受環(huán)境溫度變化影響和列車通過道岔時的沖擊作用，尖軌靜態(tài)位置和動態(tài)時的位移量，特別是“密貼”,、“爬行”兩間隙的變化關(guān)系到行車安全，是需要定時檢測和嚴格控制的關(guān)鍵部位,。

1道岔尖軌在列車通過時的狀態(tài)

開通方向的尖軌與基本軌內(nèi)側(cè)應緊密貼實,，對出現(xiàn)間隙的大小稱之為“密貼變量”。當列車通過時表示桿自由端的軸向竄動量遠不止表示缺口所允許存在的間隙,，“缺口間隙”與“尖軌密貼間隙”的關(guān)系并不緊密對應,。實際執(zhí)行的轉(zhuǎn)轍機表示缺口間隙檢查調(diào)整的規(guī)定，只是道岔轉(zhuǎn)轍時為保證轉(zhuǎn)轍機檢查柱順利落下及信號電路接通而設(shè)定的間隙,。

道岔的尖軌與基本軌垂直方向跳動明顯,，這種跳動和路基的好壞關(guān)系很大。高速鐵路無砟軌枕的這種現(xiàn)象遠小于普通路基,，小量的跳動不會影響尖軌密貼,、爬行間隙的變化。

高速鐵路道岔轉(zhuǎn)轍部分的長度有較大增加,，受列車牽引力和溫度等影響,，18號道岔日位移量可達30mm．預計全年需要監(jiān)測的范圍將達到±60mm。

在尖軌密貼檢測裝置試驗中觀察到裝置內(nèi)部機件意外斷裂,，其原因是基本軌固定裝置松動,，受列車沖擊的尖軌會以滑床板接觸處為軸心向密貼或斥離方向翻動，道岔的這種病態(tài)現(xiàn)象稱為“翻背”,，會引起密貼間隙瞬時改變,，需及時整修,。

受溫度變化和列車通過時沖擊的影響，尖軌發(fā)生多方向位移已是共識,，依靠經(jīng)驗大致給出尖軌是在“密貼”0~+4mm,；“爬行”120mm；“跳動”3mm,；合并“翻背”的范圍內(nèi)變動,。

2監(jiān)測尖軌密貼、爬行變化的重要性

檢測密貼的方法是測量第一牽引點（轉(zhuǎn)轍機與尖軌連接位置）尖軌與基本軌之間的間隙,，鐵道部標準規(guī)定該間隙必須小于+4mm,。達到+4mm轉(zhuǎn)轍機內(nèi)表示電路和密貼檢查器開關(guān)不得接通表示信號，禁止行車,。目前還沒有對該間隙連續(xù)變化進行檢測的手段,。

高速鐵路彎道曲率大，道岔尖軌部分很長,，轉(zhuǎn)轍需由多機牽引,，各牽引點間曲率變化不平順會造成列車晃動，關(guān)系乘客安全和乘坐舒適度評價,。鋼軌彎曲曲線是否平順也需要不間斷地連續(xù)監(jiān)測,。

由于尖軌軸線與轉(zhuǎn)轍機驅(qū)動軸初始安裝時“垂直”連接，尖軌爬行會使驅(qū)動軸心偏離“垂直”狀態(tài),，增加驅(qū)動和連接機構(gòu)的磨損,，影響轉(zhuǎn)轍。表示連接系統(tǒng)偏離軸線也減小了預留的表示缺口間隙,。極端時道岔無法正常轉(zhuǎn)轍,，影響信號鎖閉，所以同時對爬行進行監(jiān)測也是必須的,。

3檢測實時數(shù)據(jù)的意義

鐵路道岔尖軌密貼,、爬行變化數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測就是給道岔裝一個“黑匣子”，通過記錄一段時間的數(shù)據(jù)并比對分析其變化量,、規(guī)律,、趨勢，得出科學,、準確的結(jié)論,。

3.1爬行規(guī)律

受環(huán)境溫度影響，冬季氣溫最低時安裝的道岔,，日后記錄的爬行檢測數(shù)據(jù)都是向增“長”方向,，反之在夏季氣溫最高時安裝的道岔記錄數(shù)據(jù)是向縮“短”方向。只有根據(jù)記錄數(shù)據(jù)才可能得出該道岔爬行的“零點”位置,，分析爬行的規(guī)律,。

3.2預報道岔”病態(tài)“

通過一段時間記錄數(shù)據(jù)的變化,，判別道岔及附屬設(shè)備固定是否良好，連接系統(tǒng)與轉(zhuǎn)轍機軸線是否同軸,，各連接間隙是否超標,，可及時給出道岔“健康”預報。

