基于非轨道电路法的实时断轨检测研究

    杜巧玲 赵东辉

    

    

    

    摘 要：交通运输作为常用运输方式之一，在客运和货运中承担着主要的运输任务，而城镇化的加快则打破了之前规划蓝图，大量人员的涌入，加快了城镇的工业化水平，而这也导致城镇对客运以及货运的需求大幅度增加，导致轨道运输线路常年超负荷运行，由于长期的超负荷运行致使轨道线路出现故障，从而出现了列车脱轨等一系列轨道交通事故，而断轨则是导致事故的主要原因之一，实时断轨检测系统可以覆盖在所有的轨道中，对所有的钢轨进行检测，实时传输钢轨的使用情况，通过实时断轨检测系统的检测来保证钢轨的完整性，是对轨道交通提供最为安全的保障。

    关键词：钢轨;断轨;轨道线路

    基于非轨道电路原理进行实时断轨检测常见的方法有光纤实施断轨检测、应力实施断轨检测和声波实时断轨检测三种方法。

    1 光纤实时断轨检测

    光纤实时断轨检测方法是利用标准的单模块光纤进行检测，将标准单模块光纤用环氧树脂胶带贴在轨道上，光纤的一头接光源，另一头为接受器，如果钢轨断裂，光线则无法到达接受器，光纤实时断轨检测方法示意图如图1所示。

    图1 光纤实时断轨检测方法示意图

    这种检测方法就目前而言，是一种相对比较可靠的断轨检测方法，但是由于光纤的内丝比较脆弱，所以其安装起来比较困难，首先由于轨道作业大部分都在户外，而要使用光纤实时断轨检测方法，就必须将光纤丝牢牢的粘贴在钢轨上，如果将光纤丝牢牢的粘在钢轨上，必须将钢轨表面锈迹、污垢和油迹清洁干净，还要保证钢轨表面保持干燥;其次在遇到障碍物之后，需要将光纤剪断，并采用桥接器进行连接;最后钢轨表面因为焊接所导致的隆起也必须清理整齐，否则光纤丝会发生扭结或者折弯，所以这种方法适用于短距离钢轨检测，如果轨况较特殊，则更加不适用。

    2 应力实时断轨检测

    这种方法主要用应力传感器来确保，将应力传感器均匀并等间距安装在钢轨上，该传感器对应力和温度检测比较灵敏，当检测到应力和温度有变化时，将变化通过特殊技术经过分析并比较，则可以知道是否断轨和钢轨变形，应力实时断轨检测示意图如图2所示。

    图2 应力实时断轨检测示意图

    这种检测方法的主要的问题在于应力传感器安装和校准，这就对目前的轨况有要求，如果是在新建线上使用，就可以在铺设钢轨之前，直接将传感器安装在钢轨上，这就比较方便;如果在既有线上使用，则需要在安装传感器的位置将钢轨进行切割，这本身就更加不利于行车，而且在切割的过程中可能会导致钢轨应力已经发生了变化而导致检测结果不准确;其次轨道线路一般距离都比较长，在检测过程中传输的电信号都属于无线传输，所以需要使用专用的分析技术，对所传输的信号进行分类，将应力和温度变化进行计算和比较，并通过比对判断是否发生断轨。

    3 声波实时断轨检测

    这种方法主要特点是在线路中安装了声波接收器，将其安装在线路两侧，对于ZPW-2000A中的轨道电路中有衰耗盘，该装置可以依靠轨道线路的自然衰耗将其相邻的与之隔离，当线路中的发射装置发出正常声波后，这时声波会向线路两侧传播，同时线路两侧的接收装置会接收到正常声波信号，如果有断轨这时则无法接收到，根据这种方法我们可以判断线路中的钢轨是否有裂纹等现象;如果我们再将相邻的两个声波发射器，跟同一个接收装置连接，然后再将接收到的两个声波频率进行比较，则可以缩小甚至确定具体哪一段线路中的钢轨出现了问题，声波实时断轨检测方法如图3所示。

