道岔尖軌降低值測(cè)量?jī)x的研制與應(yīng)用

游彥輝，高春雷，王發(fā)燈

(中國(guó)鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所，北京100081)

道岔尖軌降低值測(cè)量?jī)x的研制與應(yīng)用

游彥輝，高春雷，王發(fā)燈

(中國(guó)鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所，北京100081)

道岔尖軌及心軌降低值不良會(huì)引起列車通過(guò)時(shí)晃車和軌件非正常磨耗。本文分析了國(guó)內(nèi)外測(cè)量道岔尖軌及心軌降低值設(shè)備的現(xiàn)狀，介紹了型號(hào)為JCY-30的尖軌降低值測(cè)量?jī)x。該測(cè)量?jī)x可以測(cè)量高鐵道岔尖軌相對(duì)基本軌的降低值及心軌相對(duì)翼軌的降低值，測(cè)量精度達(dá)到0.1 mm，替代了傳統(tǒng)的效率低下的測(cè)量方式，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)在尖軌和心軌降低值測(cè)量設(shè)備上的空白。

降低值 測(cè)量?jī)x 尖軌

1 概述

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)道岔維護(hù)情況分析，尖軌降低值不良可造成列車在通過(guò)道岔尤其是順向過(guò)岔時(shí)輪軌接觸在從尖軌到基本軌過(guò)渡時(shí)不平穩(wěn)，軌道承受的壓力沒有平穩(wěn)過(guò)渡，運(yùn)行過(guò)程中形成輪徑差從而導(dǎo)致列車晃車，并造成道岔鋼軌光帶不良和軌件非正常磨耗，影響道岔使用壽命和列車運(yùn)行的平穩(wěn)性。列車速度越高，降低值不良的影響就越明顯。此外，無(wú)論是長(zhǎng)心軌還是短心軌，心軌降低值不良將導(dǎo)致車輪通過(guò)道岔區(qū)時(shí)輪軌之間形成的軌道垂向不平順波幅更大、壓力過(guò)渡更不平順，從而影響列車運(yùn)行的平順性和旅客的舒適度。因此，為了改善輪岔的接觸特性和磨耗性能，合理的心軌降低值是十分重要的。

根據(jù)《高速鐵路無(wú)砟軌道線路維修規(guī)則(試行)》的規(guī)定，尖軌相對(duì)于基本軌降低值及心軌相對(duì)于翼軌的降低值偏差超過(guò)1 mm且對(duì)行車平穩(wěn)性有影響時(shí)，將對(duì)尖軌和心軌進(jìn)行修理或更換。因此，精確測(cè)量尖軌相對(duì)于基本軌降低值及心軌相對(duì)于翼軌降低值是十分必要的。

1.1 國(guó)外測(cè)量?jī)x器

國(guó)外主要使用以下三款產(chǎn)品:

1)瑞士Railmonitor軌道測(cè)量?jī)x。其采用了無(wú)接觸激光測(cè)量技術(shù)，可測(cè)量鋼軌輪廓、軌頭高度、打磨深度、軌距、水平、鋼軌半徑、環(huán)境溫度等。該儀器使用了彩色液晶監(jiān)測(cè)屏并提供了鋼軌打磨過(guò)程中所需全部參數(shù)的計(jì)算軟件。測(cè)試曲線實(shí)時(shí)顯示在彩色液晶監(jiān)測(cè)屏上并可保存在CF存儲(chǔ)卡中。

2)波蘭Graw軌道檢測(cè)儀。該設(shè)備可用于道岔維修，隨機(jī)贈(zèng)送的微機(jī)軟件可以產(chǎn)生各種道岔的橫斷面理論剖面，可以將測(cè)量的剖面與理論剖面進(jìn)行比較，也可以將不同時(shí)間測(cè)量的剖面資料加以比較。軟件的圖形處理功能有增加圖形尺寸，進(jìn)行標(biāo)示、縮放等。

3)丹麥生產(chǎn)的鋼軌輪廓測(cè)量?jī)x。其功能是對(duì)鋼軌輪廓進(jìn)行測(cè)量。

1.2 國(guó)內(nèi)測(cè)量?jī)x器

從山海關(guān)橋梁廠及武廣高速鐵路武漢橋工段、株洲工務(wù)段等6個(gè)工務(wù)段的調(diào)研情況來(lái)看，目前用于測(cè)量尖軌對(duì)基本軌的降低值、心軌相對(duì)于翼軌的降低值的主要工具還是很傳統(tǒng)的測(cè)量工具平尺、塞尺、高度尺，已不適應(yīng)我國(guó)高速鐵路的快速發(fā)展。