3.3“計劃修”向“狀態(tài)修”管理模式轉(zhuǎn)變

根據(jù)不同的管理目標,，使用專用軟件將當前檢測數(shù)據(jù)與歷史記錄數(shù)據(jù)進行比對,，及時觀察變化趨勢、發(fā)現(xiàn)規(guī)律,，可為科學運營調(diào)度提供依據(jù),。維護工作也將從大面積作業(yè)的“計劃修”模式向目標明確、效率高的“狀態(tài)修”方式轉(zhuǎn)換,，并為分析道岔“病態(tài)”成因,、改進設(shè)計和科學管理提供依據(jù)。

4檢測方法的選擇

檢測方法有接觸測量與非接觸測量2種,，可按檢測裝置與受檢靶點間是否接觸來區(qū)分,，選擇何種方法受制于傳感器的性能。

4.1感應型傳感器

電感,、電容、電磁類感應型傳感器由于探測端保護層只能使用很薄的非金屬材料,，所以強度低,、易受電磁波、鐵磁體的干擾,。感應型傳感器線性檢出范圍一般小于10mm,，用于檢測密貼變化尚可，如用作爬行檢測需多傳感器組合,，其固定,、保護、一致性調(diào)整機構(gòu)會很復雜,。使用分立元件自行設(shè)計組合傳感器,，元件參數(shù)離散度大，傳感器性能,、穩(wěn)定程度難以保證,。

4.2反射型傳感器

激光、雷達,、超聲等反射型傳感器檢出范圍大,，可按需設(shè)定檢測范圍，用于爬行檢測,。反射型傳感器檢測精度受空氣溫度,、相對濕度,、氣壓變化的影響，不適應道岔野外雨,、雪,、冰、污物,、油污和強渦旋氣流的工作環(huán)境,。以每道岔定反位密貼、爬行檢測使用4只計算,，檢測,，主設(shè)備成本占比過高，在專用組合傳感器研發(fā)突破前無性價比優(yōu)勢,。

選用感應型或反射型傳感器都需另外加設(shè)防鐵磁,、電磁屏蔽、機械固定和保護裝置,，需專配設(shè)電源,、通信等設(shè)備，成本較高,。

4.3接觸式測量方法的優(yōu)勢

根據(jù)鐵路道岔工作環(huán)境,、安裝條件、檢測和精度等要求,，設(shè)計一裝置把尖軌運動分解,，合并固定、調(diào)整,、屏蔽裝置,，防水和防塵的保護結(jié)構(gòu)、供電,、數(shù)據(jù)傳遞功能等統(tǒng)一集成設(shè)計,，采用感應類傳感器的檢測儀其性價比會占優(yōu)勢，是在不斷實踐,、綜合考慮各種方案后確定的研發(fā)方向,。

5檢測儀安裝位置的選擇

（1）選擇最能代表牽引點間隙變化的部位。道岔與列車接觸最直接,、最關(guān)健,、最薄弱的部位是尖軌、心軌尖部,。

（2）多牽引點的道岔,。兩牽引點間的位置是最容易受列車離心力作用變形的部位。該處曲線是否平順影響乘客安全和乘坐舒適度評價,，是需要重點檢測的部位,。

（3）將檢測儀安裝在基本軌底,，直接檢測尖軌尖部與基本軌間的間隙，可不受轉(zhuǎn)轍機表示桿缺口間隙調(diào)整的影響,，對應關(guān)系準確,。上述部位沒有其他的鐵路設(shè)施設(shè)備，便于安裝檢測儀,，有利于設(shè)計儀器的防護,、安全裝置。檢測儀沒有長而復雜的連接系統(tǒng),，檢測關(guān)系直接,、簡單、穩(wěn)定,，受環(huán)境溫度影響小,。

6檢測數(shù)據(jù)的傳輸

6.1檢測數(shù)據(jù)處理方式的比較

（1）檢測數(shù)據(jù)實時發(fā)送至控制計算機處理，傳送數(shù)據(jù)量大,，對通信電路要求高,。

（2）列車通過時檢測儀暫時保存檢測數(shù)據(jù)，列車通過后再向控制計算機傳送,，數(shù)據(jù)量可大大減少,，對通信電路的性能要求相對低些。缺點是檢測儀內(nèi)部需要配備大容量內(nèi)存,，無法通過上位機實時觀察道岔密貼,、爬行動態(tài)變化。

