轨道平顺度检测方法对于检测精度的影响及分析

李宝宗

(呼和浩特铁路局科研所,呼和浩特 010020)

轨道平顺度检测方法对于检测精度的影响及分析

李宝宗

(呼和浩特铁路局科研所,呼和浩特 010020)

为提高轨道几何尺寸检测精度并改进检测设备提供给相关技术人员一种新的理论依据,根据两种不同轨道平顺度检测方法的工作原理,通过现场测量及反复试验,分析两种检测方法与检测数据之间的关系,总结出不同轨道平顺度检测方法对于检测数据的影响,同时指出两种检测方法在实际应用中各自的局限性。最终得出影响检测精度的主要因素以及两种轨道平顺度检测方法使用中应该注意的问题。

轨道平顺度;理论依据;检测方法;检测精度

轨道平顺度是指两根钢轨在竖直和水平方向与钢轨理想位置的尺寸偏差,对运行的列车是一种外部激扰,是产生机车车辆振动的主要根源。轨道平顺度检测是机车车辆与轨道系统动力分析的重要资料,也是机车车辆、轨道设计、养护和质量评估的重要手段[1- 2]。

目前,国内进行平顺度检测主要采用大型轨检车、激光长弦检测仪以及轨道平顺度激光检测仪等设备,但这些设备要么结构复杂、使用成本高,不适合铁路工务部门日常维护铁道线路时使用,要么存在测量方法繁琐、测量精度低的缺点[3]。在所有平顺度检测设备中既具备良好的测量精度又便于使用和操作的检测仪器主要分为两类:第一类是采用专用道尺和水平标尺配合使用全站仪和电子水准仪进行测量的设备,如TCRA1201型全站仪等[4];第二类是在轨道小车上配备全站仪或激光收发装置进行测量的检测仪,采用轨检小车进行轨道的几何状态检测是一项新技术,主要包括GRP1000检测系统、激光长弦检测仪等[5]。

1 两种测量方式的原理及差异

在使用第一类设备进行轨道平顺度检测时,检测设备(如道尺)与被测点直接接触;第二类设备均装配轨道小车,检测时测量设备(如激光靶)与被测点对齐,但与轨道直接接触的不是测量设备而是轨道小车的车轮。由于两类设备测量方式的原理不同,实际使用当中会造成检测数据的差异[6]。

1.1 第一类测量方式

以使用全站仪(TCRA1201,精度为1 km范围内±5 mm)和电子水准仪(精度为1 km范围内±0.3 mm)进行测量为例,图1所示为某工务段测量队使用全站仪和电子水准仪进行检测,检测间距为5 m,检测时间约为30 min。

图1 使用道尺配合全站仪进行检测

测量队首先在信号机平台架设定位棱镜,并通过全站仪找寻定位棱镜的位置确定坐标,此时1名测量人员将迷你棱镜放置在两条钢轨上方的道尺中点位置,全站仪通过找寻棱镜的位置计算出轨道水平方向的位移量,各测量点依次进行。道尺直接放置于轨道各个测量点上方。

使用全站仪测量完水平方向的位移后,测量人员又使用电子水准仪测量了面向大里程右侧钢轨的高程。首先由1名测量人员在轨道一侧的坡道处架设好电子水准仪,之后另一名测量人员依次在轨道测量点位置摆放水准标尺,依据水平气泡找平后,通过电子水准仪读取(机器读取)条形码刻度确定该点的高程。水准标尺直接放置于轨道各个测量点上方。

1.2 第二类测量方式

以使用轨道平顺度激光检测仪(精度为100 m范围内±1.5 mm)进行测量为例[7],如图2所示,对同一段线路进行检测,检测间距为5 m,检测时间30 min。

图2 使用轨道平顺度激光检测仪进行检测

试验人员首先将激光发射装置固定在距离被测钢轨零点位置,然后将轨道小车放置于100 m测量点,通过经纬仪将激光光斑调至靶面中心位置后,开始读取数据,之后面向零点位置推动小车,依次读取各测量点的试验数据。靶面位置与被测点对齐,前后轮距离被测点约0.4 m。

2 试验数据对比

在相同轨道相同测量点(100 m线路5 m间距)分别使用两种测量方式对轨道进行平顺度检测,检测数据对比如图3、图4所示。

图3 检测数据对比图表(水平)

图4 检测数据对比图表(高程)

从检测数据对比图中可以看出,使用第一类测量方式与第二类测量方式检测数据线形基本吻合,数据跟随性很好,但是也有些测量点的差值较大,如水平方向25 m测量点最大差值就达到5.08 mm。

