激光测距仪在高速道岔钢轨断面测试中的应用研究
激光测距仪在高速道岔钢轨断面测试中的应用研究
作者:张海洋;王平;钱丽华
道岔是机车车辆从一股轨道转入或越过另一股轨 道的线路设备,道岔因为其自身结构上存在不平顺,是 线路上的薄弱环节,是线路影响列车行车速度和安全 的关键,高速道岔的研发也就是对高速道岔几何状态 的优化,道岔几何状态包括轨距、水平、高低和方向,重 点是转辙器部分的轨距、水平和方向,道岔钢轨断面测 试可以真实反应道岔的工作状态,对于设计和研究高 速道岔的几何状态有重要意义。本文介绍一种激光测距仪在高速道岔钢轨断面测试中的应用。
1测试系统设计
高速道岔钢轨断面测试主要测试高速道岔钢轨顶 部表面,也就是测试主要轮轨接触面。测试系统设计 根据测试的环境及测试的精度要求,选用德国米依公 司的OPTONCDT1700系列的传感器,有效量程范围为 170 - 270 mm;其测量绝对误差为< ±0.08%;分辨率 为0.005%,测量频率根据实际情况在100 ~ 10 000 Hz 范围内调整。基本测试原理为激光三角反射原理,激 光发射器的发射激光通过被测物体表面的漫反射光线 经透镜折射到CCD上,通过不同的位置输出相应的模 拟信号如图1所示,通过控制器与采集器相连,再接入 计算机,通过相应软件转换为数字信号,并记录存储, 其测试流程如图2所示。道岔钢轨断面测试系统包 括:两根立柱及立柱基座、一根测试横梁、三个激光测 距传感器(如图3所示),将三个激光测距传感器连接 控制器,通过数据采集器与电脑相连,组成完整的道岔 钢轨断面测试系统。立柱1与立柱2顶部均安设圆水 平泡,安设时要确保其处于竖直状态;测试横梁上安设有管水平器,测设时确保其处于水平状态;每个立柱基 座下部均有3个可调螺栓,用于调整立柱的竖直状态; 立柱2中部安设高低调节螺筒,用来调整测试横梁处 于水平状态;测试横梁上的激光测距传感器用来测设 竖向距(激光测距传感器可沿测试横梁自由横移),两 侧立柱上的传感器用来测试横梁上激光传感器的水平 位置。
2测试方法及测试数据的采集
在测试时,将高速道岔钢轨断面测试系统沿测试 断面(测试系统所在平面垂直于待测断面中心线)放 置。调整立柱1、立柱2的立柱基座的3个调节螺栓使其处于绝对竖直状态(以立柱顶部安设的圆水平器判 断)。再调整立柱2的高低调节螺筒,使测试横梁处于 水平状态(以安设在测试横梁上的管水平器判断)。待 调试完毕后,人工横移(沿测试横梁)测试横梁上的激 光测距传感器。并记录数据。
3测试断面结果及实际意义
3.1测试断面结果
以京津城际高速铁路某车站内高速道岔为例,测 试频率采用10 000 Hz,其某断面测试数据经筛选分析, 保留有效点数7 977个,设计断面采集点数260个,绘 出钢轨断面图形如图4所示。
高速道岔的实际断面与设计断面在 直基本轨表面存在一定的误差,而尖轨部分相对而言 误差较大,这是因为受钢轨轧制及尖轨刨切的工艺水 平所限制,其中也有一部分误差来源于钢轨及尖轨表 面的锈蚀作用以及道岔在安装过程中的施工误差。为 真实反映高速道岔的几何状态,在测试前要对待测断 面进行除锈处理。
这里介绍的只是高速道岔钢轨断面的一种简单的 测试方法,其测试的结果真实地反映出道岔的实际工 作状态。而就本文介绍测试方法的应用方面有待进一 ?步完善,可将本测试系统内的移动式单点式激光测距 仪改为光幕式激光测距仪,安设于便携式移动小车内。 这样就可以方便地测出道岔不同位置钢轨的几何状 态。而操作上更为方便,相对接触式测试技术而言,其 精度也更高(尤其在尖轨与基本轨接触的小三角区域 的测量结果更为明显)。
3.2测试断面的实际意义
1)通过对高速道岔区钢轨实际断面的测量,可建 立高速道岔的三维仿真数据库,从而更清楚地了解每 组高速道岔钢轨的实际工作状态。
2)通过对高速道岔区钢轨实际断面的测量,为更 准确地分析轮轨接触点的位置变化提供现实依据,以 便更清楚地了解列车在高速道岔区的走行状态,为更 好地研究列车在高速道岔区的蛇行运动提供理论基础。
3)通过对高速道岔区实际断面的测量,了解不同 时期高速道岔的外轮廓变化(主要为钢轨的磨耗量), 为进一步优化道岔设计提供科学参考。
4结束语
本文介绍了高速道岔钢轨断面的一种简单的测试 方法,鉴于高速道岔在客运高速化进程中的重要性,为 了更清楚的掌握高速道岔的实际工作状态,建议对高 速道岔建立原始的三维数据库,以便对高速高岔工作 状态的进一步评估。为今后我国高速道岔的设计及优 化提供现实依据。
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