軌道平順度檢測方法對于檢測精度的影響及分析

李寶宗

(呼和浩特鐵路局科研所,呼和浩特 010020)

軌道平順度檢測方法對于檢測精度的影響及分析

李寶宗

(呼和浩特鐵路局科研所,呼和浩特 010020)

為提高軌道幾何尺寸檢測精度并改進(jìn)檢測設(shè)備提供給相關(guān)技術(shù)人員一種新的理論依據(jù),根據(jù)兩種不同軌道平順度檢測方法的工作原理,通過現(xiàn)場測量及反復(fù)試驗(yàn),分析兩種檢測方法與檢測數(shù)據(jù)之間的關(guān)系,總結(jié)出不同軌道平順度檢測方法對于檢測數(shù)據(jù)的影響,同時(shí)指出兩種檢測方法在實(shí)際應(yīng)用中各自的局限性。最終得出影響檢測精度的主要因素以及兩種軌道平順度檢測方法使用中應(yīng)該注意的問題。

軌道平順度;理論依據(jù);檢測方法;檢測精度

軌道平順度是指兩根鋼軌在豎直和水平方向與鋼軌理想位置的尺寸偏差,對運(yùn)行的列車是一種外部激擾,是產(chǎn)生機(jī)車車輛振動(dòng)的主要根源。軌道平順度檢測是機(jī)車車輛與軌道系統(tǒng)動(dòng)力分析的重要資料,也是機(jī)車車輛、軌道設(shè)計(jì)、養(yǎng)護(hù)和質(zhì)量評估的重要手段[1- 2]。

目前,國內(nèi)進(jìn)行平順度檢測主要采用大型軌檢車、激光長弦檢測儀以及軌道平順度激光檢測儀等設(shè)備,但這些設(shè)備要么結(jié)構(gòu)復(fù)雜、使用成本高,不適合鐵路工務(wù)部門日常維護(hù)鐵道線路時(shí)使用,要么存在測量方法繁瑣、測量精度低的缺點(diǎn)[3]。在所有平順度檢測設(shè)備中既具備良好的測量精度又便于使用和操作的檢測儀器主要分為兩類:第一類是采用專用道尺和水平標(biāo)尺配合使用全站儀和電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行測量的設(shè)備,如TCRA1201型全站儀等[4];第二類是在軌道小車上配備全站儀或激光收發(fā)裝置進(jìn)行測量的檢測儀,采用軌檢小車進(jìn)行軌道的幾何狀態(tài)檢測是一項(xiàng)新技術(shù),主要包括GRP1000檢測系統(tǒng)、激光長弦檢測儀等[5]。

1 兩種測量方式的原理及差異

在使用第一類設(shè)備進(jìn)行軌道平順度檢測時(shí),檢測設(shè)備(如道尺)與被測點(diǎn)直接接觸;第二類設(shè)備均裝配軌道小車,檢測時(shí)測量設(shè)備(如激光靶)與被測點(diǎn)對齊,但與軌道直接接觸的不是測量設(shè)備而是軌道小車的車輪。由于兩類設(shè)備測量方式的原理不同,實(shí)際使用當(dāng)中會造成檢測數(shù)據(jù)的差異[6]。

1.1 第一類測量方式

以使用全站儀(TCRA1201,精度為1 km范圍內(nèi)±5 mm)和電子水準(zhǔn)儀(精度為1 km范圍內(nèi)±0.3 mm)進(jìn)行測量為例,圖1所示為某工務(wù)段測量隊(duì)使用全站儀和電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行檢測,檢測間距為5 m,檢測時(shí)間約為30 min。

圖1 使用道尺配合全站儀進(jìn)行檢測

測量隊(duì)首先在信號機(jī)平臺架設(shè)定位棱鏡,并通過全站儀找尋定位棱鏡的位置確定坐標(biāo),此時(shí)1名測量人員將迷你棱鏡放置在兩條鋼軌上方的道尺中點(diǎn)位置,全站儀通過找尋棱鏡的位置計(jì)算出軌道水平方向的位移量,各測量點(diǎn)依次進(jìn)行。道尺直接放置于軌道各個(gè)測量點(diǎn)上方。

使用全站儀測量完水平方向的位移后,測量人員又使用電子水準(zhǔn)儀測量了面向大里程右側(cè)鋼軌的高程。首先由1名測量人員在軌道一側(cè)的坡道處架設(shè)好電子水準(zhǔn)儀,之后另一名測量人員依次在軌道測量點(diǎn)位置擺放水準(zhǔn)標(biāo)尺,依據(jù)水平氣泡找平后,通過電子水準(zhǔn)儀讀取(機(jī)器讀取)條形碼刻度確定該點(diǎn)的高程。水準(zhǔn)標(biāo)尺直接放置于軌道各個(gè)測量點(diǎn)上方。

1.2 第二類測量方式

以使用軌道平順度激光檢測儀(精度為100 m范圍內(nèi)±1.5 mm)進(jìn)行測量為例[7],如圖2所示,對同一段線路進(jìn)行檢測,檢測間距為5 m,檢測時(shí)間30 min。

圖2 使用軌道平順度激光檢測儀進(jìn)行檢測

試驗(yàn)人員首先將激光發(fā)射裝置固定在距離被測鋼軌零點(diǎn)位置,然后將軌道小車放置于100 m測量點(diǎn),通過經(jīng)緯儀將激光光斑調(diào)至靶面中心位置后,開始讀取數(shù)據(jù),之后面向零點(diǎn)位置推動(dòng)小車,依次讀取各測量點(diǎn)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。靶面位置與被測點(diǎn)對齊,前后輪距離被測點(diǎn)約0.4 m。

