李晓

（呼和浩特铁路局工务处，内蒙古呼和浩特010050）

钢轨断面检测技术在包兰线钢轨打磨作业中的应用

李晓

（呼和浩特铁路局工务处，内蒙古呼和浩特010050）

钢轨断面的磨损会直接影响列车运行的安全性和舒适性，进而影响钢轨的使用寿命。为了对钢轨断面进行智能化高精度测量，本文结合国内外的钢轨断面检测技术，研制了基于激光三角测距原理的钢轨断面检测系统，在包兰线的测试结果验证了该系统的实用性。钢轨断面检测系统为钢轨断面修复提供了精确、高效的测量设备。

钢轨断面；激光三角测距；钢轨打磨

1　钢轨断面检测技术现状

目前国内外道岔钢轨磨损检测主要有手动接触式测量、光学成像、激光三角测距3种不同的方式。

1.1接触式测量

接触式测量方式以钢轨非工作边轨颚为测量基准，人工移动带有电子千分表的测量单元，记录钢轨垂磨和侧磨测量值。其测量精度不高。随着光电编码和自动化技术的发展，手工测量和记录工作由编码器和计算机取代。国外铁路维修技术研究部门研制了先进的接触式测量设备［1］，运用光电编码器实现了高精度的钢轨断面测量。但其测量行程偏小，探针无法测量到轨颚处，从而影响对钢轨磨耗的正确评估，且存在工作效率低、工作强度大等缺点。

1.2光学成像技术

随着图像处理和计算机技术的发展，国内外研究部门采用激光成像原理［2-4］研制了钢轨断面检测系统。其利用工业相机对激光器成像进行捕捉，由采集单元进行成像分析处理，提取出断面中心线，再利用数学处理算法对钢轨实测廓形与理论廓形进行拟合处理，最终计算钢轨断面各测点位置偏差量。

该测量方式受制于相机分辨率、抗干扰能力等因素，检测精度难以满足精细施工要求，常用于普速线路快速检查和日常线路质量管理。

1.3激光三角测距技术

激光三角测距传感器是基于平面三角几何原理进行测量的非接触式测量设备［5］，即通常所称的激光位移传感器。静态检测时通常采用点激光传感器，通过激光测距传感器横向移动测量来实现对钢轨断面的测量，如图1所示。

图1　激光三角测距设备示意

2　钢轨断面检测系统的研制

目前对钢轨断面的检测普遍依靠进口设备，本文介绍自主研制的基于激光三角测距技术的钢轨断面检测系统。检测系统硬件主要由主机、支撑杆和计算机3部分组成。主机主要负责数据采集、传输、存储等；支撑杆主要起钢轨断面测量时的辅助支撑作用；计算机则主要用于在线数据处理分析。检测系统硬件组成如图2所示。

图2　钢轨断面检测系统硬件组成

2.1检测原理

以激光三角测距原理为基础［6］，通过电机驱动激光位移传感器横向移动，实现对钢轨横断面廓形几何尺寸的测量。利用计算机软件辅助进行数据处理分析，对实测钢轨廓形与理论设计廓形进行对比分析，并计算偏差。检测原理如图3所示。

图3　检测原理示意

2.2主要技术参数

该系统的性能和精度指标如下：

①尖轨相对于基本轨降低值：±0.1mm；

②心轨相对于翼轨降低值：±0.1mm；

③钢轨廓形：±0.1mm；

④尖轨、基本轨、心轨肥边大小：±0.1mm；

⑤单次测量时间＜20s；

⑥检测范围：自钢轨内侧70°到外侧40°（钢轨断面圆弧法线与钢轨垂直中心线的夹角）。

2.3应用场合

1）正线钢轨检测

通过对正线线路重点病害区域进行钢轨断面偏差检测，在线分析钢轨断面偏差和钢轨磨耗，指导钢轨日常打磨维修作业。

2）道岔钢轨检测

通过对道岔钢轨重点病害区域进行断面检测，在线分析钢轨断面偏差、尖轨相对于基本轨降低值、心轨相对于翼轨降低值等参数，指导道岔钢轨打磨与修复。

3　钢轨断面检测系统在包兰线现场试验情况

2015年5月18日，呼和浩特工务段在天窗作业时间内运用钢轨断面检测系统对包兰线上行K51—K56打磨区段进行了断面检测，对打磨前及打磨5遍或10遍后的钢轨断面进行重点检测，并与该区段基准廓形进行比对，基于检测数据对打磨车打磨策略进行了优化。包兰上行线钢轨打磨前后检测廓形对比如图4所示。

钢轨断面检测结果表明，打磨后钢轨断面与目标断面廓形基本吻合，打磨作业达到预期效果。实际应用中，通过对打磨后检测结果分析，优化打磨策略，经多次打磨后效果更佳。钢轨断面检测系统给精细化打磨施工提供了支持。

图4　包兰上行线钢轨打磨前后检测廓形的对比

4　结语

为准确掌握钢轨的磨损状态，以便及时进行打磨处理，研发了基于激光三角测距技术的钢轨断面检测系统。对包兰线现场测试结果的分析表明，该检测系统能满足当前钢轨磨损检测精度要求。

［1］ESVELDG.丹麦MINIPROF轮轨断面测量系统［J］.国外铁道车辆，1994（4）：43-45.

［2］高伟杰.基干机器视觉的钢轨断面检测系统的研究［D］.北京：北京交通大学，2012.

［3］孟佳，高晓蓉.钢轨磨耗检测技术的现状与发展［J］.铁道技术监督，2005（1）：34-36.

［4］孙军华，王伟华，刘震，等.基于结构光视觉的钢轨磨耗测量方法［J］.北京航空航天大学学报，2010，36（9）：1026-1029.

［5］金文燕，赵辉，陶卫.激光三角测距传感器建模及参数优化研究［J］.传感技术学报，2006，19（4）：1090-1093.

［6］王纪武，张显文，高伟杰，等.基于机器视觉的钢轨轨头非接触测量精度研究［J］.北京交通大学学报，2014（1）：132-135.

AbstractRail profile wear will directly affect the security and comfort of the train operation，and further affect the service life of the rail.For realizing the intelligent and high precision measurement of rail profile，the rail profile detection system based on the laser triangulation principle was developed in this paper by combing with the rail profile detection technology at home and abroad，the practicability of which was verified by test results in Baotou-Lanzhou railway.Rail profile detection system could provide a more accurate and efficient measurement equipment for rail profile repair.

Application of Rail Profile Detection Technology in Rail Grinding Operation for Baotou-Lanzhou Railway

LI Xiao
（Track Maintenance Division，Hohhot Railway Administration，Hohhot Inner Mongolia 010050，China）

Rail profile；Laser triangulation；Rail grinding（责任审编葛全红）

U216.65

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2016.04.32

1003-1995（2016）04-0127-03

（责任审编葛全红）

2016-01-09；

2016-03-06

李晓（1968—），男，工程师。