軌道維護是一項非常復雜的工作。主要挑戰在于需要根據實際情況有針對性地選擇維護策略。基礎設施運營商所采用的維護策略中，預防性高速磨削（HSG）的(de)(de)材料(liao)磨(mo)耗(hao)量為(wei)(wei)0.1 mm，傳統軌(gui)道打磨(mo)機(ji)為(wei)(wei)0.3~1.0 mm，故障維(wei)修措施（如(ru)銑(xian)削）甚(shen)至高(gao)(gao)達(da)(da)5 mm。為(wei)(wei)了盡可(ke)能(neng)(neng)地減少維(wei)護(hu)所造成的(de)(de)材料(liao)磨(mo)耗(hao)，基礎設(she)施運營商(shang)越(yue)來越(yue)傾向于采(cai)取(qu)預防(fang)性維(wei)護(hu)策略。可(ke)用(yong)的(de)(de)維(wei)護(hu)天窗期隨之縮短，提高(gao)(gao)了線路利用(yong)率。但是，隨著交通量增加(jia)以及列車速度和噸位的(de)(de)提高(gao)(gao)，軌(gui)道病害也顯著增加(jia)。之前曾認(ren)為(wei)(wei)中(zhong)半徑曲線鋼軌(gui)在運行負(fu)荷達(da)(da)到約3×107 t后才會(hui)出現(xian)軌(gui)頭龜(gui)裂(lie)，如(ru)今(jin)已證(zheng)明(ming)導致軌(gui)道病害的(de)(de)因素(su)非常多，并(bing)且受到多種相(xiang)互作用(yong)的(de)(de)影(ying)響(xiang)，見下(xia)圖。為(wei)(wei)了使維(wei)護(hu)措施更好地適應當前需求，采(cai)集軌(gui)道狀態實(shi)時監控參數(shu)并(bing)進行精(jing)確分析，實(shi)現(xian)數(shu)字化管控，為(wei)(wei)優(you)化選擇軌(gui)道檢測維(wei)護(hu)策略開辟了新的(de)(de)可(ke)能(neng)(neng)性。

軌道病害的誘(you)因及其相互(hu)作用

       1、軌道檢測技術類型

       掌握(wo)高質量(liang)的軌(gui)道(dao)狀(zhuang)態數(shu)據(ju)是實現差異(yi)化軌(gui)道(dao)加工的前(qian)提條(tiao)件。目(mu)前(qian)使用不同(tong)的測試方法和(he)測量(liang)技術對軌(gui)道(dao)和(he)線路狀(zhuang)況進行(xing)差異(yi)化檢查、診斷和(he)成像。

       目視檢(jian)查是軌道檢(jian)測(ce)的(de)(de)(de)基本組成部分，由(you)高度專(zhuan)業(ye)(ye)化、有資質的(de)(de)(de)人員(yuan)執行。這(zhe)些(xie)人員(yuan)對鋼軌生命周期的(de)(de)(de)各個階段(duan)有全面(mian)(mian)的(de)(de)(de)了解，可(ke)通過(guo)快速簡單的(de)(de)(de)方(fang)法確(que)定適(shi)當的(de)(de)(de)維護(hu)措(cuo)施。其專(zhuan)業(ye)(ye)知識包括以(yi)下(xia)3方(fang)面(mian)(mian)：①哪些(xie)物理(li)參(can)數(shu)至關重要；②如何(he)及以(yi)何(he)種精度記錄這(zhe)些(xie)參(can)數(shu)，以(yi)檢(jian)測(ce)軌道狀況(kuang)；③如何(he)將這(zhe)些(xie)參(can)數(shu)結合起(qi)來，以(yi)獲(huo)得特(te)定路(lu)線磨損狀況(kuang)的(de)(de)(de)有用信息。

       如果在目視檢查期(qi)間發現異常，則(ze)需要使用一(yi)些(xie)特定(ding)的(de)測試(shi)方法(fa)進(jin)行確認。

       渦流探(tan)傷(shang)用于檢測和(he)評估鋼軌(gui)踏面和(he)鋼軌(gui)工作邊上(shang)損傷(shang)深度小于2.7 mm的表面缺(que)陷。通過充分利用探(tan)頭深度范圍，可以精確描述軌(gui)頭龜(gui)裂的長度和(he)深度。

