鋼軌探傷車

鋼軌探傷車是裝在軌道上檢測鋼軌傷損設備的專用車輛或專用列車。

基本介紹

• 中文名：鋼軌探傷車
• 外文名：Rail detection car
• 作用：檢測鋼軌傷損
• 起源：美國
• 時間：1928年
• 分類：電磁鋼軌、超音波鋼軌探傷車

起源

鋼軌軌頭內部橫向疲勞裂紋（俗稱核傷）曾引起許多斷軌事故。1923年，美國鐵道工程協會（AREA）鋼軌委員會委託斯佩里公司研製檢測設備。1928年10月2日，斯佩里公司研製成功世界上第一輛鋼軌探傷車，並開始投入使用。此後，各種類型的鋼軌探傷車相繼出現。

分類

按鋼軌探傷車檢測原理可分為電磁鋼軌探傷車和超音波鋼軌探傷車兩類。

電磁鋼軌探傷車是根據非接觸通磁法檢測鋼軌傷損的，其最佳檢測速度為每小時30～70公里（最高可達100公里）這種車輛不能檢測鋼軌腰部和鋼軌接頭附近的鋼軌傷損。檢測核傷的最佳靈敏度僅為軌頭斷面積的20%～25%，所以已逐步被超音波鋼軌探傷車所代替。

超音波鋼軌探傷車是聯邦德國克勞特克萊默公司於1956年試製成功的。這種車輛利用超音波法進行鋼軌傷損探測，能夠探測鋼軌的軌頭和軌腰範圍內（包括接頭附近）的疲勞缺陷和焊接缺陷，有的還能檢測擦傷、軌頭壓潰和波浪形磨耗，以及軌底鏽蝕和月牙掉塊。這種車輛裝有自動記錄設備，能把鋼軌傷損信號、里程信號和線路特徵信號（橋樑、隧道、接頭、軌枕類別等）等記錄在同一紙帶或膠片上。根據記錄可分析確定傷損的大小和在鋼軌內的位置，也可確定傷損所在的線路里程。此外，根據連續二次的記錄還可確定鋼軌傷損的發展速度和發展規律。超音波鋼軌探傷車常用的檢測行車速度為每小時30～50公里，檢測核傷的最佳靈敏度約50平方毫米檢測軌腰裂紋的最佳靈敏度相當於直徑為3毫米的鑽孔。

確定鋼軌傷損所線上路上的位置誤差最小達±10厘米。軌面不平和不潔會影響這種車輛的檢測靈敏度，特別是影響接頭附近傷損的檢出靈敏度。這種車輛冬季配合加熱器可在不低於－15[oc]情況下使用，水中添加防凍劑時工作溫度可更低，但大雪天仍不宜使用。

此外，各國還廣泛採用人工推進的各種小型和攜帶型鋼軌探傷儀。中國鐵路採用國產的配有三個不同角度探頭的超音波鋼軌探傷小車，探傷效果很好。為提高檢測的技術水平，鋼軌探傷車正在向以下幾個方向發展：①用計算機處理記錄得到的探傷信號；②增加地面設施，實現自動定里程；③改進超音波探頭經過道岔轍叉時用手工操作起落的方法，實現不起落或自動起落；④提高超音波鋼軌探傷車的檢測速度和降低檢測費用；⑤探索可實用的非接觸式檢測方法。

發展與套用

大型鋼軌探傷車在國外已開發國家的套用已有四五十年的歷史，早已替代人工探傷設備，成為檢測在役鋼軌傷損的主要手段。由於超音波檢測鋼軌疲勞裂紋和其他內部缺陷具有靈敏度高、檢測速度快、定位準確、經濟性好等優點，目前國內外探傷車都採用超音波探傷技術。

北美鐵路

美國SPERRY公司既是鋼軌探傷車製造企業，同時也提供鋼軌探傷檢測服務。北美地區及部分墨西哥鐵路鋼軌探傷任務主要由SPERRY公司和HERZOG公司承擔，SPERRY公司約占75%的市場份額，鋼軌探傷車保有量約100台。由於北美地區冬季溫度較低，鐵路運輸以貨運為主，有大量有縫線路，因此北美地區探傷車均採用輪式超音波感測器。北美地區探傷車檢測速度為25～40km/h，絕大多數採取停頓式作業方式，即探傷車發現可疑傷損後立即停車，由探傷車操作員現場覆核，確認後做標記並通知鐵路維修部門，然後繼續檢測。因此實際平均檢測速度多在10km/h左右，腳踏車年均檢測里程約2000km。北美地區探傷車車體主要採用公鐵兩用車，輪式感測器的支撐伺服系統採用小車形式，懸掛在車下或尾部，不作業時收起小車，車輛可以在公路上正常行駛。

