游彥輝，高春雷，王發(fā)燈

(中國鐵道科學研究院鐵道建筑研究所，北京100081)

道岔尖軌降低值測量儀的研制與應用

游彥輝，高春雷，王發(fā)燈

(中國鐵道科學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引起列車通過時晃車和軌件非正常磨耗。本文分析了國內外測量道岔尖軌及心軌降低值設備的現狀，介紹了型號為JCY-30的尖軌降低值測量儀。該測量儀可以測量高鐵道岔尖軌相對基本軌的降低值及心軌相對翼軌的降低值，測量精度達到0.1 mm，替代了傳統(tǒng)的效率低下的測量方式，填補了國內在尖軌和心軌降低值測量設備上的空白。

降低值 測量儀 尖軌

1 概述

根據現場道岔維護情況分析，尖軌降低值不良可造成列車在通過道岔尤其是順向過岔時輪軌接觸在從尖軌到基本軌過渡時不平穩(wěn)，軌道承受的壓力沒有平穩(wěn)過渡，運行過程中形成輪徑差從而導致列車晃車，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，無論是長心軌還是短心軌，心軌降低值不良將導致車輪通過道岔區(qū)時輪軌之間形成的軌道垂向不平順波幅更大、壓力過渡更不平順，從而影響列車運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《高速鐵路無砟軌道線路維修規(guī)則(試行)》的規(guī)定，尖軌相對于基本軌降低值及心軌相對于翼軌的降低值偏差超過1 mm且對行車平穩(wěn)性有影響時，將對尖軌和心軌進行修理或更換。因此，精確測量尖軌相對于基本軌降低值及心軌相對于翼軌降低值是十分必要的。

1.1 國外測量儀器

國外主要使用以下三款產品:

1)瑞士Railmonitor軌道測量儀。其采用了無接觸激光測量技術，可測量鋼軌輪廓、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)測屏并提供了鋼軌打磨過程中所需全部參數的計算軟件。測試曲線實時顯示在彩色液晶監(jiān)測屏上并可保存在CF存儲卡中。

2)波蘭Graw軌道檢測儀。該設備可用于道岔維修，隨機贈送的微機軟件可以產生各種道岔的橫斷面理論剖面，可以將測量的剖面與理論剖面進行比較，也可以將不同時間測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，進行標示、縮放等。

3)丹麥生產的鋼軌輪廓測量儀。其功能是對鋼軌輪廓進行測量。

1.2 國內測量儀器

從山海關橋梁廠及武廣高速鐵路武漢橋工段、株洲工務段等6個工務段的調研情況來看，目前用于測量尖軌對基本軌的降低值、心軌相對于翼軌的降低值的主要工具還是很傳統(tǒng)的測量工具平尺、塞尺、高度尺，已不適應我國高速鐵路的快速發(fā)展。

山海關橋梁廠在鋪設道岔時對尖軌相對基本軌的降低值使用的測量工具為平尺、鋼板尺、深度尺和塞尺，如圖1所示。

1.3 國內外測量儀器對比分析(表1)

表1 國內外測量儀器對比分析

雖然國外已有鋼軌輪廓測量儀，但由于價格昂貴實用性差未能在我國推廣使用。因此，急需研制具有自主知識產權的道岔測量儀器，滿足我國高速鐵路和客運專線道岔鋪設、檢查和維修需求。

圖1 降低值測量方法

2 尖軌降低值測量儀的功能及技術參數

2.1 功能需求

根據調研情況，對尖軌降低值測量儀提出了以下功能需求:①對道岔尖軌各控制斷面相對基本軌的降低值進行測量;②對道岔心軌各控制斷面相對翼軌的降低值進行測量;③標定初始值;④實時顯示測量數據;⑤可以保存20組測量數據。

2.2 技術參數

測量行程:豎向-6～29 mm，橫向0～200 mm;

分辨率:0.01 mm;

測量誤差:±0.2 mm;

待機時間:8 h;

線性誤差:±0.5%;

工作溫度:-20～50℃;

質量:尺體3.1 kg;支腿1.6 kg;

