第二节　钢轨表面伤损静态检测设备

钢轨表面伤损包括轨头侧磨、轨头垂直磨耗、钢轨波磨、轨头表面擦伤和剥离、轨头肥边、钢轨本身及接头或焊缝不平顺等。对钢轨表面伤损状态及早精确地检测，并采取相应的整治措施，对有效减小轮轨动力作用，提高行车平稳性和安全性以及延长钢轨使用寿命，均是非常必要的。

目前钢轨表面伤损检测的主要仪器包括钢轨磨耗检测装置、钢轨波磨检测仪等。

一、钢轨侧磨和垂磨检测设备

随着铁路高速、重载和高密度运输的不断发展，钢轨的磨耗日益严重。曲线地段钢轨头部磨耗是铁路干线钢轨失效的主要原因，尤其是小半径曲线外轨的侧面磨耗直接决定了其使用寿命。钢轨磨耗到一定程度会造成轨距增大，使车体振动或晃动加大，影响行车安全。当磨耗超过一定限度时，需要及时地对钢轨进行更换或打磨，因此及时而准确地检测钢轨的磨耗状况是必要的。进一步，可利用钢轨磨耗检测数据估计钢轨的磨耗寿命，预测钢轨的使用时间，适时合理地安排更换或打磨钢轨。

图2-10所示是钢轨头部经磨耗后的典型断面形状，钢轨头部磨耗分为顶面磨耗（或垂直磨耗）W1和内侧面磨耗（或侧面磨耗）W2。根据磨耗后轨头廓形的特点及传感器的测量原理，我国主要采用机械接触式手工检测和光学系统非接触检测两大类方法。

1.机械接触式钢轨测磨仪

机械接触式钢轨测磨仪有针式、游标式磨耗检测仪（图2-11和图2-12）和滚轮接触式测磨仪（图2-13）。该类检测仪原理简单、使用方便，但有些仪器测量数据误差较大，测试数据不利于计算机分析管理。

针式磨耗检测仪有2针、9针、23针之分，在一设定基准上、间隔一定距离、按一定角度分布着若干个小型游标尺，可测量轨头上各个角度的磨耗量。

滚轮接触式测磨仪可测量轨头断面的轮廓形状，采用平行四边形原理，在平行四边形的一个角附近设置一个滚动小轮，小轮沿轨头周边滚动，在平行四边形的对角附近设一画笔，小轮沿轨头周边滚动的过程中，画笔即在纸上连续地画出轨头轮廓线。图2-13所示的是MiniProf钢轨断面接触测量装置，测量装置与轨头磁性接触，可以测量不同轨道类型的钢轨断面，也可测量辙岔或交叉处带凹槽的钢轨断面。

2.光学系统非接触式钢轨测磨仪

非接触磨耗检测系统基于激光三角测量原理，采用光取断面技术实现对钢轨磨耗的非接触测量。其测试原理见图2-14，激光光束以一定的角度投射到钢轨上（轨面至内侧轨腰），在钢轨表面和内侧轨腰上形成一条光带，此光带为激光光束与钢轨的交线。面阵CCD安装在与光束成一定角度的位置上，对光带进行摄像，影像的信息经处理后形成具有影像边界的钢轨轮廓。处理系统将钢轨轮廓数字化，识别出轨形，再将它与标准轨形比较，就可得出磨耗值，见图2-15。

目前开发使用的光学系统非接触式钢轨测磨仪是测量精度高、携带使用方便的轨头磨耗智能检测系统。

二、钢轨平顺性及波磨检测设备

钢轨平顺性直接影响轨道的平顺性，钢轨高低不平顺主要包括长波和短波（或脉冲）不平顺。长波不平顺以10m弦基长采用手工、轨道检查仪或轨检车测量。短波不平顺包括钢轨波磨、钢轨接头不平顺、焊缝不平顺、轨头剥离掉块以及擦伤等，会造成轮轨动力作用的显著增大及轨道车辆设备的剧烈振动与破坏，针对钢轨短波不平顺也开发有一系列的检测设备。

钢轨波形磨耗是指钢轨顶面出现波浪状的不均匀磨耗，是引起轮轨相互作用力变化、产生轮轨噪声的主要原因之一。随着高速、重载的发展，钢轨波磨日益严重，加剧了轨道结构部件的伤损和轨道状态的恶化，影响线路设备的使用寿命，甚至危及行车安全。我国钢轨波磨波长范围主要在200～600mm，主要出现在重载线路上，客运专线因运营时间较短，其上可能出现的波磨及其特点尚需观察。对钢轨波磨的科学量测可为钢轨打磨计划的制定提供科学依据，从而经济合理地使用维修费用。

对钢轨波磨等不平顺，以往通常采用直尺和塞尺进行测量。塞尺厚度级差为0.1～1.0mm不等，可随意组合成各种厚度。直尺通常是不易变形的钢尺，长度约为50～120cm。在钢轨顶部放置直尺，在波磨波谷或低接头处试塞各种厚度的塞尺。这种检测方法的精度低，但简便易行且能满足生产需要。

钢轨平直度测量仪（图2-16）是目前使用的较为精确的静态测量钢轨平顺性及波磨检测设备。

钢轨平直度测量仪适用于测量钢轨焊补、接头以及绝缘轨接头的平顺度。钢轨平直度测量仪采用非接触测量方法，利用嵌入式系统、激光CCD三角测距技术，实现对钢轨平直度的实时检测。其非接触型测量方式可同时测量垂直和水平两个方位的平顺度情况，可对钢轨的垂直面的磨损程度进行评估。由于在测量过程中采用了重叠法，该设备具备的钢轨磨损测量长度可超过设备本身的长度。所以，该测量仪不仅可用于0.03～0.3m短距离波形范围的钢轨磨损情况评估，也可用于1～3m较长距离波形范围的钢轨磨损情况评估。测量系统具有成本低、重量轻、界面友好、便于工人操作等优点。

钢轨平直度测量仪配备便携式电脑，可直接查看检测数据，有波形显示、数据显示等多种界面，操作方便。测量仪还有超限报警、与台式机通信、进行报表打印等功能。报表及其图形有多种格式可选，图形可显示高低和当前弦长内的实际轨形（弦长1、3、5、10m可选），报表也可只选择超限部分。

钢轨平直度测量仪的高低测量范围为±100mm，示值误差为±0.1mm，里程测量范围为0～15km。

钢轨波磨测量仪（Corrugation Analysis Trolley，CAT）是一款用于测量和分析钢轨表面纵向不平顺度的专用设备（图2-17），该设备的特点是能在长距离上迅速、大量和高精度地采集钢轨纵向不平顺度数据，并有相应软件进行数据分析。垂向精度～0.01μm，具有测量钢轨表面噪声级粗糙度的能力。垂向量程±5mm，具有分析软件集成绘图、滤波、频谱分析和数据比较等功能。