       如果鋼軌(gui)缺(que)陷比較嚴重，則使(shi)用漏磁通測(ce)(ce)量(liang)設備進行磁力探傷，可檢測(ce)(ce)到鋼軌(gui)頂面下(xia)方深度為0.4~5 mm的裂縫，軌(gui)頭龜(gui)裂或黑斑等。這(zhe)種相對較新的檢測(ce)(ce)方法利(li)用磁場(chang)通過(guo)改變場(chang)力線(xian)得出關于鋼軌(gui)病(bing)害尺寸、形狀和位置的結論。

       檢測軌頭、軌腰或軌底區域的內部病害時，最常用的方法是超聲探傷。比如，Vossloh公司最先進的Rail Road Runner測試系統，除了可檢測內部病害外，還可以檢測黑斑、深部軌頭龜裂和軌底腐蝕。

Rail Road Runner測試系統

       為了精(jing)確檢(jian)查鋼(gang)軌(gui)、道(dao)岔、交叉點、iso接頭(tou)或鋼(gang)軌(gui)伸縮裝置等(deng)的(de)磨損狀(zhuang)(zhuang)態，可使用(yong)適(shi)當的(de)測(ce)量(liang)(liang)方法檢(jian)測(ce)軌(gui)道(dao)幾(ji)何狀(zhuang)(zhuang)態，并將(jiang)(jiang)檢(jian)測(ce)值與(yu)相應標(biao)準和規范中的(de)允許公差或項目(mu)特定的(de)額定值進行比較。比如，使用(yong)橫(heng)斷面數(shu)字測(ce)量(liang)(liang)儀(yi)可精(jing)確測(ce)量(liang)(liang)鋼(gang)軌(gui)的(de)橫(heng)斷面。在測(ce)量(liang)(liang)軌(gui)頭(tou)橫(heng)斷面時(shi)，該測(ce)量(liang)(liang)儀(yi)會機械掃描(miao)軌(gui)頭(tou)輪廓，檢(jian)測(ce)鋼(gang)軌(gui)類型，并將(jiang)(jiang)其形狀(zhuang)(zhuang)與(yu)標(biao)稱(cheng)輪廓進行比較，量(liang)(liang)化(hua)偏差。如此，軌(gui)頭(tou)的(de)磨損程度及其是否需(xu)要(yao)再(zai)成(cheng)型便(bian)一目(mu)了然。激光(guang)掃描(miao)方法由于(yu)其檢(jian)測(ce)連(lian)續且快速(su)，也(ye)越來(lai)越多地(di)被使用(yong)。 

       為了能夠根據(ju)需要和要求連(lian)續或逐點(dian)測量鋼軌踏面的縱(zong)斷(duan)面異常，尤其是(shi)波(bo)(bo)長在10~300 mm范(fan)圍內的波(bo)(bo)狀磨(mo)損（極短(duan)波(bo)(bo)距波(bo)(bo)形和短(duan)波(bo)(bo)距波(bo)(bo)形），可使用波(bo)(bo)狀磨(mo)損測量儀(yi)（如數顯式RM 1200）。

軌道波狀磨損

       在軌(gui)道和道岔(cha)測量(liang)中，會對軌(gui)距、外(wai)軌(gui)超高、槽距和扭曲度等(deng)參數進(jin)行連續測量(liang)和記錄。

       為(wei)確定(ding)鋼(gang)軌(gui)表層材料的(de)(de)去(qu)除(chu)厚(hou)度，會(hui)在(zai)鋼(gang)軌(gui)加工前(qian)后在(zai)多個測(ce)量點上進行鋼(gang)軌(gui)高(gao)度測(ce)量。例如，Vossloh公(gong)司(si)開發的(de)(de)鋼(gang)軌(gui)高(gao)度測(ce)量系統RHM可確保材料去(qu)除(chu)厚(hou)度測(ce)量的(de)(de)質量。 

       2、發展趨勢

       測量結果的分析評估

       僅收集有意義的數據是不夠的。只有對信息進行深入研究和評估，才能提出有針對性的維護周期優化建議，并得出經濟上最優的維護方案及其工藝參數。因此，需要對軌道上獲取的數據進行整理和匯總，以便在資產管理系統中進一步分析。