外形尺寸:1 550 mm×120 mm×140 mm。

3 測量原理及技術方案

3.1 測量原理

基于自恢復型線性位移傳感器，應用模/數轉換技術，通過單片機采集數據，再用液晶顯示屏實時顯示數據，如圖2所示。

圖2 測量原理示意

圖2 中，線性位移傳感器輸出位移的電壓值到A/D轉換電路，轉換電路出來的數字量經過單片機處理，在液晶顯示屏上顯示相應的降低值。控制面板用來方便用戶對設備進行操作。

3.2 技術方案

尖軌降低值測量儀的機械設計技術方案如圖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行降低值位移測量;該測量儀分別由傳感器手把、拆卸螺栓、輔助支腿、折疊關節(jié)、固定支座、滑移座、傳感器滑軌、標尺、傳感器、充電電池、電池門等部分組成。

圖3 機械設計技術方案

4 軟硬件設計

4.1 硬件設計

本套測量設備基于精簡的設計思路，采用高可靠性的穩(wěn)壓電源給傳感器、單片機以及LCD顯示屏提供穩(wěn)定的電壓，直接用單片機可采集模擬量的I/O口對線性位移傳感器的位移量進行采集，然后通過LCD顯示屏實時顯示測量結果。

4.2 軟件設計

軟件流程如圖4所示。通過“標零”按鍵，可標定零點(一般為尖軌末端的基本軌的測量值或心軌末端的翼軌的測量值)。在不斷電的情況下，通過在測量數據穩(wěn)定后按下“保存”鍵可保存最多20組數據，通過“上翻”和“下翻”鍵可查看保存的數據，系統(tǒng)斷電后，已保存的數據將自動清除。

圖4 軟件流程

5 數據分析

5.1 豎向行程范圍內精度分析

豎向行程范圍內整機測量精度試驗結果見表2。其中，理論值為用標準量塊及塞尺測得的數據，實測值為測量儀測得的數值。可見，整機測量數據的誤差在0.1 mm以內，能滿足現場高鐵維護的要求。

表2 豎向行程范圍內測量精度試驗結果mm

5.2 橫向行程范圍內精度分析

在200 mm的橫向測量行程內選取不同位置的3個點，每個點在35 mm的豎向測量行程內選取2個固定點并測量3組數據(采用不同厚度的塞尺作為基準)，橫向行程范圍內測量精度試驗結果見表3。可見儀器在橫向行程范圍內移動均能保證測量的精度。

表3 橫向行程范圍內測量精度試驗數據mm

5.3 工作時間試驗

每個時間點在35 mm的豎向測量行程內選取1個點，對傳感器在不同時間點的位移值進行測試。在室溫條件下，降低值測量儀工作時間試驗結果如表4所示。

表4 工作時間試驗結果

可見，在8 h的工作時間內，數據的重復性很好，說明電池能提供足夠的電量。

5.4 高低溫試驗

利用高低溫試驗箱，在-20～50℃范圍內選取3個溫度值，在200 mm的橫向測量行程內選取3個固定點，每個點測量6個數據(采用不同厚度的塞尺)，通過對傳感器在不同溫度條件下的性能進行測試，得到如表5的結果?？梢?，在-20～50℃的溫度范圍內，數據的重復性很好。

表5 高低溫試驗測試結果mm

6 現場使用說明

6.1 尖軌降低值測量

道岔尖軌相對于基本軌的降低值現場測量如圖5所示。整機操作簡單，將支腿與尺體連接上，之后把支腿一端放在無尖軌的另一側鋼軌上，將尺體放在有尖軌的鋼軌上，先在基本軌上標定零點，然后移動整機，可測量尖軌相對基本軌的降低值。整機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，不會對軌道電路產生任何影響。

6.2 心軌降低值測量

道岔心軌相對于翼軌的降低值測量現場如圖6所示。將支腿與尺體分開，將尺體放在翼軌上，先在翼軌上標定零點，然后移動尺體，可測量心軌相對翼軌的降低值。

圖5 尖軌降低值測量

圖6 心軌降低值測量

7 結語

新研發(fā)的道岔尖軌和心軌的降低值測量儀適用于道岔檢測和維修，測量效率高、精度高，結構簡單、緊湊，重量輕，攜帶方便，為保證道岔施工質量和改善道岔養(yǎng)護性能提供了新測量設備。

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(責任審編李付軍)

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。