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1、钢轨裂纹及断轨检测方法调研报告在铁路运输系统中，钢轨起着支撑列车和引导车辆车轮前进的作用。如果出现钢轨断裂将有可能造成列车出轨、倾覆等重大行车安全事故，造成人员伤亡和巨额财产损失。因此钢轨伤损检测越来越受到人们的重视。表1所示为近些年由于钢轨断裂造成的列车行车事故。表1近些年钢轨断裂造成的列车行车事故时间地点伤损情况2001年3月18日美国爱荷华州钢轨断裂引起列车脱轨，造成1人死亡96人受伤2007年10月17日伦敦钢轨断裂引发列车脱轨，造成4人死亡、70人受伤、4人重伤2009年4月7日河北野三坡钢轨断裂导致6节车厢脱轨同时，随着国家高速铁路和重载铁路的发展，
2、钢轨受到挤压和冲击的程度越来越大，钢轨发生损伤的概率也在提高。因此，为保证高速铁路和重在铁路的运营安全性，钢轨裂纹检测成为铁路运营部门十分重视的事情。目前，钢轨的主要检测方式分为周期性探伤检测和实时断轨监测。周期性钢轨探伤检测包括人工巡轨检测、大型钢轨探伤车、漏磁信号、涡流探伤、激光超声、图像处理等；实时断轨监测技术包括轨道电路实时断轨检测技术、牵引回流实时断轨检测技术、光纤实时断轨检测技术和超声波实时断轨监测技术等。1周期性检测技术周期性检测技术就是定期对钢轨进行检测，国内外都针对不同轨道、不同检测设备制定了检测周期和检测作业标准。总体上说，周期性检测设备精确
3、度高，能及时发现钢轨早期裂纹，以避免发生重大交通事故；但是它需要占用较多天窗时间。1.1探伤小车中国铁路广泛使用的是钢轨探伤小车，它将小型超声波钢轨探伤仪装在特制的手推车上，如Error!Referencesourcenotfound.所示。通过人工手推进行钢轨损伤的检测，它耗费大量人力物力、检查结果主观性强、检查周期长、效率低下、速度慢，无法做到对钢轨伤损情况实时检测，不能适应于我国日益发展的高速铁路事业[[]史宏章,任远,张友鹏,等.国内外断轨检测技术发展的现状与研究[J].铁道运营技术,2010,16(4):1-7-[]杨东晓,雷敬文,方振欢,等.钢轨小型
4、自动探伤车及其拓展平台[J].科研探索与知识创新,2011,6:108-109]。近年来，随着钢轨裂纹导致脱轨事故的频发，为了加强钢轨安全监测，欧美也开始研发使用这种便携式钢轨探伤仪[[]ClarkR..RailFlawDetection:Overviewandneedsforfuturedevelopments[J].IndependentNondestructiveTestingandEvaluation,2004,37:111-118]。由于超声波探伤技术比较成熟，成本比较低，且随着科技的发展，以前只有大型探伤车才具备的A/B超同屏显示、鱼鳞纹下核伤判别、
5、探伤数据储存、探伤作业信息记录、探伤数据计算机管理等五大功能正移植到探伤小车身上，在各钢轨探伤仪器生产商当中，超声探伤小车倍受青睐。图1手推式钢轨探伤车结构示意图1.2大型钢轨探伤车大型钢轨探伤车系统由高速轮探头，超声发生装置，探头自动对中伺服装置，以及伤损信号处理等系统组成。其原理是，装有超声探头组的高速探轮在钢轨上滚动，超声发生接收器组合探头向钢轨发出连续超声脉冲波束，连续波束通过耦合液及探轮橡胶轮壁到达钢轨内，如无损伤存在，波束到达钢轨底面后依原路返回探头，得到底波；如有损伤，则底波前出现一个伤损波，底波降低或消失[[]祝连庆,孙军华,董明利,等.钢轨高速
6、探伤系统的研究[J].仪器仪表报,2002,23(3):119-121]。我国铁道部门为了提高钢轨伤损的检出率，推动钢轨维护设备的进步，从1989年开始从美国引进大型钢轨探伤车，并由宝鸡工程机械厂实现国产化制造。经过20余年的集成创新研究，发展了GJ-3，GJ-4，GJ-5三种类型；其中，GJ-4、GJ-5型检测设备已成为我国既有线路轨道状态监控的主要手段，最高检测速度达到200km/h，其自动分辨为：钢轨头部横向疲劳裂纹(核伤)，不小于直径5mm平底孔当量；螺栓孔裂纹及腰部斜裂纹，长度不小于10mm；钢轨纵向水平裂纹，长度不小于10mm；探轮自动对中精度小于1
7、mm[2,[]陈东生,田新宇.中国高速铁路轨道检测技术发展[J].铁道建筑,2008,12:82-86]。图2大型钢轨探伤车该技术对检测钢轨疲劳裂纹和其它内部缺陷具有灵敏度高、检测速度快、定位准确等优点[[]彭良武,黄信基.高速铁路基础设施的检测（一）[J].铁道勘测与设计,2008,6:22-2]。但是常规的超声波钢轨检测使用的是压电传感器。压电传感器与轨顶连接，同时将超声轮或滑板注满水或其他耦合液。此种方法的最大缺点是，浅表面裂缝（剥落）可能会遮掩钢轨内部存在的横向缺陷[[]宋文伟译.美国联邦铁路局研究结果.钢轨缺陷在线高速检测[J].西铁科技,2008,8
8、]。而且造价过高、维护要
