发新型钢轨磨耗检测设备创造了条件,钢轨磨耗检测技术的发展主要表现为以下几个方面。

(1)传感器技术的应用 检测系统要实现对检测对象的检测,信号采集是前提和基础。传感器把需要检测的检测参数(如温度、位移、速度、力等)转换为可测电信号与计算机技术结合起来,从而实现检测的自动化。近年来,随着传感器技术的发展,已经产生了体积比较小巧、可用于复杂环境的新型传感器。

(2)显示器及显示技术的应用 显示技术是检测设备与检测人员沟通的桥梁。最早很多信息是通过数字来表示的,随着显示技术的发展,字符、图形、图像也逐渐进入了显示终端,采用液晶显示器LCD是新型检测设备的发展方向。

(3)Flash闪存技术的应用 Flash存储器具有体积小、功耗低、管脚少、容量大、可编程、掉电不容易丢失数据、价格低廉以及足够多的擦写次数(10万次)等优点,在IC卡和智能检测中得到广泛的应用。由于Flash存储器体积小的特点,可以嵌入到单片机控制系统中,取代电脑硬盘作为检测数据的存放空间,大大缩小了检测设备的体积,方便携带。

(4)单片机控制技术的应用 单片机具有小巧、功耗低、控制功能强等优点,随着微电子技术的不断发展,微处理器芯片的集成程度越来越高,单片机可以在一块芯片上同时集成CPU、存储器、定时器/计数器、并行和串行接口等多种扩展电路,将计算机技术与检测控制技术结合起来,组成智能化检测控制系统。

3 钢轨内部质量检查

长期以来,我国钢轨探伤完全依靠手推式探伤仪进行人工探伤。全路现有近8000名专职钢轨探伤人员使用着约3000台手推式钢轨探伤小车,负担近7万公里钢轨的内部伤损检查。从19年开始,铁道部从澳大利亚GEM2CO公司和美国Pandrol Jackson公司进口了13台大型钢轨探伤车,使用情况不很理想。

钢轨伤损出现的数量随着时间的不断发展,早期出现较多,随后进入一个稳定期,再后进入较快发展阶段,即符合所谓的浴盆曲线。早期伤损原因主要是由于钢轨制造或焊接、热处理等工艺不当造成的,缺陷漏检或轮轨磨合不良造成的,钢轨轨距角鱼鳞裂纹甚至剥离掉块以及一些其它原因造成的缺陷所致。

对钢轨内部质量的检测主要采用热酸、硫印、超声波、磁粉探伤法、射线探伤法、涡流探伤法、渗透探伤法；另外还有诸多非常规方法,如声发射、红外、热成像、激光超声、电磁超声等。

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超声波探伤法:它既可检测钢轨局部内部质量情况,也可检测钢轨全断面和全长内部质量情况。它能发现和定位存在于钢轨内部的各种缺陷,如麻点、夹杂、气孔等。超声波探伤采用脉冲回声技术,采用的脉冲频率4～7MHz,探头与钢轨之间的耦合剂采用水或油。为确保检测精度和可靠性,每次检测前都要用标准人工试样校对仪器灵敏度。现在使用的在线超声波探伤装置,检测速度可达0.7～1.5m/s,其准确率至少可达到95％以上。

磁粉探伤法:利用磁力或磁场与铁磁体的相互作用进行探伤。有缺陷时,一部分磁力线外露形成漏磁场,漏磁场吸附磁粉形成磁痕,给出缺陷的存在。只适于铁磁材料中非铁磁性缺陷的检测。由于趋肤效应,磁探法只能探测表面或近表面缺陷,缺陷显示直观可见。

射线探伤法:利用射线的穿透性、衰减性和胶片的光化学作用进行探伤。射线探伤适用于各种不同材质的探伤,但主要用于铸件和焊缝检测。射线探伤主要用于内部缺陷的探测,探伤结果显示直观,但需要严格防护,一般不能连续作业。

涡流探伤法:利用电磁感应原理,线圈在工件表面感应出涡流,有缺陷时,涡流的幅度、相位和分布等都要发生变化,相应地涡流辐射的电磁场也要发生变化,这一变化被接收线圈接收即可给出缺陷。涡流检测直接检测的实际上是工件表面阻抗的变化,或者说是通过测量阻抗的变化进行检测的。阻抗的变化,引起涡流的变化,进而引起涡流电磁场的变化。涡流检测的主要应用及特点:只适用于导体材料中非导体缺陷的检测；只能探测表面或近表面缺陷；可用于探伤及材料分选；但是不够直观,易受工件表面状况和形状影响。

渗透探伤法:主要利用毛细现象。渗透探伤操作简单,不需要复杂设备,费用低廉,缺陷显示直观,具有相当高的灵敏度,能发现宽度1微米以下的缺陷。这种方法由于检验对象不受材料组织结构和化学成分的,因而广泛应用于黑色和有色金属锻件、铸件、焊接件、机加工件以及陶瓷、玻璃、塑料等表面缺陷的检查。它能检查出裂纹、冷隔、夹杂、疏松、折叠、气孔等缺陷；但对于结构疏松的粉末冶金零件及其他多孔性材料不适用。

无损检测技术的共同点:伤与非伤一定存在差异；找出伤与非伤之间的差异；用物理方法取出差异信号；把差异信号显示出来,但是要排除干扰。 4 结语

随着科学技术的发展,钢轨断面检测的方法会越来越多,各个铁路局用的检测方法各不一样,制定统一检测标准是迫在眉睫,这对制定线路维修计划,保障列车安全、正点运行具有重要现实意义。 参考文献

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[1] 刘兴文.铁路轨道.成都:西南交通大学出版社,2011.

[2] 李秋艳.钢轨断面检测技术研究.中南大学硕士学位论文,2007.5.

[3] 李真花.钢轨断面高精度动态检测系统设计.北京交通大学硕士学位论文,2008.6. [4] 刘金永.小型钢轨磨耗系统的研究与实现.北京交通大学硕士学位论文,2010.6.