铁路道岔尖轨秘贴、爬行检测方法探讨

[drop]受环境温度变化影响和列车通过道岔时的冲击作用，尖轨静态位置和动态时的位移量，特别是“秘贴”、“爬行”两间隙的变化关系到行车安全，是需要定时检测和严格控制的关键部位。[/drop]

1 道岔尖轨在列车通过时的状态

开通方向的尖轨与基本轨内侧应紧密贴实，对出现间隙的大小称之为“秘贴变量”。当列车通过时表示杆自由端的轴向窜动量远不止表示缺口所允许存在的间隙，“缺口间隙”与“尖轨秘贴间隙”的关系并不紧密对应。实际执行的转辙机表示缺口间隙检查调整的规定，只是道岔转辙时为保证转辙机检查柱顺利落下及信号电路接通而设定的间隙。

道岔的尖轨与基本轨垂直方向跳动明显，这种跳动和路基的好坏关系很大。高速铁路无砟轨枕的这种现象远小于普通路基，小量的跳动不会影响尖轨秘贴、爬行间隙的变化。

高速铁路道岔转辙部分的长度有较大增加，受列车牵引力和温度影响，18#道岔日位移量可达30mm，预计全年需要检测的范围将达到±60mm。

在尖轨秘贴检测装置试验中观察到装置内部机件意外断裂，其原因是基本轨固定装置松动，受列车冲击的尖轨会以滑床板接触处为轴心向秘贴或斥力方向翻动，道岔的这种病态现象称为“翻背”，会引起秘贴间隙瞬时改变，需及时调整。

受温度变化和列车通过时的冲击的影响，尖轨发生多方向位移已是共识，依靠经验大致给出尖轨是在“秘贴”0～+4mm；“爬行”120mm；“跳动”3mm；合并“翻背”的范围内变动。

2 监测尖轨秘贴、爬行变化的重要性

检测秘贴的方法是测量第一牵引点（转辙机与尖轨连接位置）尖轨与基本轨之间的间隙，铁道部标准规定该间隙必须小于+5mm。达到+4mm转辙机内表示电路和秘贴检测器开关不得接通表示信号，禁止行车。目前还没有对该间隙连续变化进行检测的手段。

高速铁路弯道曲率大，道岔尖轨部分很长，转辙需要由多机牵引，各牵引点间曲率变化不平顺会造成列车晃动，关系乘客安全和乘坐舒适度评价。钢轨弯曲曲率是否平顺也需要不间断地连续监测。

由于尖轨轴线与转辙机驱动轴初始安装时“垂直”连接，尖轨爬行会会使驱动轴心偏离“垂直”状态，增加驱动和连接机构的磨损，影响转辙。表示连接系统偏离轴线也减小了预留的表示缺口间隙。极端时道岔无法正常转辙，影响信号锁闭。所以同时对爬行进行监测也是必须的。

3 监测实时数据的意义

铁路道岔尖轨秘贴、爬行变化数据的实时监测就是给道岔装一个“黑匣子”，通过记录一段时间的数据并比对分析其变化量、规律、趋势，得出科学、准确的结论。

3.1 爬行规律

受环境温度影响，冬季气温最低时安装的道岔，日后记录的爬行检测数据都是向增“长”方向，反之在夏天气温最高时安装的道岔记录数据是向缩“短”方向。只有根据记录数据才可能得出该道岔爬行的“零点”位置，分析爬行的规律。

3.2 预报道岔“病态”

通过一段时间记录数据的变化，判别道岔及附属设备固定是否良好，连接系统与转辙机轴线是否同轴，各连接间隙是否超标，可以及时给出道岔“健康”预报。

3.3 “计划修”向“状态修”管理模式转换

根据不同管理目标，使用专用软件将当前检测数据与历史记录数据进行比对，及时观察变化趋势、发现规律，可为科学运营调度提供依据。维护工作也将从大面积作业的“计划修”模式向目标明确、效率高的“状态修”方式转换，并为分析道岔“病态”成因、改进设计和科学管理提供依据。

4 检测方法的选择

检测方法有接触测量与非接触测量2种，可按检测装置与受检靶点是否接触来区分，选择何种方法受制于传感器的性能。

4.1 感应型传感器

电感、电容、电磁类感应型传感器由于探测端保护层只能使用很薄的非金属材料，所以强度低、易受电磁波、铁磁体的干扰。感应型传感器线性检出范围一般小于10mm，用于检测秘贴变化尚可，如果作爬行检测需要多传感器组合，其固定、保护、一致性调整机构会很复杂。使用分立元件自行设计组合传感器，元件参数离散度大，传感器性能、稳定程度难以保证。

