中低速磁浮交通的兩種典型軌道檢測系統(tǒng)

中低速磁浮交通因為具有低噪聲、爬坡能力強、轉(zhuǎn)彎半徑小、與城市地形兼容性好等優(yōu)點，已經(jīng)成為發(fā)展公共軌道交通的重要可選方案。中低速磁浮交通采用F型軌道，車輛下部的懸浮電磁鐵與F軌構(gòu)成閉合磁路，它與軌道之間的電磁吸力垂向分量實現(xiàn)車輛無接觸支撐，車輛過彎道或受側(cè)向力影響時，電磁鐵與軌道之間產(chǎn)生的電磁吸力水平分量形成被動導(dǎo)向力，從而實現(xiàn)車輛無接觸的導(dǎo)向。車輛與軌道之間的關(guān)系如圖1所示，車輛“抱軌”貼地運行，懸浮高度僅為8mm左右。

圖1 車輛與軌道的相互關(guān)系及走行部部分細節(jié)組成

一、F軌的構(gòu)成、作用及其幾何參數(shù)檢測項目

與傳統(tǒng)輪軌交通的軌道有著明顯不同，中低速磁浮軌道主要包括水泥梁和軌排兩部分，其中兩根 F 型鋼軌通過工字形軌枕連接組成軌排。另外值得注意的是，F(xiàn) 軌外端面與軌道平面不是垂直的，而是成一個銳角，它影響軌道部分參數(shù)測量。如圖2、3所示，F(xiàn)軌由F形型鋼和鋁制反應(yīng)板組成，它與電磁鐵一起形成閉合磁路，承受著來自電磁鐵的懸浮力和導(dǎo)向力。它作為直線牽引電機的次級，與車載電機的短初級作用共同產(chǎn)生推進力；它也是機械制動作用的制動面；當(dāng)懸浮控制失效時，可以作為應(yīng)急救援的液壓支撐輪的導(dǎo)軌；當(dāng)然，它也可以作為車輛落地時的著地滑塊的支撐面。因此，F(xiàn)軌在中低速磁浮交通中扮演著重要角色，它的幾何狀態(tài)緊密地影響著車輛的穩(wěn)定懸浮，影響著車輛運行的的安全性和舒適性，適當(dāng)?shù)能壍谰S護是保持良好軌道狀態(tài)的手段之一，而軌道維護的基礎(chǔ)是軌道幾何參數(shù)測量。傳統(tǒng)輪軌交通的軌道幾何參數(shù)檢測已開展數(shù)年，對軌道幾何參數(shù)檢測技術(shù)行了深入研究，目前，國內(nèi)外的軌檢車已經(jīng)發(fā)展到第六代。但是傳統(tǒng)輪軌交通的軌道檢測技術(shù)很難直接用于磁浮交通。

圖2   F型軌斷面                            圖3  導(dǎo)軌與電磁鐵構(gòu)成的閉合磁路

磁浮軌道幾何參數(shù)檢測項目主要有：高低、軌向、軌距、水平、錯牙、軌縫以及超高等。高低是指左右 F 軌分別沿縱向的垂向偏差，有左高低和右高低之分。軌向是指左右F軌分別沿軌道縱向的橫向偏差，也有左軌向和右軌向之分。高低和軌向是描述單股軌在空間分布上的表現(xiàn)出的變化，也可統(tǒng)稱為不平順。軌距指軌道斷面左右軌兩磁極間中心點的距離，用于描述左右兩軌橫向相對位置關(guān)系。水平指軌道斷面左右兩軌的高差，用于描述左右兩軌垂向的相對位置關(guān)系的偏差。軌縫是指兩段軌排之間的間距大小。超高是指曲線段處的左右 F 軌平面與水平之間形成的夾角或位移。與傳統(tǒng)輪軌交通的軌道檢測相比，磁浮軌道幾何參數(shù)檢測項目偏重于軌縫、錯牙、高低、軌向以及F軌四磁極面直線度等檢測。其中，四極面直線度是指左右F軌的四個磁極面應(yīng)處于同一直線上，以減少對懸浮架形成滾動偏載。