山海關(guān)橋梁廠在鋪設(shè)道岔時(shí)對(duì)尖軌相對(duì)基本軌的降低值使用的測(cè)量工具為平尺、鋼板尺、深度尺和塞尺，如圖1所示。

1.3 國(guó)內(nèi)外測(cè)量?jī)x器對(duì)比分析(表1)

表1 國(guó)內(nèi)外測(cè)量?jī)x器對(duì)比分析

雖然國(guó)外已有鋼軌輪廓測(cè)量?jī)x，但由于價(jià)格昂貴實(shí)用性差未能在我國(guó)推廣使用。因此，急需研制具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的道岔測(cè)量?jī)x器，滿足我國(guó)高速鐵路和客運(yùn)專線道岔鋪設(shè)、檢查和維修需求。

圖1 降低值測(cè)量方法

2 尖軌降低值測(cè)量?jī)x的功能及技術(shù)參數(shù)

2.1 功能需求

根據(jù)調(diào)研情況，對(duì)尖軌降低值測(cè)量?jī)x提出了以下功能需求:①對(duì)道岔尖軌各控制斷面相對(duì)基本軌的降低值進(jìn)行測(cè)量;②對(duì)道岔心軌各控制斷面相對(duì)翼軌的降低值進(jìn)行測(cè)量;③標(biāo)定初始值;④實(shí)時(shí)顯示測(cè)量數(shù)據(jù);⑤可以保存20組測(cè)量數(shù)據(jù)。

2.2 技術(shù)參數(shù)

測(cè)量行程:豎向-6～29 mm，橫向0～200 mm;

分辨率:0.01 mm;

測(cè)量誤差:±0.2 mm;

待機(jī)時(shí)間:8 h;

線性誤差:±0.5%;

工作溫度:-20～50℃;

質(zhì)量:尺體3.1 kg;支腿1.6 kg;

外形尺寸:1 550 mm×120 mm×140 mm。

3 測(cè)量原理及技術(shù)方案

3.1 測(cè)量原理

基于自恢復(fù)型線性位移傳感器，應(yīng)用模/數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)，通過(guò)單片機(jī)采集數(shù)據(jù)，再用液晶顯示屏實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)，如圖2所示。

圖2 測(cè)量原理示意

圖2 中，線性位移傳感器輸出位移的電壓值到A/D轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換電路出來(lái)的數(shù)字量經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理，在液晶顯示屏上顯示相應(yīng)的降低值?？刂泼姘逵脕?lái)方便用戶對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作。

3.2 技術(shù)方案

尖軌降低值測(cè)量?jī)x的機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)方案如圖3所示。儀器分為電器盒主體、折疊支腿兩部分，并以兩者作為基體，用一線性位移傳感器進(jìn)行降低值位移測(cè)量;該測(cè)量?jī)x分別由傳感器手把、拆卸螺栓、輔助支腿、折疊關(guān)節(jié)、固定支座、滑移座、傳感器滑軌、標(biāo)尺、傳感器、充電電池、電池門等部分組成。

圖3 機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)方案

4 軟硬件設(shè)計(jì)

4.1 硬件設(shè)計(jì)

本套測(cè)量設(shè)備基于精簡(jiǎn)的設(shè)計(jì)思路，采用高可靠性的穩(wěn)壓電源給傳感器、單片機(jī)以及LCD顯示屏提供穩(wěn)定的電壓，直接用單片機(jī)可采集模擬量的I/O口對(duì)線性位移傳感器的位移量進(jìn)行采集，然后通過(guò)LCD顯示屏實(shí)時(shí)顯示測(cè)量結(jié)果。

4.2 軟件設(shè)計(jì)

軟件流程如圖4所示。通過(guò)“標(biāo)零”按鍵，可標(biāo)定零點(diǎn)(一般為尖軌末端的基本軌的測(cè)量值或心軌末端的翼軌的測(cè)量值)。在不斷電的情況下，通過(guò)在測(cè)量數(shù)據(jù)穩(wěn)定后按下“保存”鍵可保存最多20組數(shù)據(jù)，通過(guò)“上翻”和“下翻”鍵可查看保存的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)斷電后，已保存的數(shù)據(jù)將自動(dòng)清除。