4.2 反射型传感器

激光、雷达、超声波等反射型传感器检出范围大，可按需设定检测范围，用于爬行检测。反射型传感器检测精度受空气温度、相对湿度、气压变化的影响，不适应道岔野外雨、雪、冰、污物、油污和强涡旋气流的工作环境。以每组道岔定反位秘贴、爬行检测使用4只计算，检测/主设备成本占比过高，在专用组合传感器研发突破前无性价比优势。

选用感应型或反射型传感器都需要另外加设放磁铁、电磁屏蔽、机械固定和保护装置，需专配设电源、通讯等设备，成本较高。

4.3 接触式测量方法优势

根据铁路道岔工作环境、安装条件、检测和精度等要求，设计一装置把尖轨运动分解，合并固定、调整、屏蔽装置，防水和防尘的保护结构、供电、数据传递功能等统一集成设计，采用感应类传感器的检测仪其性价比会占优势，是在不断实践、综合考虑各种方案后确定的研究方向。

5 检测仪安装位置的选择

（1）选择最能代表牵引点变化的部位。道岔与列车接触最直接、最关键、最薄弱的部位是尖轨、心轨尖部。

（2）多牵引点的道岔。两牵引点间位置是最容易受列车离心力作用变形的间隙，可不受转辙机表示杆缺口间隙调整影响，对应关系准确。上述部位没有其他的铁路设施设备，便于安装检测仪，有利于设计仪器的保护、安全装置。检测仪没有长而复杂的连接系统，检测关系直接、简单、稳定，受环境温度影响小。

6 检测数据的传输

6.1 检测数据处理方式的比较

（1）检测数据实时发送至控制计算机处理，传送数据量最大，对通信电路要求高。

（2）列车通过时检测仪暂时保存检测数据，列车通过后再向控制计算机传达，数据量可大大减少，对通信电路的性能要求相对低些。缺点是检测仪内部需要配备大容量内存，无法通过上位机实时观察道岔秘贴、爬行动态变化。

6.2 数据传送方法

（1）利用铁路站场道岔一组两芯备用线载波通信方式传递，最大优点是不用布线施工，但传输速度慢，不稳定。有些站场道岔无备用线或已被占用。

（2）CAN通信方式的通信质量高，看满足较大数据传输要求，但需单独铺设4芯铠装带屏蔽功能可直埋的通信电缆。

（3）无线通信方式无前两项的顾虑，但要考虑铁路站场的电磁环境干扰、传输距离、质量和成本影响。

（4）光纤网是理想的通信方法，但系统构建复杂，要考虑成本和某些限制。

（5）采用丿能可靠、相对工程量小、综合成本低的通信方案。

7 现行秘贴、爬行检测方法

西门子秘贴检测器（见图1）和中国铁路通信信号集团公司JM1型秘贴检测器（见图2）是已经在应用的秘贴检查设备。两款产品均安装在1、2牵引点间基本轨底部或通过长连接杆连接到轨外的独立基座（见图3）。

原理和内部功能都与转辙机内电接点机构类似，只能对尖轨秘贴是否“到位”给出“通”与“不通”的“开关”信号，不能反映秘贴时间隙0～+4mm的连续变化、变动幅度和频率。

由于秘贴检测器独立于转辙机安装，检查器开关接点与转辙表示电路串联，起到了信号“冗余”和“双保险”的作用，但图2的长连接杆受温度变化影响，图2结构易受尖轨爬行影响“通”、“断”信号的正确性。

使用固定于轨外的激光准直仪、望远镜观察固定在受查轨腰标尺光点的刻画线位置，来判定钢轨纵向位移的变化程度。该方法是对道岔非“动态”观察。观察设备并不永久固定，认为视觉误差大。测量时间、频度安排随意，不能自动工作，获取的数据十分有限。要实现全路道岔、日夜连续大数据量检测是不可能的。

如在转辙机内表示杆缺口处安装摄像头观察缺口变化，但观察结果同样不能量化、记录，只说明缺口间隙在频繁变化。

8 理想检测仪模型

（1）为尖轨秘贴、爬行进行检测而设计的专用仪器，其自身任何故障不得影响道岔正常动作。

（2）符合中华人民共和国铁路行业标准TB/T3200-2008《铁路道岔秘贴检测器》规范和铁道部运输局运基信号【2003】49号《转辙机表示缺口监测报警系统技术条件》的要求。