歐洲鐵路

瑞士SPENO公司承擔法國、瑞士及西歐多個國家的探傷車製造及鋼軌探傷檢測任務。自1984年起該公司陸續向歐洲、亞洲和非洲的多個國家出售探傷車約30台。採用滑靴式超音波感測器，一般檢測速度40km/h，標稱最高檢測速度可達70～90km/h。探傷車車體採用自帶動力的鐵路標準車輛，車體腹部安裝獨立可收放的檢測小車。

英國EURAILSCOUT公司生產的探傷車在比利時、瑞士、德國、丹麥、義大利、挪威、荷蘭、西班牙等國使用，採用滑靴式超音波感測器，標稱最高檢測速度可達100km/h。探傷車車體採用自帶動力的鐵路標準車輛。為提高檢測速度，該公司最新開發的UST02型探傷車感測器採用轉向架安裝模式，即將滑靴式超音波感測器安裝在非動力轉向架兩軸中間。美國SPERRY公司歐洲分公司（原隸屬英國國鐵，

在英國國鐵私有化過程中被SPERRY收購）主要服務英國鐵路，現在已逐步將業務拓展至歐洲大陸。與SPERRY美國公司完全不同，其技術路線沿用英國既有模式，採用自帶動力的鐵路標準車輛，採用轉向架安裝模式，超音波感測器早期為滑靴式、後來逐漸過渡到輪式，檢測速度達到80km/h。

日本鐵路

日本鐵路探傷車主要為自產，另有少量澳大利亞進口，探傷車車體均採用鐵路專用車輛，檢測速度為30～40km/h。日本探傷車具有探傷和軌形測量（測定磨耗等）雙重功能。生產探傷車的公司為TOKIMEC（東京計器）公司，採用滑靴式超音波感測器，檢測速度為40km/h，已在新幹線等多條線路上運用。自澳大利亞GEMCO公司進口的探傷車採用輪式感測器，最高檢測速度33km/h。腳踏車年均檢測里程約5000km。歐洲、日本鐵路大多採用連續檢測模式，即對探傷車獲得的數據進行事後處理，可疑傷損由人工另行覆核。

其他國家

前蘇聯及東歐地區鐵路主要採用超音波及電磁感應方式進行鋼軌探傷，探傷設備包括人工探傷小車、電磁感應探傷車、大型超音波探傷車。標稱檢測速度70km/h，但實際投入使用的速度要低一些。冬季採用低溫耦合液及電加熱方式進行探傷作業。澳大利亞及部分亞洲國家以大型超音波探傷車為主要檢測設備，探傷車製造企業有SPENO澳大利亞公司和GEMCO公司，感測器形式有輪式及滑靴式，檢測速度為25～40km/h，腳踏車年檢測里程約2000～3000km，停頓式作業方式。以色列SCANMASTER公司生產的SFB-100型鋼軌探傷車檢測速度為70km/h，採用滑靴式超音波感測器加可變軌距檢測小車模式。

探傷車技術

我國從1989年開始嘗試引進大型鋼軌探傷車。第一台探傷車是從澳大利亞GEMCO公司引進的，但是該設備一直未能達到契約要求的技術指標。1993年開始從美國PandrolJackson公司（股權兩度變化，現在該業務由SPERRY公司掌握）引進SYS-1000型探傷車，

於1994年成功投入使用，檢測速度40km/h；2000年以後，SPERRY公司在SYS-1000型檢測系統基礎上開發了Frontier型檢測系統，檢測速度達60km/h；近年來，

SPERRY公司針對中國鐵路最新開發了1900型檢測系統，在聲學設計上借鑑我國鐵路小型鋼軌探傷儀的技術特點，增加偏轉70°超音波探頭，以期提高對軌頭核傷的檢測能力；探輪直徑由6.5英寸改為9英寸，以減小超音波輪內聲程。截至2010年12月，我國鐵路在役鋼軌探傷車26台，

