钢轨探伤仪在铁路养护维修中的应用

钢轨探伤仪在铁路养护维修中的应用

何志彬

昆明地铁运营有限公司，云南昆明， 650812

摘要：地铁钢轨随着运营时间的加长易发生疲劳损伤。钢轨的疲劳损伤主要表现为鱼鳞伤、水平裂纹、螺孔裂纹、核伤等。这些损伤发展速度快，若不及时发现极易造成断轨，进入疲劳期的钢轨检查周期较短，作业量加大。钢轨探伤仪在轨道养护维修中的应用为钢轨疲劳损伤的探伤作业提供了便利，同时也极大的提高了线路养护维修的效率和质量。本文探讨了钢轨探伤仪在铁路养护维修中的应用。旨在为线路的养护维修管理与实施工作提供一些参考。

关键词：钢轨损伤；钢轨探伤仪；铁路；养护维修

一、常见的钢轨损伤及其原因

（一）接头损伤

钢轨接头位置相比其他位置所受的最大惯性要大60%左右。钢轨接头在车轮的作用下受磨损、钻孔不当、养护不当、接头冲击等作用，导致接头位置产生偏载、轨头挠曲力、水平推力等应力。长期作用下钢轨接头位置易发生损伤，并随着偏载、轨头挠曲应力、水平推力的加大和时间的推移而加剧。此外，火车蛇形运动产生的横向作用力也会诱发钢轨裂纹、压痕等其他缺陷的产生^[1]。

（二）轨底裂纹

钢轨轨腰处的浅表性线纹向深处发展就会形成裂纹。钢轨损伤还受钢轨轧制过程中本身存在的材质不足和养护质量不高所致，在长期的局部应力影响下轨底薄弱处所易产生水平、纵向裂纹。此外，钢轨的焊接工艺不当也可能遗留下轨底缺陷。

（三）核伤

钢轨核伤问题形成的原因相对复杂。主要原因如下：（1）钢轨冶炼和轧制生产过程中，原材料质量不合格，就会导致生产出的钢轨存在核伤诱因；（2）钢轨生产过程中由于操作规范或工艺处理不当遗留下缺陷；（3）轨道线路长期重载运行，运行过程中轮轨接触产生较大的接触应力，长期以往会在钢轨头位置形成核伤；（4）在存在曲线的线路地段，钢轨上股侧磨损严重，形成轮缘对轨颚的挤压，在挠曲应与水平推力的多种作用下颚变形部位容易形成核伤；（5）线路车流密度突然提高打破轨道应力结构，形成核伤多发；（6）运营线路大坡道地段存在车轮空转的问题，车辆在制动滑行时与钢轨产生摩擦，致使钢轨表面金属组织发生变脆、变硬的问题，进而形成网状裂纹或深层核伤。

二、智能型钢轨探伤仪的应用优势

（一）智能型钢轨探伤仪的设计

普通型的钢轨探伤仪由运载车体和探伤仪器构成（如图1所示），设计有9个不同发射角度的探头，用于在钢轨面上通过超声波对钢轨进行探伤处理。智能性钢轨探伤仪在普通型钢轨探伤仪的基础上采用了16位以上的CPU或DSP处理器，同时采用了多片8位单片机的设计，设计出高速实施控制系统。其硬件部分主要分为面板、信号检测、电源控制三大部分。软件部分搭载了三片CPU，设计容量较大。考虑到智能型钢轨探伤仪作业操作的简单性与便捷性，对CPU软件部分采用了简单的工作流程设计。其系统框架图如图2所示。

