[发明专利]一种适用于板式无砟轨道板的精度检测系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于板式无砟轨道板的精度检测系统及方法。

 

背景技术

    无砟轨道具有整体性强、稳定性好、坚固耐用、轨道变形小、变形积累缓慢等优点，有利于高速行车，在世界许多国家得到广泛应用。在世界铁路无砟轨道结构形式中，以德国的双块式、博格板式无砟轨道结构和日本的单元板式无砟轨道结构图为代表。德国在1998年柏林——汉诺威建成并投入运营，运行时速为300km，日本采用板式无砟轨道结构的新干线运行时速为250km。

我国铁路将于2020年全国铁路营业里程规划目标由10万公里调整为12万公里以上，其中客运专线由1.2万公里调整为1.6万公里，电化率由50％调整为60％，铁路投资额已经达到2万亿元，现在已进入铁路项目建设高峰时期，目前，已建或在建的高铁大都采用无砟轨道结构。

铁道部对板式无砟轨道混凝土轨道板成品提出了具体的外形外观等质量要求。而轨道板成品质量测量的精度控制，可提高铺设速度和确保铺设精度，以及整个工程的精度、进度均得到了有效保障。在轨道板模具质量符合要求的前提下，生产出来的板外形质量才有保障。只有检测精度的提高，轨道板质量才更有保证，更能保证轨道板的平顺性、稳定性和可靠性。传统意义上的检测方法大多采用游标卡尺、塞尺、靠尺及水准仪等设备，不仅工效慢，精度低，还影响检测进度。

发明内容

本发明提供了一种适用于无砟轨道板的精度检测系统，包括至少4个定心螺孔适配器、至少4个精密球形棱镜、至少1个气象传感器、至少4个螺栓桩检测套筒、至少1台全站仪、至少1套轨道板检测软件、至少1套后处理分析软件和至少1台计算机。

将自定心螺孔适配器、精密球形棱镜组装在一起后置于轨道板预埋套筒上构成观测点，或者精密球形棱镜、螺栓桩检测套筒组装在一起后置于轨道板钢模孔洞中伸出的螺栓桩上构成观测点，轨道板检测软件装在全站仪上，后处理分析软件装在计算机上，完成检测系统的软硬件准备工作。

在所述精度检测系统上使用的精度检测方法，先用全站仪对观测点进行测量，包括如下步骤：

.全站仪设站；

.设置全站仪参数；

.基准线定位；

.螺栓孔/桩坐标数据采集；

.保存测量数据至全站仪。

测量数据采集完毕后，将全站仪和计算机相连，将测量数据导入计算机进行后处理。

计算机上的后处理软件执行如下操作步骤：

.限差设置；

.寻找最佳平面，作共面性分析；

.将所有点坐标投影到最佳平面；

. 螺栓孔横纵向直线性分析；

.螺栓孔对称性分析；

.生成报表文件，完成检测。

后处理软件对轨道板钢模或成品轨道板进行分析评估，对螺栓桩/孔的共面性、共线性、对称平行性、等距性做出检测判断。

螺栓桩/孔的共面性要求：各个螺栓桩/孔底部或顶部应在一个平面上。

螺栓桩/孔的共线性要求：各行或各列螺栓桩/孔中线应在一条直线上。

螺栓桩/孔的对称平行性要求：各列螺栓桩/孔中线相对板中线应对称平行。

螺栓桩/孔的等距性要求：各行螺栓桩/孔之间的距离应为标准轨枕间距。

本精度检测系统主要对轨道板的螺孔的共面性、螺孔的纵向直线性、相对于板中线的对称性做出分析，分析过程完全通过后处理软件进行。

对共面性的分析如下。导入螺孔中心点的三维坐标文件，对所有螺孔点进行平面拟合，求出一个最能代表所有螺孔点位置的拟合平面，所有螺孔点到该平面的离散度最小。实际中，有三个实测点组成的平面，与该拟合平面非常接近，它也是实际中存在的平面，我们称其为最佳平面。在程序共面性分析模块中，阴影部分为最佳平面，数字表示该点到最佳平面的垂距，值为正，表示高于平面，值为负，表示低于平面。

拟合平面方程求解方法：

假设拟合平面方程为：Z=AX+BY+C；     点坐标为：                                                  

    根据最小二乘法的思想，点到拟合平面上对应点的距离最小，即达到最佳拟合的目的。因此，考虑求解该距离平方和M的最小值。计算公式如下：  

为了求解M的最小值，即要解方程组：  

求解该方程组：  令：  

通过对螺孔点进行计算可以得到：