其中40km/h等級4台、60km/h等級22台（含8台60km/h升級改造車）；4台採用SYS-1000系統，17台採用Frontier系統，5台採用1900系統。2000年以來，我國鐵路探傷車的套用日益成熟，管理逐步規範。根據2010年的統計數據，全路探傷總里程28.36萬km，腳踏車年均檢測里程超過1萬km，運用效率大大超過歐美鐵路。轉向架安裝模式機械結構在英國鐵路已成熟套用多年，為進一步提高探傷檢測速度，2007—2008年，在中國鐵路對轉向架安裝模式探輪結構進行初步試驗，最高試驗速度達107km/h；2009—2010年，以美貸二期引進的首台探傷車為平台，組織有關單位合作開展基於轉向架安裝模式和1900型檢測系統的探傷檢測試驗，試驗進行三輪，並與探傷小車模式進行部分對比，初步驗證這種技術組合具有80km/h的檢測能力，為轉向架安裝模式結構最佳化奠定了較好基礎。

發展方向

檢測速度定位

根據世界鐵路鋼軌探傷車技術發展現狀，按照經濟、實用的原則確定我國鐵路鋼軌探傷車的檢測速度定位。對既有客貨共線鐵路，隨著鐵路貨車提速，探傷車理想檢測速度應定位在80～100km/h，探傷車檢測不至於對運輸秩序造成太大影響，便於編入運行圖實現周期性探傷。對於高速鐵路而言，探傷車100km/h的檢測速度相對動車組而言差距仍很大，不可能安排在客車流里上道，必須安排在夜間天窗時間檢測，這種情況下，80～100km/h檢測速度能夠適應高速鐵路的維修管理模式。因此，未來鋼軌探傷車速度目標值應定位在80～100km/h。

感測器的選擇

從國外套用可以看出，輪式感測器對線路的適應性好，特別是有縫線路或軌頭形態不良（如嚴重側磨）的情況；滑靴式感測器對軌頭形態的要求相對苛刻，側磨和軌縫都會導致滑靴失水而破壞耦合，影響檢測效果。由於滑靴式感測器耦合水消耗量大且需在滑靴和鋼軌之間保持流動的水膜，在我國北方寒冷地區冬季使用非常困難。因此，滑靴式感測器更適合在我國長江流域及以南地區的線路使用。人們過去普遍認為滑靴式感測器的主要優點是檢測速度更高，可達100km/h以上，輪式技術一度被認為無法突破40km/h，這也是歐洲地區普遍選擇滑靴式感測器的原因。但是，隨著技術的發展，美國SPERRY公司通過改進輪式感測器結構，已經使檢測速度得到較大提高，其最新的1900系統在實驗室的測試速度已達80～120km/h，滑靴式感測器在速度上的優勢正在逐漸喪失。我國鐵路已投入使用的探傷車均採用輪式感測器，多年的使用證明其在我國鐵路具有良好的適應性。因此，未來我國鐵路探傷車發展仍應以輪式感測器為主，滑靴式感測器可作為檢測手段的補充。

安裝模式

世界範圍內超聲感測器的安裝模式主要有2種：檢測小車模式和轉向架安裝模式。2種安裝模式各有特點。（1）轉向架安裝模式檢測速度略高。從歐洲數據看，轉向架安裝模式檢測速度能達80～100km/h；我國目前均採用檢測小車模式，檢測速度為40～60km/h；SPENO和SCANMASTER的檢測小車模式檢測速度為70km/h。（2）檢測小車模式感測器對中機構要求稍低。檢測小車採用變軌距結構，對感測器對中機構要求稍低；轉向架安裝模式採用定軌距設計，對感測器對中機構伺服性能要求較高。（3）安全性方面各有優劣。檢測狀態下，轉向架安裝模式由於固定軌距並有車體重量加壓，其防脫軌性能優於檢測小車模式。運行狀態下，檢測小車模式檢測小車收起並鎖定後探傷車類似普通車輛，安全性較高；轉向架安裝模式由於車下支持探輪的機械結構不能與轉向架軸箱分離，運行時也承受衝擊載荷，且運行速度一般高於檢測速度，因此，運行時衝擊作用更強，機械部件疲勞強度受到挑戰。我國鐵路已成熟運用的檢測小車模式運行速度仍維持在60km/h，今後重點探索轉向架安裝模式80～100km/h的套用前景。為提高安全性和減少機械部件疲勞，需對轉向架安裝模式機械結構進行最佳化設計。