中低速磁浮交通的两种典型轨道检测系统

中低速磁浮交通因为具有低噪声、爬坡能力强、转弯半径小、与城市地形兼容性好等优点，已经成为发展公共轨道交通的重要可选方案。中低速磁浮交通采用F型轨道，车辆下部的悬浮电磁铁与F轨构成闭合磁路，它与轨道之间的电磁吸力垂向分量实现车辆无接触支撑，车辆过弯道或受侧向力影响时，电磁铁与轨道之间产生的电磁吸力水平分量形成被动导向力，从而实现车辆无接触的导向。车辆与轨道之间的关系如图1所示，车辆“抱轨”贴地运行，悬浮高度仅为8mm左右。

图1 车辆与轨道的相互关系及走行部部分细节组成

一、F轨的构成、作用及其几何参数检测项目

与传统轮轨交通的轨道有着明显不同，中低速磁浮轨道主要包括水泥梁和轨排两部分，其中两根 F 型钢轨通过工字形轨枕连接组成轨排。另外值得注意的是，F 轨外端面与轨道平面不是垂直的，而是成一个锐角，它影响轨道部分参数测量。如图2、3所示，F轨由F形型钢和铝制反应板组成，它与电磁铁一起形成闭合磁路，承受着来自电磁铁的悬浮力和导向力。它作为直线牵引电机的次级，与车载电机的短初级作用共同产生推进力；它也是机械制动作用的制动面；当悬浮控制失效时，可以作为应急救援的液压支撑轮的导轨；当然，它也可以作为车辆落地时的着地滑块的支撑面。因此，F轨在中低速磁浮交通中扮演着重要角色，它的几何状态紧密地影响着车辆的稳定悬浮，影响着车辆运行的的安全性和舒适性，适当的轨道维护是保持良好轨道状态的手段之一，而轨道维护的基础是轨道几何参数测量。传统轮轨交通的轨道几何参数检测已开展数年，对轨道几何参数检测技术行了深入研究，目前，国内外的轨检车已经发展到第六代。但是传统轮轨交通的轨道检测技术很难直接用于磁浮交通。

图2   F型轨断面                            图3  导轨与电磁铁构成的闭合磁路

磁浮轨道几何参数检测项目主要有：高低、轨向、轨距、水平、错牙、轨缝以及超高等。高低是指左右 F 轨分别沿纵向的垂向偏差，有左高低和右高低之分。轨向是指左右F轨分别沿轨道纵向的横向偏差，也有左轨向和右轨向之分。高低和轨向是描述单股轨在空间分布上的表现出的变化，也可统称为不平顺。轨距指轨道断面左右轨两磁极间中心点的距离，用于描述左右两轨横向相对位置关系。水平指轨道断面左右两轨的高差，用于描述左右两轨垂向的相对位置关系的偏差。轨缝是指两段轨排之间的间距大小。超高是指曲线段处的左右 F 轨平面与水平之间形成的夹角或位移。与传统轮轨交通的轨道检测相比，磁浮轨道几何参数检测项目偏重于轨缝、错牙、高低、轨向以及F轨四磁极面直线度等检测。其中，四极面直线度是指左右F轨的四个磁极面应处于同一直线上，以减少对悬浮架形成滚动偏载。

图4  F轨几何参数的主要检测项目

二、中低速磁浮交通F轨几何参数检测仪

参照传统轮轨轨道检测维护方式，中低速磁浮交通F轨的检测采用了动态轨检系统和便携式轨检仪相结合的方式，其中动态系统可直接搭载在快速运行的磁浮车辆上，对轨道几何参数实现快速基于惯性基准的检测，有效筛选和预警轨道参数超差路段，它亦可与一辆独立的车辆及相应的数据处理设备组合，形成磁浮轨道检测车；便携式轨检仪可以利用手推或自带动力遥控方式，以较低的走行速度，利用弦测法的原理实现轨道几何参数的检测，一般与动态轨检系统配合，实现对疑似超差路段进行再次检测确认，或在维护过程中对维护结果进行确认。根据应用的场合不同，轨检仪可以有H型和T型的结构。

2.1 H型轨检仪

它是一种人工推行在轨道安装面上行走的推车型检测设备，可一次性自动测量并实时记录轨道参数。为中低速磁浮轨道铺设施工中提供测量帮助，方便施工队伍在施工过程中及时修正存在的问题并加以改进。

图5 国防科大研制的第一版H型轨检仪

图6 北京中低速磁浮S1线的H型轨检仪

2.2 H型轨检仪的主要检测项目及指标

表1

2.3 T型轨检仪

它是一种自带动力、通过遥控操作自行进的轨道检测设备，在行进中自动检测单侧轨道，通过间接推导或掉头测量获得另一侧轨道参数，标准巡检速度为3.6km/h，电池续航能力4h。它是H型结构的一种简化变体，体积小，结构简单，拆装方便，是轨道日常巡检的必备设备。

图7 自带动力的T型轨检仪

2.4  T型轨检仪的主要检测项目及指标

表2

根据功能及其载体不同，F轨几何参数动态检测系统共分为三部分：一是搭载在列车上的测量系统，它由测量架、传感器组以及记录仪等组成，主要完成对轨道状态数据采集和记录；二是地面处理系统，包括一台计算机和一套处理软件，软件由数据处理系统以及应用管理系统组成，自动完成数据处理、用户编辑，报表报告生成，数据共享等；三是绝对里程标识板，采用无损方式安装在轨道上，为动态轨检系统提供里程校准的基点。三、中低速磁浮F轨几何参数动态检测系统

测量系统搭载在中低速磁浮列车上，能够在列车运行中对F轨和接触轨的几何参数进行在线式实时检测、分析、记录、存储，为日常维护和定期检修提供依据。F轨几何参数包括高低、水平、错牙、轨距以及轨向等；接触轨几何参数主要有高低、轨距以及磨耗。基本检测方法是非接触式惯性基准法。另外，也可增加摄像头，形成视觉巡检系统，可人工查找轨道其它故障。

图8 中低速磁浮F轨动态检测系统的测量系统

图9 中低速磁浮F轨动态测量系统搭载在车辆上

图10 地面信息处理系统

图11 绝对里程标识板

国防科技大学磁浮技术中心 吴 峻

wujun2008@nudt.edu.cn