    图3 声波实时断轨检测示意图

    由于声波实时断轨检测在检测过程中，与轨道电路是否正常无关，也不需要两钢轨之间的短接，所以它的优点在于没有电磁干扰，同时与轨道电路参数无关，在检测过程中不需要电气隔离，也不需要线路短接;但是由于声波在不同介质中传播时对速率有影响，所以当统一线路钢轨型号不一致时，容易导致误报，最后当发射同频率声波时，他们之间也可能会相互干扰。

    4 断轨检测方法的选取

    整体来说，实时断轨检测方法有三大类：基于轨道电路法、基于非轨道电路法和其他检测方法;其中基于轨道电路法的有牵引回流实时断轨检测、准轨道电路实时断轨检测和超声波实时断轨检测三种方法，基于非轨道电路法的有光纤实时断轨检测、应力实时断轨检测和声波实时断轨检测三种方法，其他最常见的有大型钢轨探伤车离线式检测和手推式钢轨探伤车检测。

    （1）按照安装的容易程度。基于轨道电路原理的检测方法容易安装的程度高，基于非轨道电路原理的检测方法容易安装的程度较低，大型钢轨探伤车检测法和手推式钢轨探伤车检测法不需要安装。

    （2）按照损坏后容易修复的程度。基于轨道电路原理的检测方法损坏后容易修复的程度高，基于非轨道电路原理的检测方法损坏后容易修复的程度较低，大型钢轨探伤车检测法和手推式钢轨探伤车检测法损坏后容易修复的程度高。

    （3）在特殊轨况容易应用的程度。基于轨道电路原理的检测方法在特殊轨况容易应用程度高，基于非轨道电路原理的检测方法因为安装的原因，在特殊轨况不容易应用，大型钢轨探伤车检测法和手推式钢轨探伤车检测法在特殊轨况容易应用程度高。

    （4）在机械绝缘处的检测灵敏度。基于轨道电路原理的检测方法和基于非轨道电路原理的检测方法在机械绝缘处的检测灵敏度相对比较高，大型钢轨探伤车检测法和手推式钢轨探伤车检测法在机械绝缘处的检测灵敏度较低。

    （5）轨道养护作业时不易损坏的程度。基于轨道电路原理的检测方法轨道养护作业时不易损坏的程度高，基于非轨道电路原理的检测方法轨道养护作业时不易损坏的程度低，大型钢轨探伤车检测法和手推式钢轨探伤车检测法轨道养护作业不易损坏的程度高。

    （6）误报警。基于轨道电路原理的检测方法出现误报警的情况一般，基于非轨道电路原理的检测方法基本不会出现误报警的情况，大型钢轨探伤车检测法和手推式钢轨探伤车检测法有很大的可能出现误报警的情况。

    （7）漏检断轨。基于轨道电路原理的检测方法出现漏检断轨的情况一般，基于非轨道电路原理的检测方法基本不会出现漏检断轨的情况，大型钢轨探伤车检测法和手推式钢轨探伤车检测法很容易出现漏检断轨的情况。

    （8）和信号或列车报警系统连接的容易程度。基于轨道电路原理的检测方法容和信号或报警系统容易连接的程度高，基于非轨道电路原理的检测方法和信号或报警系统容易连接的程度高，大型钢轨探伤车检测法和手推式钢轨探伤车检测法和信号或报警系统连接的程度低。

    5 结论

    根据性能比较可以得出，光纤检测方法、声波检测方法、超声导波检测方法在特殊轨况的检测灵敏度高，但是不容易安装，且不容易维护，牵引回流检测方法和准轨道电路检测方法虽然容易安装、维护，但是在特殊轨况的检测灵敏度较低，容易出现漏检断轨的现象，大型钢轨探伤车检测法和手推式钢轨探伤车在特殊轨况应用程度高，可以与其他检测方法之间相互组合，使得实时断轨检测系统更加完善，而如果将牵引回流检测方法、准轨道电路检测方法和光纤检测方法、声波检测方法、超声短波检测方法两两结合，可以在保证检测灵敏度的前提下，使得安装、维护更为简便，当然这些还需要在后续工作中进行理论研究和实验研究。

    参考文献：

    [1]马功民.基于小波能量包行波理论的断轨测距研究[D].南昌：华东交通大学，2018.

    [2]趙云飞.超声导波在钢轨中衰减特性研究[D].北京：北京交通大学，2017.