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比

在相同軌道相同測量點(diǎn)(100 m線路5 m間距)分別使用兩種測量方式對軌道進(jìn)行平順度檢測,檢測數(shù)據(jù)對比如圖3、圖4所示。

圖3 檢測數(shù)據(jù)對比圖表(水平)

圖4 檢測數(shù)據(jù)對比圖表(高程)

從檢測數(shù)據(jù)對比圖中可以看出,使用第一類測量方式與第二類測量方式檢測數(shù)據(jù)線形基本吻合,數(shù)據(jù)跟隨性很好,但是也有些測量點(diǎn)的差值較大,如水平方向25 m測量點(diǎn)最大差值就達(dá)到5.08 mm。

3 兩種測量方式對于測量數(shù)據(jù)的影響及分析

造成兩種檢測結(jié)果差距較大的原因,經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)及分析,除了設(shè)備誤差、人為因素外,主要是由于測量方法不同而造成的[8-9]。第一類測量方式使用道尺和水平標(biāo)尺放置于測量點(diǎn)上然后再通過全站儀和電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行測量,其實(shí)際測量位置與測量點(diǎn)一致,如圖5所示。

圖5 道尺直接放置于測量點(diǎn)

使用軌道小車的第二類測量方式在使用過程中與測量點(diǎn)對齊的是目標(biāo)靶的靶面位置,實(shí)際上檢測儀與軌面接觸的位置是前后承重輪,兩個(gè)輪子分別距離測量點(diǎn)約0.4 m的距離。如果遇到軌道磨損較大或者軌道接頭的位置,兩種測量方法的不同就會造成較大的差距。

如圖6所示,在相同測量軌道25 m測量點(diǎn)緊挨軌道接頭,而其中一側(cè)軌道磨損非常嚴(yán)重,僅憑肉眼就可看到磨損痕跡。根據(jù)反復(fù)測量,25 m測量點(diǎn)與25 m-0.4 m的前輪接觸點(diǎn)有高達(dá)4.1 mm的差值。第一類測量方式的檢測數(shù)據(jù)僅為25 m測量點(diǎn)的有效值,而第二類測量方式實(shí)際上是反映了前后輪與軌道接觸點(diǎn)的檢測數(shù)據(jù),并不能確定測量點(diǎn)這一個(gè)點(diǎn)的有效值。前后輪0.8 m的距離,如果在軌道較好的線路,數(shù)據(jù)的變化應(yīng)該是很小的,但如果軌道磨損嚴(yán)重這種數(shù)據(jù)的差距就會變得很大。

圖6 25 m測量點(diǎn)現(xiàn)場

4 結(jié)論

根據(jù)兩種不同檢測方法對檢測數(shù)據(jù)的影響和分析,可知除設(shè)備誤差及人為因素外,影響檢測精度主要的因素是承載測量基準(zhǔn)的附屬結(jié)構(gòu),在第一類檢測設(shè)備中測量基準(zhǔn)是棱鏡,承載測量基準(zhǔn)的附屬結(jié)構(gòu)為道尺,第二類檢測設(shè)備中測量基準(zhǔn)是靶面中心位置,承載測量基準(zhǔn)的附屬結(jié)構(gòu)為軌道小車[10-11]。

第一類測量方法雖然可以準(zhǔn)確地測出每個(gè)測量點(diǎn)的平順度數(shù)值,但如果將25 m測量點(diǎn)的位置向前移動(dòng)0.4 m其數(shù)值就會增加4.1 mm,顯然此方法在實(shí)際使用中存在較大的局限性,除非測量點(diǎn)的密度足夠大,否則這種測量的局限性一定不會消失。

為了保證檢測精度,在使用兩種檢測方法時(shí)要注意以下2點(diǎn)。

(1)在條件允許的情況下,盡可能地增大測量點(diǎn)密度。

(2)當(dāng)測量點(diǎn)為軌道接頭或軌道磨損較嚴(yán)重的部分應(yīng)特別注意檢測數(shù)值,該數(shù)值極可能受到承載測量基準(zhǔn)的附屬結(jié)構(gòu)影響而失真。

作為目前使用非常廣泛的兩種軌道平順度檢測方法,它們在工作中都具備良好的使用效果,一般來說同一路段的檢測數(shù)據(jù)差異不大,如果出現(xiàn)較大差值或者線路狀況較差的情況,技術(shù)人員可以根據(jù)本文的論述對檢測結(jié)果進(jìn)行分析和改進(jìn)。此外,必須要說明的是檢測方法不同造成檢測數(shù)據(jù)的較大差異僅存在于線路狀況差的情況[12],在高等級線路或線路狀況非常好的情況下,無論哪種檢測方法它們之間檢測數(shù)據(jù)的差異都會非常小。

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The Impact of the Measurement Method of Track Regularity on Measurement Precision

LI Bao-zong
(Hohhot Railway Bureau Scientific&Technological Research Institute,Hohhot 010020,China)

A new theoretical basis is provided to the relevant technical staff to improve the precision and equipment for measurement of track geometry.According to the principles of different methods for measurement of track regularity,and the analysis of the relationship between the measurement methods and field measurement data in extensive tests,this paper summarizes the affects of measurement methods on the measurement data,and addresses the limitations of the two methods in their practical applications. Finally,the main factors affecting the accuracy of measurement and some of the issues involved in the applications are presented.

Track regularity;Theoretical basis;Measurement method;Measurement precision

U216.3

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.12.011

1004-2954(2014)12-0045-03

2014-02-24;

2014-03-17

呼和浩特鐵路局重大科研項(xiàng)目(2012A017)

李寶宗(1983—),男,工程師,2011年畢業(yè)于內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程專業(yè),工學(xué)碩士,E-mail:82424883@qq.com。