6.2數(shù)據(jù)傳送方法

（1）利用鐵路站場道岔一組兩芯備用線載波通信方式傳遞,，最大的優(yōu)點是不用布線施工，但傳輸速度慢,，不穩(wěn)定,。有些站場道岔無備用線或已被占用。

（2）CAN通信方式的通信質(zhì)量高,，可滿足較大數(shù)據(jù)量的傳輸要求,，但需單獨鋪設(shè)4芯鎧裝帶屏蔽功能可直埋的通信電纜。

（3）無線通信方式無前兩項的顧慮,，但要考慮鐵路站場的電磁環(huán)境干擾,、傳輸距離、質(zhì)量和成本影響,。

（4）光纖網(wǎng)是理想的通信方法,，但系統(tǒng)構(gòu)建復雜，要考慮成本和某些限制,。

（5）采用多技術(shù)組合,，設(shè)計性能可靠,、相對工程量小、綜合成本低的通信方案,。

7現(xiàn)行密貼,，爬行檢測方法

西門子密貼檢查器（見圖1）和中國鐵路通信信號集團公司JM1型密貼檢查器（見圖2）是已在應用的密貼檢查設(shè)備。兩款產(chǎn)品均安裝在1,、2牽引點間基本軌底部或通過長連桿連接到軌外的獨立基座（見圖3）,。

原理和內(nèi)部功能都與轉(zhuǎn)轍機內(nèi)電接點機構(gòu)類似，只能對尖軌密貼是否“到位”給出“通”與“不通”的“開關(guān)”信號,，不能反映密貼時間隙0~+4mm的連續(xù)變化,、變動幅度和頻率。

由于密貼檢查器獨立于轉(zhuǎn)轍機安裝,，檢查器開關(guān)接點與轉(zhuǎn)轍表示電路串聯(lián),，起到了信號“冗余”和“雙保險”的作用，但圖1的長連桿受溫度變化影響,，圖2結(jié)構(gòu)易受尖軌爬行影響“通”,、“斷”信號的正確性。

使用固定于軌外的激光準直儀,、望遠鏡觀察固定在受查軌腰標尺光點的刻線位置,，來判定鋼軌縱向位移的變化程度。該方法是對道岔非“動態(tài)”觀察,。觀察設(shè)備并不永久固定,，人為視覺誤差大。測量時間,、頻度安排隨意,，不能自動工作，獲取的數(shù)據(jù)量十分有限,。要實現(xiàn)全路道岔,、日夜連續(xù)大數(shù)據(jù)量檢測是不可能的。

如在轉(zhuǎn)轍機內(nèi)表示桿缺口處安裝攝像頭觀察缺口變化,，但觀察結(jié)果同樣不能量化,、記錄，只說明缺口間隙在頻繁變化,。

8理想檢測儀模型

（1）為尖軌密貼,、爬行進行檢測而設(shè)計的專用儀器，其自身任何故障不得影響道岔正常動作,。

（2）符合中華人民共和國鐵道行業(yè)標準TB/T3200-2008《鐵路道岔密貼檢查器》規(guī)范和鐵道部運輸局運基信號[2003]49號《轉(zhuǎn)轍機表示缺口監(jiān)測報警系統(tǒng)技術(shù)條件》的要求,。

（3）為規(guī)避交叉干擾，儀器不附設(shè)于現(xiàn)有任何設(shè)備，首選非接觸檢測方法,。如采用接觸方法檢測,，儀器結(jié)構(gòu)應盡可能簡單．運動阻力要小，受環(huán)境溫差影響要小,。安裝方便,，調(diào)整簡單。

（4）能同時檢測,、記錄尖軌定,、反位密貼爬行的動態(tài)瞬時值。能自動檢出或消除尖軌跳動,、翻背現(xiàn)象對密貼,、爬行檢測結(jié)果的影響?？蛇m應電氣化鐵路站場電磁環(huán)境,。

（5）通信方式可靠、靈活,，施工工程量小,。計算機顯示界面符合鐵路標準，數(shù)據(jù)格式應符合微機監(jiān)測要求,。分析,、處理軟件齊全，使用便捷,。

9JM／P一2型鐵路道岔尖軌密貼爬行檢測儀

依照TB/T3200-2008《鐵路道岔密貼檢查器》,、TB/T2614-2005《轉(zhuǎn)轍機通用技術(shù)條件》、TB/T2613-2005《轉(zhuǎn)轍機試驗方法》和運基信號[2003]49號《轉(zhuǎn)轍機表示缺口監(jiān)測報警系統(tǒng)技術(shù)條件》設(shè)計了JM/P-2型鐵路道岔尖軌密貼爬行檢測儀（簡稱檢測儀）,，采用接觸測量方式,，外形結(jié)構(gòu)、安裝使用方式類似于其他檢測設(shè)備,，但增加了大范圍爬行檢測,，并采用了多功能一體化集成設(shè)計方式（見圖4）。