圖4  F軌幾何參數(shù)的主要檢測項目

二、中低速磁浮交通F軌幾何參數(shù)檢測儀

參照傳統(tǒng)輪軌軌道檢測維護方式，中低速磁浮交通F軌的檢測采用了動態(tài)軌檢系統(tǒng)和便攜式軌檢儀相結(jié)合的方式，其中動態(tài)系統(tǒng)可直接搭載在快速運行的磁浮車輛上，對軌道幾何參數(shù)實現(xiàn)快速基于慣性基準的檢測，有效篩選和預(yù)警軌道參數(shù)超差路段，它亦可與一輛獨立的車輛及相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理設(shè)備組合，形成磁浮軌道檢測車；便攜式軌檢儀可以利用手推或自帶動力遙控方式，以較低的走行速度，利用弦測法的原理實現(xiàn)軌道幾何參數(shù)的檢測，一般與動態(tài)軌檢系統(tǒng)配合，實現(xiàn)對疑似超差路段進行再次檢測確認，或在維護過程中對維護結(jié)果進行確認。根據(jù)應(yīng)用的場合不同，軌檢儀可以有H型和T型的結(jié)構(gòu)。

2.1 H型軌檢儀

它是一種人工推行在軌道安裝面上行走的推車型檢測設(shè)備，可一次性自動測量并實時記錄軌道參數(shù)。為中低速磁浮軌道鋪設(shè)施工中提供測量幫助，方便施工隊伍在施工過程中及時修正存在的問題并加以改進。

圖5 國防科大研制的第一版H型軌檢儀

圖6 北京中低速磁浮S1線的H型軌檢儀

2.2 H型軌檢儀的主要檢測項目及指標

表1

2.3 T型軌檢儀

它是一種自帶動力、通過遙控操作自行進的軌道檢測設(shè)備，在行進中自動檢測單側(cè)軌道，通過間接推導(dǎo)或掉頭測量獲得另一側(cè)軌道參數(shù)，標準巡檢速度為3.6km/h，電池續(xù)航能力4h。它是H型結(jié)構(gòu)的一種簡化變體，體積小，結(jié)構(gòu)簡單，拆裝方便，是軌道日常巡檢的必備設(shè)備。

圖7 自帶動力的T型軌檢儀

2.4  T型軌檢儀的主要檢測項目及指標

表2

根據(jù)功能及其載體不同，F軌幾何參數(shù)動態(tài)檢測系統(tǒng)共分為三部分：一是搭載在列車上的測量系統(tǒng)，它由測量架、傳感器組以及記錄儀等組成，主要完成對軌道狀態(tài)數(shù)據(jù)采集和記錄；二是地面處理系統(tǒng)，包括一臺計算機和一套處理軟件，軟件由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)以及應(yīng)用管理系統(tǒng)組成，自動完成數(shù)據(jù)處理、用戶編輯，報表報告生成，數(shù)據(jù)共享等；三是絕對里程標識板，采用無損方式安裝在軌道上，為動態(tài)軌檢系統(tǒng)提供里程校準的基點。三、中低速磁浮F軌幾何參數(shù)動態(tài)檢測系統(tǒng)

測量系統(tǒng)搭載在中低速磁浮列車上，能夠在列車運行中對F軌和接觸軌的幾何參數(shù)進行在線式實時檢測、分析、記錄、存儲，為日常維護和定期檢修提供依據(jù)。F軌幾何參數(shù)包括高低、水平、錯牙、軌距以及軌向等；接觸軌幾何參數(shù)主要有高低、軌距以及磨耗?；緳z測方法是非接觸式慣性基準法。另外，也可增加攝像頭，形成視覺巡檢系統(tǒng)，可人工查找軌道其它故障。

圖8 中低速磁浮F軌動態(tài)檢測系統(tǒng)的測量系統(tǒng)

圖9 中低速磁浮F軌動態(tài)測量系統(tǒng)搭載在車輛上

圖10 地面信息處理系統(tǒng)

圖11 絕對里程標識板

國防科技大學(xué)磁浮技術(shù)中心 吳 峻

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