軌道維護是一項非常復(fù)雜的工作。主要挑戰(zhàn)在于需要根據(jù)實際情況有針對性地選擇維護策略?；A(chǔ)設(shè)施運營商所采用的維護策略中，預(yù)防性高速磨削（HSG）的材料磨耗量為0.1 mm，傳統(tǒng)軌道打磨機為0.3~1.0 mm，故障維修措施（如銑削）甚至高達5 mm。為了盡可能地減少維護所造成的材料磨耗，基礎(chǔ)設(shè)施運營商越來越傾向于采取預(yù)防性維護策略。可用的維護天窗期隨之縮短，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。之前曾認為中半徑曲線鋼軌在運行負荷達到約3×107 t后才會出現(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。為了使維護措施更好地適應(yīng)當(dāng)前需求，采集軌道狀態(tài)實時監(jiān)控參數(shù)并進行精確分析，實現(xiàn)數(shù)字化管控，為優(yōu)化選擇軌道檢測維護策略開辟了新的可能性。

軌道病害的誘因及其相互作用

       1、軌道檢測技術(shù)類型

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

       目視檢查是軌道檢測的基本組成部分，由高度專業(yè)化、有資質(zhì)的人員執(zhí)行。這些人員對鋼軌生命周期的各個階段有全面的了解，可通過快速簡單的方法確定適當(dāng)?shù)木S護措施。其專業(yè)知識包括以下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試方法進行確認。

       渦流探傷用于檢測和評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重，則使用漏磁通測量設(shè)備進行磁力探傷，可檢測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。這種相對較新的檢測方法利用磁場通過改變場力線得出關(guān)于鋼軌病害尺寸、形狀和位置的結(jié)論。

       檢測軌頭、軌腰或軌底區(qū)域的內(nèi)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(tǒng)，除了可檢測內(nèi)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(tǒng)

       為了精確檢查鋼軌、道岔、交叉點、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量方法檢測軌道幾何狀態(tài)，并將檢測值與相應(yīng)標準和規(guī)范中的允許公差或項目特定的額定值進行比較。比如，使用橫斷面數(shù)字測量儀可精確測量鋼軌的橫斷面。在測量軌頭橫斷面時，該測量儀會機械掃描軌頭輪廓，檢測鋼軌類型，并將其形狀與標稱輪廓進行比較，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)或逐點測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），可使用波狀磨損測量儀（如數(shù)顯式RM 1200）。

軌道波狀磨損

       在軌道和道岔測量中，會對軌距、外軌超高、槽距和扭曲度等參數(shù)進行連續(xù)測量和記錄。

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

       2、發(fā)展趨勢

       測量結(jié)果的分析評估

       僅收集有意義的數(shù)據(jù)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(yōu)化建議，并得出經(jīng)濟上最優(yōu)的維護方案及其工藝參數(shù)。因此，需要對軌道上獲取的數(shù)據(jù)進行整理和匯總，以便在資產(chǎn)管理系統(tǒng)中進一步分析。

       Vossloh公司開發(fā)的MR.pro?技術(shù)信息和維護管理系統(tǒng)可以綜合分析和利用所有可用的狀態(tài)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)從狀態(tài)檢測到維護規(guī)劃整個過程的控制。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)，有針對性地為基礎(chǔ)設(shè)施運營商推薦和規(guī)劃適當(dāng)?shù)木S護措施；綜合期限監(jiān)控和保修跟蹤，對已實施措施實現(xiàn)質(zhì)量控制；通過結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲將評估、分析和報告的信息結(jié)合在一起，供不同機構(gòu)的授權(quán)人員使用；以透明化的長期分析為基礎(chǔ)，有效地實施脆弱性管理及磨損更換備件的輔助預(yù)測?；A(chǔ)設(shè)施運營商不僅可以獲得有關(guān)設(shè)備全生命周期運營及功能安全的數(shù)據(jù)文檔，還可以持續(xù)獲得相應(yīng)包括統(tǒng)計評估的可視化狀態(tài)報告。

       在運營期間進行測量

       為了能夠有效利用區(qū)間封鎖時間開展維護工作，Vossloh公司將為鐵路網(wǎng)絡(luò)運營商、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(tǒng)，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(tǒng)，用于檢測鋼軌內(nèi)部的病害，能可靠地檢測和記錄鋼軌內(nèi)部的鉆孔裂縫、焊接缺陷和物料分離。如有需要，還可同時測量鋼軌縱斷面和橫斷面。該列車中的視頻檢測系統(tǒng)可以檢測到混凝土軌枕中的緊固件缺失或裂縫，使檢測結(jié)果更完善。

       作為緊湊型檢測車，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，實現(xiàn)組合顯示。

       在加工過程中進行狀態(tài)診斷

       Vossloh公司根據(jù)其智能維護理念（圖3）進一步發(fā)展了狀態(tài)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(shè)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(shè)備以測量裂縫。 

智能維護管理系統(tǒng)

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

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

       智能維護的優(yōu)點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的速度進行鋼軌磨削作業(yè)時收集下一次磨削加工的加工數(shù)據(jù)，而且在作業(yè)過程中無需進行區(qū)間封鎖，不會影響列車運行圖的執(zhí)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(jù)相應(yīng)的軌道狀況確定?？刂葡到y(tǒng)可根據(jù)分析后的診斷數(shù)據(jù)動態(tài)地調(diào)節(jié)砂輪的壓緊力和進給量。

Vossloh的HSG鋼軌打磨列車

       “mapl-e”可對軌道表面狀態(tài)進行可視化顯示，并將已測量線路區(qū)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(qū)段鋼軌表面缺陷所需的時間，這些時間包括必要時的區(qū)段封鎖時間等。

       在“mapl-e”中，工作人員可以通過點擊鼠標派發(fā)相關(guān)機器的工單，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，可顯著減少耗時的現(xiàn)場檢查。通過智能組合收集的參數(shù)以及分析實時信息，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)施運營商更好地了解其維護措施的有效性，更有效地使用預(yù)算；也有助于保障鐵路基礎(chǔ)設(shè)施的運營質(zhì)量，持續(xù)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(shù)的發(fā)展趨勢[J]. 現(xiàn)代城市軌道交通，2019（8）：112-114.