3 两种测量方式对于测量数据的影响及分析

造成两种检测结果差距较大的原因,经反复试验及分析,除了设备误差、人为因素外,主要是由于测量方法不同而造成的[8-9]。第一类测量方式使用道尺和水平标尺放置于测量点上然后再通过全站仪和电子水准仪进行测量,其实际测量位置与测量点一致,如图5所示。

图5 道尺直接放置于测量点

使用轨道小车的第二类测量方式在使用过程中与测量点对齐的是目标靶的靶面位置,实际上检测仪与轨面接触的位置是前后承重轮,两个轮子分别距离测量点约0.4 m的距离。如果遇到轨道磨损较大或者轨道接头的位置,两种测量方法的不同就会造成较大的差距。

如图6所示,在相同测量轨道25 m测量点紧挨轨道接头,而其中一侧轨道磨损非常严重,仅凭肉眼就可看到磨损痕迹。根据反复测量,25 m测量点与25 m-0.4 m的前轮接触点有高达4.1 mm的差值。第一类测量方式的检测数据仅为25 m测量点的有效值,而第二类测量方式实际上是反映了前后轮与轨道接触点的检测数据,并不能确定测量点这一个点的有效值。前后轮0.8 m的距离,如果在轨道较好的线路,数据的变化应该是很小的,但如果轨道磨损严重这种数据的差距就会变得很大。

图6 25 m测量点现场

4 结论

根据两种不同检测方法对检测数据的影响和分析,可知除设备误差及人为因素外,影响检测精度主要的因素是承载测量基准的附属结构,在第一类检测设备中测量基准是棱镜,承载测量基准的附属结构为道尺,第二类检测设备中测量基准是靶面中心位置,承载测量基准的附属结构为轨道小车[10-11]。

第一类测量方法虽然可以准确地测出每个测量点的平顺度数值,但如果将25 m测量点的位置向前移动0.4 m其数值就会增加4.1 mm,显然此方法在实际使用中存在较大的局限性,除非测量点的密度足够大,否则这种测量的局限性一定不会消失。

为了保证检测精度,在使用两种检测方法时要注意以下2点。

(1)在条件允许的情况下,尽可能地增大测量点密度。

(2)当测量点为轨道接头或轨道磨损较严重的部分应特别注意检测数值,该数值极可能受到承载测量基准的附属结构影响而失真。

作为目前使用非常广泛的两种轨道平顺度检测方法,它们在工作中都具备良好的使用效果,一般来说同一路段的检测数据差异不大,如果出现较大差值或者线路状况较差的情况,技术人员可以根据本文的论述对检测结果进行分析和改进。此外,必须要说明的是检测方法不同造成检测数据的较大差异仅存在于线路状况差的情况[12],在高等级线路或线路状况非常好的情况下,无论哪种检测方法它们之间检测数据的差异都会非常小。

[1] 刘学毅.铁路工务检测技术[M].北京:中国铁道出版社,2011.

[2] 梁瑶,蒋楚生.基于轨道不平顺性的高速铁路路基结构动力响应分析[J].铁道标准设计,2012(12):12-13.

[3] 高春雷,王发灯.利用激光准直技术检测线路的长波不平顺[J].铁道建筑,2009(1):81-85.

[4] 祁宝金.钢轨平直度测量仪的研制[J].机械工程师,2010(8): 115-117.

[5] 张勇,田林亚,等.轨检小车用于高速铁路轨道几何状态检测的关键问题研究[J].铁道标准设计,2013(5):5-9.

[6] 吉林.钢轨不平顺度激光检测仪精度影响因素及其处理方法的研究[J].铁道建筑,2003(5):35-38.

[7] 欧燕强.GPJ-A01型轨道平顺度激光检测仪在轨道病害整治中的应用[J].科学之友,2013(4):23-24.

[8] 全顺喜.几何不平顺对道岔区轮轨接触几何关系的影响[J].铁道标准设计,2013(3):17-22.

[9] 徐科,杨朝霖.基于激光线光源的钢轨表面缺陷三维检测方法[J].机械工程学报,2010(8):1-5.

[10]成都铁路局重庆培训基地.工务安全与应急处理[M].北京:中国铁道出版社,2008.

[11]黄林,辜晓薇,等.两种轨下垫板对行车平顺度影响现场试验研究[J].铁道建筑,2013(11):113-116.

[12]苗伯新.高速铁路无砟轨道铺设平顺度控制浅析[J].安徽建筑, 2009(1):71-73.

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

呼和浩特铁路局重大科研项目(2012A017)

李宝宗(1983—),男,工程师,2011年毕业于内蒙古工业大学机械工程专业,工学硕士,E-mail:82424883@qq.com。