（3）为规避交叉干扰，仪器不附设于现在任何设备，首选非接触检测方法。如采用接触方法检测，仪器结构应尽可能简单，运动阻力要小，受环境温差影响要小。安装方便，调整简单。

（4）能同时检测、记录尖轨定、反位秘贴爬行的动态瞬时值。能自动检出或消除尖轨跳动、翻背现象对秘贴、爬行检测结果的影响。可适应电气化铁路站场电磁环境。

（5）通信方式可靠、灵活，施工工程量小。计算机显示界面符合铁路标准，数据格式应符合微机监测要求。分析、处理软件齐全，使用便捷。

9 JM/P-2型铁路道岔尖轨秘贴爬行检测仪

依照TB/T3200-2008《铁路道岔秘贴检查器》、TB/T2614-2005《转辙机通用技术条件》、TB/T2613-2005《转辙机试验方法》和运基信号【2003】49号《转辙机表示缺口监测报警系统技术条件》设计了JM/P-2型铁路道岔尖轨秘贴爬行检测仪（简称检测仪），采用接触检测方式，外形结构、安装使用方式类似于其他检测设备，但增加了大范围爬行检测，并采用了多功能一体化集成设计方式（见图4）。

检点位发生爬行、环境温度变化不影响检测结果，可适用有砟或无砟铁路或城市轨道交通道岔的秘贴和爬行检测。

检测仪以卡钳形式固定在道岔尖轨第一枕前基本轨底（见图5）。通过连接杆与安装于尖轨上的可调整的“受检点”相连。直接检测尖轨与基本轨间间隙变化，不受缺口调整影响，一次安装调整正确不再移动。

检测仪不影响道岔融雪设备，及时融雪可保证检测仪正常工作。

可检测出秘贴0～8mm、精度约0.3mm的变化，秘贴间隙等于或超过4mm时报警。爬行可检测出正负方向各60mm、精度约1mm的变化。ZYJ-7等转辙机尖轨是分动的，尖轨斥离时必须锁止。

检测仪使用24V直流电源，采用CAN通信方式与控制计算机通信。计算机按时间顺序，记录道岔开通方向和储存检测仪采集的秘贴爬行数据，可按铁路管理需求设计分析软件，自动对实时数据和记录数据比较得出所需结果供决策使用。

道岔尖轨工况监测系统主界面（见图6）根据不同车站绘制站场平面图，通过鼠标双击道岔号可变换需要观察的道岔，在左下角图形窗口实时显示距离变化的连续曲线，中下部窗口显示精确距离值，图7为309定位秘贴爬行值均符合标准，显示两个绿灯，道岔位置同时给出定位指示。

当秘贴值超过1mm时，铁路道岔尖轨工况监测报警界面显示图7。秘贴显示黄灯，同时道岔定位表示消失，如果在道岔转换时间内反位秘贴值达到标准，道岔位置给出反位指示，否则记录显示定位警告。

记录表格采用Access标准数据库格式，可利用数据库的数据分析、图表等工具对历史数据进行设备变化趋势分析、故障统计等。

传感器（见图8）集成了秘贴、爬行、温度检测和红外接收模块，配有CAN、计算机程序写入和通信接口等，整体固化后安装在可防铁磁、电磁，抗腐蚀的保护体内（见图9）

用专为验证设计的试验台模拟道岔尖轨秘贴、爬行、跳动、翻背等动作，用双坐标仪检测秘贴、爬行位移，检测值与该检测仪数据对比，秘贴数据误差0.4mm，爬行数据误差2mm。摩擦阻力导致的蠕动在静态测试时明显，施加模拟过车振动测量误差会减少50%。分析误差由传动系摩擦阻尼、座标仪弹性位移和计算机滤波构成。检测仪虽达到了同时检测尖轨秘贴、爬行变化数据的设计功能，但结构还需要进一步改进。更需路试考核其实用性，期待实践验证成功。

10 结束语

与转辙机缺口检测和秘贴检查器相比，JM/P-2型铁路道岔尖轨爬行检测仪检测更直接，检测功能更强，更及时可靠。开发设计具有多种、多点、多项、多参数检测功能的道岔工况状态监测系统具有现实意义。通过微机监测系统处理，将道岔的任何变化记录在案，检测记录绘成变化曲线图，给出道岔各检测项目的变化趋向与趋势，自动比对设定的控制标准，提前给出警示信号，为运营管理、维护部门科学管理与决策提供依据。

文章来源：

原文名称：铁路道岔尖轨密贴、爬行检测方法探讨

作者信息：周承志,胡秀春（北京精博机电技术研究所）

期刊信息：中国铁路 ,2012年10期