圖4 軟件流程

5 數(shù)據(jù)分析

5.1 豎向行程范圍內(nèi)精度分析

豎向行程范圍內(nèi)整機(jī)測(cè)量精度試驗(yàn)結(jié)果見表2。其中，理論值為用標(biāo)準(zhǔn)量塊及塞尺測(cè)得的數(shù)據(jù)，實(shí)測(cè)值為測(cè)量?jī)x測(cè)得的數(shù)值。可見，整機(jī)測(cè)量數(shù)據(jù)的誤差在0.1 mm以內(nèi)，能滿足現(xiàn)場(chǎng)高鐵維護(hù)的要求。

表2 豎向行程范圍內(nèi)測(cè)量精度試驗(yàn)結(jié)果mm

5.2 橫向行程范圍內(nèi)精度分析

在200 mm的橫向測(cè)量行程內(nèi)選取不同位置的3個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)在35 mm的豎向測(cè)量行程內(nèi)選取2個(gè)固定點(diǎn)并測(cè)量3組數(shù)據(jù)(采用不同厚度的塞尺作為基準(zhǔn))，橫向行程范圍內(nèi)測(cè)量精度試驗(yàn)結(jié)果見表3。可見儀器在橫向行程范圍內(nèi)移動(dòng)均能保證測(cè)量的精度。

表3 橫向行程范圍內(nèi)測(cè)量精度試驗(yàn)數(shù)據(jù)mm

5.3 工作時(shí)間試驗(yàn)

每個(gè)時(shí)間點(diǎn)在35 mm的豎向測(cè)量行程內(nèi)選取1個(gè)點(diǎn)，對(duì)傳感器在不同時(shí)間點(diǎn)的位移值進(jìn)行測(cè)試。在室溫條件下，降低值測(cè)量?jī)x工作時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 工作時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果

可見，在8 h的工作時(shí)間內(nèi)，數(shù)據(jù)的重復(fù)性很好，說(shuō)明電池能提供足夠的電量。

5.4 高低溫試驗(yàn)

利用高低溫試驗(yàn)箱，在-20～50℃范圍內(nèi)選取3個(gè)溫度值，在200 mm的橫向測(cè)量行程內(nèi)選取3個(gè)固定點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)測(cè)量6個(gè)數(shù)據(jù)(采用不同厚度的塞尺)，通過(guò)對(duì)傳感器在不同溫度條件下的性能進(jìn)行測(cè)試，得到如表5的結(jié)果。可見，在-20～50℃的溫度范圍內(nèi)，數(shù)據(jù)的重復(fù)性很好。

表5 高低溫試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果mm

6 現(xiàn)場(chǎng)使用說(shuō)明

6.1 尖軌降低值測(cè)量

道岔尖軌相對(duì)于基本軌的降低值現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量如圖5所示。整機(jī)操作簡(jiǎn)單，將支腿與尺體連接上，之后把支腿一端放在無(wú)尖軌的另一側(cè)鋼軌上，將尺體放在有尖軌的鋼軌上，先在基本軌上標(biāo)定零點(diǎn)，然后移動(dòng)整機(jī)，可測(cè)量尖軌相對(duì)基本軌的降低值。整機(jī)兩端與鋼軌接觸部位之間具有良好的絕緣性，絕緣電阻值＞1 MΩ，不會(huì)對(duì)軌道電路產(chǎn)生任何影響。

6.2 心軌降低值測(cè)量

道岔心軌相對(duì)于翼軌的降低值測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)如圖6所示。將支腿與尺體分開，將尺體放在翼軌上，先在翼軌上標(biāo)定零點(diǎn)，然后移動(dòng)尺體，可測(cè)量心軌相對(duì)翼軌的降低值。

圖5 尖軌降低值測(cè)量

圖6 心軌降低值測(cè)量

7 結(jié)語(yǔ)

新研發(fā)的道岔尖軌和心軌的降低值測(cè)量?jī)x適用于道岔檢測(cè)和維修，測(cè)量效率高、精度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，重量輕，攜帶方便，為保證道岔施工質(zhì)量和改善道岔養(yǎng)護(hù)性能提供了新測(cè)量設(shè)備。

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(責(zé)任審編李付軍)

U216.66

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2015.05.39

1003-1995(2015)05-0154-04

2014-09-05;

2014-11-10

游彥輝(1983—)，男，云南鎮(zhèn)雄人，助理研究員，碩士。