軌道維護(hù)是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作。主要挑戰(zhàn)在于需要根據(jù)實(shí)際情況有針對(duì)性地選擇維護(hù)策略。基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)營商所采用的維護(hù)策略中，預(yù)防性高速磨削（HSG）的材料磨耗量為0.1 mm，傳統(tǒng)軌道打磨機(jī)為0.3~1.0 mm，故障維修措施（如銑削）甚至高達(dá)5 mm。為了盡可能地減少維護(hù)所造成的材料磨耗，基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)營商越來越傾向于采取預(yù)防性維護(hù)策略。可用的維護(hù)天窗期隨之縮短，提高了線路利用率。但是，隨著交通量增加以及列車速度和噸位的提高，軌道病害也顯著增加。之前曾認(rèn)為中半徑曲線鋼軌在運(yùn)行負(fù)荷達(dá)到約3×107 t后才會(huì)出現(xiàn)軌頭龜裂，如今已證明導(dǎo)致軌道病害的因素非常多，并且受到多種相互作用的影響，見下圖。為了使維護(hù)措施更好地適應(yīng)當(dāng)前需求，采集軌道狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控參數(shù)并進(jìn)行精確分析，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化管控，為優(yōu)化選擇軌道檢測(cè)維護(hù)策略開辟了新的可能性。

軌道病害的誘因及其相互作用

       1、軌道檢測(cè)技術(shù)類型

       掌握高質(zhì)量的軌道狀態(tài)數(shù)據(jù)是實(shí)現(xiàn)差異化軌道加工的前提條件。目前使用不同的測(cè)試方法和測(cè)量技術(shù)對(duì)軌道和線路狀況進(jìn)行差異化檢查、診斷和成像。

       目視檢查是軌道檢測(cè)的基本組成部分，由高度專業(yè)化、有資質(zhì)的人員執(zhí)行。這些人員對(duì)鋼軌生命周期的各個(gè)階段有全面的了解，可通過快速簡單的方法確定適當(dāng)?shù)木S護(hù)措施。其專業(yè)知識(shí)包括以下3方面：①哪些物理參數(shù)至關(guān)重要；②如何及以何種精度記錄這些參數(shù)，以檢測(cè)軌道狀況；③如何將這些參數(shù)結(jié)合起來，以獲得特定路線磨損狀況的有用信息。

       如果在目視檢查期間發(fā)現(xiàn)異常，則需要使用一些特定的測(cè)試方法進(jìn)行確認(rèn)。

       渦流探傷用于檢測(cè)和評(píng)估鋼軌踏面和鋼軌工作邊上損傷深度小于2.7 mm的表面缺陷。通過充分利用探頭深度范圍，可以精確描述軌頭龜裂的長度和深度。

       如果鋼軌缺陷比較嚴(yán)重，則使用漏磁通測(cè)量設(shè)備進(jìn)行磁力探傷，可檢測(cè)到鋼軌頂面下方深度為0.4~5 mm的裂縫，軌頭龜裂或黑斑等。這種相對(duì)較新的檢測(cè)方法利用磁場(chǎng)通過改變場(chǎng)力線得出關(guān)于鋼軌病害尺寸、形狀和位置的結(jié)論。

       檢測(cè)軌頭、軌腰或軌底區(qū)域的內(nèi)部病害時(shí)，最常用的方法是超聲探傷。比如，Vossloh公司最先進(jìn)的Rail Road Runner測(cè)試系統(tǒng)，除了可檢測(cè)內(nèi)部病害外，還可以檢測(cè)黑斑、深部軌頭龜裂和軌底腐蝕。

Rail Road Runner測(cè)試系統(tǒng)

       為了精確檢查鋼軌、道岔、交叉點(diǎn)、iso接頭或鋼軌伸縮裝置等的磨損狀態(tài)，可使用適當(dāng)?shù)臏y(cè)量方法檢測(cè)軌道幾何狀態(tài)，并將檢測(cè)值與相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范中的允許公差或項(xiàng)目特定的額定值進(jìn)行比較。比如，使用橫斷面數(shù)字測(cè)量儀可精確測(cè)量鋼軌的橫斷面。在測(cè)量軌頭橫斷面時(shí)，該測(cè)量儀會(huì)機(jī)械掃描軌頭輪廓，檢測(cè)鋼軌類型，并將其形狀與標(biāo)稱輪廓進(jìn)行比較，量化偏差。如此，軌頭的磨損程度及其是否需要再成型便一目了然。激光掃描方法由于其檢測(cè)連續(xù)且快速，也越來越多地被使用。 