       Vossloh公司開發的MR.pro?技術信息和維護管理系統可以綜合分析和利用所有可用的狀態數據，實現從狀態檢測到維護規劃整個過程的控制。該系統以數十年數據積累所得到的決策樹和分類結果為基礎，有針對性地為基礎設施運營商推薦和規劃適當的維護措施；綜合期限監控和保修跟蹤，對已實施措施實現質量控制；通過結構化數據存儲將評估、分析和報告的信息結合在一起，供不同機構的授權人員使用；以透明化的長期分析為基礎，有效地實施脆弱性管理及磨損更換備件的輔助預測。基礎設施運營商不僅可以獲得有關設備全生命周期運營及功能安全的數據文檔，還可以持續獲得相應包括統計評估的可視化狀態報告。

       在運營期間進行測量

       為了能夠有效利用區間封鎖時間開展維護工作，Vossloh公司將為鐵路網絡運營商、鐵路基礎設施公司和服務公司提供一款能在不干擾列車運行圖的情況下進行鋼軌和道岔智能檢查的檢測車（圖2）。這款名為“Rail Inspection Car-city”（RIC-city）的檢測車可以在速度為1~60 km/h的所有類型線路上進行檢測。

Vossloh公司的RIC-city檢測車

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

       作為緊湊型檢測車，RIC-City可以將所有收集到的數據經過分析后導入軟件中，實現組合顯示。

       在加工過程中進行狀態診斷

       Vossloh公司根據其智能維護理念（圖3）進一步發展了狀態檢測方法。從2019年起，Vossloh公司將為移動式軌道加工機器安裝傳感器和測量設備，用于確定鋼軌波狀磨損及精確檢測鋼軌橫斷面。下一步還將安裝渦流探傷設備以測量裂縫。 

智能維護管理系統

       目前(qian)，該(gai)公(gong)司正在(zai)智能(neng)維護應用(yong)程序(xu)“mapl-e”（maintenance planner easy）中(zhong)對HSG鋼軌(gui)打磨列車的初期(qi)測量結果以(yi)及所需(xu)的數據處理和可視化功能(neng)進行測試。 

       “mapl-e”的(de)功能為：①說明和(he)整(zheng)理所有軌道狀態(tai)相關的(de)實(shi)時(shi)數(shu)據，同時(shi)推薦適當的(de)維護措施(shi)(shi)；②在(zai)每次測量或(huo)加工(gong)時(shi)，更(geng)新應用程序中(zhong)的(de)數(shu)據。如此(ci)，鐵路基礎(chu)設施(shi)(shi)運(yun)營商即可不斷獲取(qu)有關鐵路網(wang)絡實(shi)時(shi)狀態(tai)的(de)信息，并(bing)以(yi)此(ci)決定(ding)下一步的(de)維護措施(shi)(shi)。

       智能維護的優點在于一次行車中可以將鋼軌加工和狀態診斷有效地組合起來。未來，智能HSG能夠在80 km/h的速度進行鋼軌磨削作業時收集下一次磨削加工的加工數據，而且在作業過程中無需進行區間封鎖，不會影響列車運行圖的執行。這樣能確保僅在實際需要的地方進行磨削，而且材料去除厚度始終根據相應的軌道狀況確定。控制系統可根據分析后的診斷數據動態地調節砂輪的壓緊力和進給量。

Vossloh的(de)HSG鋼軌打磨列車

       “mapl-e”可對軌道表面狀態進行可視化顯示，并將已測量線路區段的維護需求以紅黃藍3種顏色直觀地顯示出來。還同步計算出不同的維護方案，列出去除線路區段鋼軌表面缺陷所需的時間，這些時間包括必要時的區段封鎖時間等。

       在“mapl-e”中，工作人員可以通過點擊鼠標派發相關機器的工單，其中包括加工區段、作業流程和必要的設置等。

       3、結 語 

       創新傳感器將成為未來分析和高效規劃過程的數據源，可顯著減少耗時的現場檢查。通過智能組合收集的參數以及分析實時信息，可以深入了解軌道磨損發展的過程。這有助于鐵路基礎設施運營商更好地了解其維護措施的有效性，更有效地使用預算；也有助于保障鐵路基礎設施的運營質量，持續提升可用性。

       參考文獻

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

       [2] 軌道檢測技術的發展趨勢[J]. 現代城市軌道交通，2019（8）：112-114.