受檢點位發(fā)生爬行,、環(huán)境溫度變化不影響檢測結(jié)果，可適用有砟或無砟鐵路或城市軌道交通道岔的密貼和爬行檢測,。

檢測儀以卡鉗形式固定在道岔尖軌尖端第一枕前基本軌軌底（見圖5）,。通過連桿與安裝于尖軌上的可調(diào)整的“受檢點”相連。直接檢測尖軌與基本軌間間隙變化,，不受缺口調(diào)整影響,，一次安裝調(diào)整正確不再移動。檢測儀不影響道岔安裝融雪設(shè)備,，及時融雪可保證檢測儀正常工作,。

可檢出密貼0—8mm,、精度約0.3mm的變化，密貼間隙等于或超過4mm時報警,。爬行可檢出正負方向各60mm,、精度約1mm的變化。ZYJ-7等轉(zhuǎn)轍機尖軌是分動的,，尖軌斥離時必須鎖止,。

檢測儀使用24V直流電源，采用CAN通信方式與控制計算機通信,。計算機按時間順序,，記錄道岔開通方向和儲存檢測儀采集的密貼爬行數(shù)據(jù)，可按鐵路管理需求設(shè)計分析軟件,，自動對實時數(shù)據(jù)和記錄數(shù)據(jù)比較得出所需結(jié)果供決策使用,。

道岔尖軌工況監(jiān)測系統(tǒng)主界面（見圖6）根據(jù)不同車站繪制站場平面圖，通過鼠標雙擊道岔號可變換需要觀察的道岔,，在左下角圖形窗口實時顯示距離變化的連續(xù)曲線,，中下部窗口顯示精確距離值，圖7為309定位密貼,、爬行值均符合標準,，顯示2個綠燈，道岔位置同時給出定位指示,。

當密貼值超過1mm時,，鐵路道岔尖軌工況監(jiān)測報警畫面顯示見圖7。密貼顯示黃燈,，同時道岔定位表示消失,，如果在道岔轉(zhuǎn)換時間內(nèi)反位密貼值達到標準，道岔位置給出反位指示,，否則記錄表顯示定位警告,。

記錄表格式采用Access標準數(shù)據(jù)庫格式，可利用數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)分析,、圖表等工具對歷史數(shù)據(jù)進行設(shè)備變化趨勢分析,、故障統(tǒng)計等。

傳感器（見圖8）集成了密貼,、爬行,、溫度檢測和紅外接收模塊，配有CAN,、計算機程序?qū)懭牒屯ㄐ沤涌诘?，整體固化后安裝在可防鐵磁、電磁，抗腐蝕的保護體內(nèi)（見圖9）,。

用專為驗證設(shè)計的試驗臺模擬道岔尖軌密貼,、爬行、跳動,、翻背等動作,，用雙坐標儀檢測密貼、爬行位移值,，檢測值與該檢測儀數(shù)據(jù)對比,，密貼數(shù)據(jù)誤差0.4mm，爬行數(shù)據(jù)誤差2mm,。摩擦阻力導致的蠕動在靜態(tài)測試時明顯,，施加模擬過車振動測量誤差會減少50%。分析誤差由傳動系摩擦阻尼,、座標儀彈性位移和計算機慮波構(gòu)成,。檢測儀雖達到了同時檢測尖軌密貼、爬行的變化數(shù)據(jù)的設(shè)計功能,，但結(jié)構(gòu)還需進一步改進,。更需路試考核其實用性，期待實踐驗證的成功,。

10結(jié)束語

與轉(zhuǎn)轍機缺口檢測和密貼檢查器相比,，JM/P-2型鐵路道岔尖軌爬行檢測儀檢測更直接，檢測功能更強,，更及時可靠,。開發(fā)設(shè)計具有多種、多點,、多項,、多參數(shù)檢測功能的道岔工況狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)具有現(xiàn)實意義。通過微機監(jiān)測系統(tǒng)處理,，將道岔的任何變化記錄在案,，檢測結(jié)果記錄繪成變化曲線圖，給出道岔各檢測項目的變化趨向與趨勢,，自動比對設(shè)定的控制標準,，提前給出警示信號，為運營管理,、維護部門科學管理與決策提供依據(jù),。