       為了能夠根據(jù)需要和要求連續(xù)或逐點(diǎn)測(cè)量鋼軌踏面的縱斷面異常，尤其是波長在10~300 mm范圍內(nèi)的波狀磨損（極短波距波形和短波距波形），可使用波狀磨損測(cè)量儀（如數(shù)顯式RM 1200）。

軌道波狀磨損

       在軌道和道岔測(cè)量中，會(huì)對(duì)軌距、外軌超高、槽距和扭曲度等參數(shù)進(jìn)行連續(xù)測(cè)量和記錄。

       為確定鋼軌表層材料的去除厚度，會(huì)在鋼軌加工前后在多個(gè)測(cè)量點(diǎn)上進(jìn)行鋼軌高度測(cè)量。例如，Vossloh公司開發(fā)的鋼軌高度測(cè)量系統(tǒng)RHM可確保材料去除厚度測(cè)量的質(zhì)量。 

       2、發(fā)展趨勢(shì)

       測(cè)量結(jié)果的分析評(píng)估

       僅收集有意義的數(shù)據(jù)是不夠的。只有對(duì)信息進(jìn)行深入研究和評(píng)估，才能提出有針對(duì)性的維護(hù)周期優(yōu)化建議，并得出經(jīng)濟(jì)上最優(yōu)的維護(hù)方案及其工藝參數(shù)。因此，需要對(duì)軌道上獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和匯總，以便在資產(chǎn)管理系統(tǒng)中進(jìn)一步分析。

       Vossloh公司開發(fā)的MR.pro?技術(shù)信息和維護(hù)管理系統(tǒng)可以綜合分析和利用所有可用的狀態(tài)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)從狀態(tài)檢測(cè)到維護(hù)規(guī)劃整個(gè)過程的控制。該系統(tǒng)以數(shù)十年數(shù)據(jù)積累所得到的決策樹和分類結(jié)果為基礎(chǔ)，有針對(duì)性地為基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)營商推薦和規(guī)劃適當(dāng)?shù)木S護(hù)措施；綜合期限監(jiān)控和保修跟蹤，對(duì)已實(shí)施措施實(shí)現(xiàn)質(zhì)量控制；通過結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)將評(píng)估、分析和報(bào)告的信息結(jié)合在一起，供不同機(jī)構(gòu)的授權(quán)人員使用；以透明化的長期分析為基礎(chǔ)，有效地實(shí)施脆弱性管理及磨損更換備件的輔助預(yù)測(cè)。基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)營商不僅可以獲得有關(guān)設(shè)備全生命周期運(yùn)營及功能安全的數(shù)據(jù)文檔，還可以持續(xù)獲得相應(yīng)包括統(tǒng)計(jì)評(píng)估的可視化狀態(tài)報(bào)告。

       在運(yùn)營期間進(jìn)行測(cè)量

       為了能夠有效利用區(qū)間封鎖時(shí)間開展維護(hù)工作，Vossloh公司將為鐵路網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商、鐵路基礎(chǔ)設(shè)施公司和服務(wù)公司提供一款能在不干擾列車運(yùn)行圖的情況下進(jìn)行鋼軌和道岔智能檢查的檢測(cè)車（圖2）。這款名為“Rail Inspection Car-city”（RIC-city）的檢測(cè)車可以在速度為1~60 km/h的所有類型線路上進(jìn)行檢測(cè)。

Vossloh公司的RIC-city檢測(cè)車

       得益于帶有16個(gè)探頭的渦流探傷系統(tǒng)，RIC-city能夠在一次行車中檢測(cè)整個(gè)橫截面上的軌頭開口裂縫，并同時(shí)確定裂縫深度和位置。此外，該檢測(cè)列車還安裝了超聲波探傷系統(tǒng)，用于檢測(cè)鋼軌內(nèi)部的病害，能可靠地檢測(cè)和記錄鋼軌內(nèi)部的鉆孔裂縫、焊接缺陷和物料分離。如有需要，還可同時(shí)測(cè)量鋼軌縱斷面和橫斷面。該列車中的視頻檢測(cè)系統(tǒng)可以檢測(cè)到混凝土軌枕中的緊固件缺失或裂縫，使檢測(cè)結(jié)果更完善。