图1 普通型钢轨探伤仪

图2 智能型钢轨探伤仪系统框架图

（二）智能型钢轨探伤仪的应用优势

从智能型钢轨探伤仪的系统框架图可以分析出其面板部分采用了一体化数字式面板设计。该设计的特点在于可通过LCD点阵模块和键盘直接对系统进行控制。电源控制部分采用了单键控制的软开关无孔设计，内部加载了一个局部字库设计，可用于现实汉子字模。信号检测控制部分也增加了24MHz主频CPU设计，采用三级AD603电压控制每级增益。该设计在增加数字化信号检测控制设计的同时还有效保证了线路结构设计的简洁化。在多个报警回波信息的控制上，采用了多级触发器级联同时控制多个计数器，以保证CPU对系统整体的控制，并保持高速的处理能力。电源控制部分由控制系统电源、示波管系统电源、报警扬声器控制、电源控制CPU等组成。在系统电源入口部分增加了肖特基二极管，采用R-S触发器软开关设计。CPU控制可以在24MHz主频下同时完成对电源与报警的控制，以及提供同步信号的采样。这种设计不仅有效的预防了电源在激励源非交替工作时的盖然，还能提供最高效的电源效率。综上所述，智能型钢轨探伤仪具有系统设计分工明确、数字化编程简单、实时控制、高速处理、精准化探伤、自动化调整、智能化报警处理及对环境适应性好的应用优势^[2]。

三、钢轨探伤仪在铁路养护中的应用

（一）设备概况

某地铁线路双线总长80公里，单开岔道290组，交叉渡线18组，复式交分3组，一渡一交2组，三渡四交1组，三个站场。钢轨运行状态较为繁忙，因此采用智能型超声波钢轨探伤仪进行线路养护与维修管理。

（二）钢轨探伤仪的养护检修应用

对三大站场的钢轨每年应用智能型钢轨探伤仪探伤不少于四次，对重点线路探伤不少于7次。其间还进行不定期复检，对较轻的疲劳损伤及其他病害进行实时检测。智能型超声波探伤仪在该线路养护维修中的应用，一方面提高了钢轨探伤检测的效率，另一方面通过对钢轨推车行走实时检测，分析钢轨损伤的状态，有效保证了钢轨探伤的精准性，提升了钢轨探伤作业的质量。同时，智能型超声波钢轨探伤仪具有对钢轨探伤数据全程记录的功能。它所记录的内容覆盖了探伤作业的时间、探伤人员、探伤灵敏度的使用与变化信息、探头布置信息及设备仪器信息等。现场记录这些信息可用于对钢轨探伤现场作业实施标准化管理，还可用于对全程记录的B超图形随时回放，便于再次实施探伤检查，从而提高钢轨探伤检查结果的精准性，预防探伤检查中发生遗漏、疏漏钢轨损伤的问题。智能型超声波钢轨探伤仪的应用将该线路钢轨探伤重伤漏检率降低到了2%以下，有效的保证了列车运输的安全

^[3]。

结语

钢轨探伤仪是铁路养护维修中的重要工具。借助钢轨探伤仪对钢轨实施探伤作业有助于提高对钢轨损伤判定的准确性，预防漏判问题的发生。随着智能技术、数字技术在钢轨探伤仪设计中的应用，钢轨探伤仪自动化、智能化、数字化水平将不断提高，其功能也越类越趋向于多元化。智能型钢轨探伤仪系统一体化的设计增加了数据库设计，加强了对钢轨探伤信息的记录和综合分析应用，便于整合钢轨探伤数据信息和图库，监控不同线路钢轨损伤发展变化图形数据库，便于对多路段同类型钢轨损伤图进行对比分析，从而提高钢轨探伤应用在铁路养护维修中的管理水平，更加高效、可靠的保证钢轨运营安全。

参考文献：

[1]许世军.利用钢轨晶粒度回波实现自动灵敏度在钢轨探伤仪上的应用[J].江西建材,2015(21):141-142.

[2]包磊.钢轨探伤仪检测中标准试块几何量技术要求探讨[J].铁道技术监督,2017(11):16-18.

[3]程蕾.浅谈GCT-8C型数字钢轨探伤仪在钢轨探伤中的日常应用[J].山东工业技术,2016(19):201.

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