       作為緊湊型檢測(cè)車，RIC-City可以將所有收集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過分析后導(dǎo)入軟件中，實(shí)現(xiàn)組合顯示。

       在加工過程中進(jìn)行狀態(tài)診斷

       Vossloh公司根據(jù)其智能維護(hù)理念（圖3）進(jìn)一步發(fā)展了狀態(tài)檢測(cè)方法。從2019年起，Vossloh公司將為移動(dòng)式軌道加工機(jī)器安裝傳感器和測(cè)量設(shè)備，用于確定鋼軌波狀磨損及精確檢測(cè)鋼軌橫斷面。下一步還將安裝渦流探傷設(shè)備以測(cè)量裂縫。 

智能維護(hù)管理系統(tǒng)

       目前，該公司正在智能維護(hù)應(yīng)用程序“mapl-e”（maintenance planner easy）中對(duì)HSG鋼軌打磨列車的初期測(cè)量結(jié)果以及所需的數(shù)據(jù)處理和可視化功能進(jìn)行測(cè)試。 

       “mapl-e”的功能為：①說明和整理所有軌道狀態(tài)相關(guān)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，同時(shí)推薦適當(dāng)?shù)木S護(hù)措施；②在每次測(cè)量或加工時(shí)，更新應(yīng)用程序中的數(shù)據(jù)。如此，鐵路基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)營商即可不斷獲取有關(guān)鐵路網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)狀態(tài)的信息，并以此決定下一步的維護(hù)措施。

       智能維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)在于一次行車中可以將鋼軌加工和狀態(tài)診斷有效地組合起來。未來，智能HSG能夠在80 km/h的速度進(jìn)行鋼軌磨削作業(yè)時(shí)收集下一次磨削加工的加工數(shù)據(jù)，而且在作業(yè)過程中無需進(jìn)行區(qū)間封鎖，不會(huì)影響列車運(yùn)行圖的執(zhí)行。這樣能確保僅在實(shí)際需要的地方進(jìn)行磨削，而且材料去除厚度始終根據(jù)相應(yīng)的軌道狀況確定。控制系統(tǒng)可根據(jù)分析后的診斷數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)砂輪的壓緊力和進(jìn)給量。

Vossloh的HSG鋼軌打磨列車

       “mapl-e”可對(duì)軌道表面狀態(tài)進(jìn)行可視化顯示，并將已測(cè)量線路區(qū)段的維護(hù)需求以紅黃藍(lán)3種顏色直觀地顯示出來。還同步計(jì)算出不同的維護(hù)方案，列出去除線路區(qū)段鋼軌表面缺陷所需的時(shí)間，這些時(shí)間包括必要時(shí)的區(qū)段封鎖時(shí)間等。

       在“mapl-e”中，工作人員可以通過點(diǎn)擊鼠標(biāo)派發(fā)相關(guān)機(jī)器的工單，其中包括加工區(qū)段、作業(yè)流程和必要的設(shè)置等。

       3、結(jié) 語 

       創(chuàng)新傳感器將成為未來分析和高效規(guī)劃過程的數(shù)據(jù)源，可顯著減少耗時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)檢查。通過智能組合收集的參數(shù)以及分析實(shí)時(shí)信息，可以深入了解軌道磨損發(fā)展的過程。這有助于鐵路基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)營商更好地了解其維護(hù)措施的有效性，更有效地使用預(yù)算；也有助于保障鐵路基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)營質(zhì)量，持續(xù)提升可用性。

       參考文獻(xiàn)

       [1] Sebastian Meyer. Trends in der Messtechnik: Der Schlüssel ist das Wissen um den Fahrweg Schiene[J]. Eisenbahntechnische Rundschau，2019（5）：52-56.

       [2] 軌道檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)[J]. 現(xiàn)代城市軌道交通，2019（8）：112-114.