捣固车前端轨道偏差自动测量技术研究

捣固车前端轨道偏差自动测量技术研究

徐济松 张世红 高春雷 何国华

（中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所，北京 100081）

摘 要 提出了一种适用于临时维修作业捣固车的前端轨道偏差自动测量技术方案，测量系统采用惯性导航系统测量原理，结合智能化、集成化测控技术，搭载于捣固车上同步进出作业区间。利用测量系统在捣固车作业前后对施工区段进行轨道几何参数测量与数据处理，指导捣固车精细化作业的同时，保证捣固与测量同步，有效解决传统模式存在的人工上道频繁、效率低、劳动强度大等问题。选取试验线进行快速且多次测量，自动计算获取轨向、高低、轨距、超高、高程等轨道几何参数，且各参数重复性偏差均达到指标要求。

关键词 有砟轨道；捣固车前端轨道偏差；试验研究；自动测量；惯性导航系统

有砟线路开通运营后，由于道砟破碎、道床板结等因素，导致轨道线路会出现不同程度的沉降、偏移、长波不平顺等问题。国内外研究表明，随着旅客列车速度的提高，线路的长波不平顺成为影响车辆平稳性与舒适度的主要因素［1-2］。当速度达到200 km/h时，应解决波长70～100 m 线路不平顺的问题；速度达到350 km/h 时，则应解决波长90～120 m 线路不平顺的问题［3-5］。而捣固车本身测量系统的基准测量弦长度只有21 m，因此，需要建立能够引导捣固车进行自动起道、拨道的长基准测量系统，以满足高速铁路作业精度要求。

图1 激光准直系统

目前，国内铁路轨道主要采用大中修模式对轨道线路进行周期性养护维修，基本满足了轨道线路的运营需求。进口型和国产化的捣固车前端均配置了激光准直系统，如图1 所示。其主要分为一维激光准直系统和两维激光准直系统。利用激光弦的准直特性可以较好地解决线路长波不平顺问题［6-8］。另外，利用轨道检查仪、全站仪、水准仪等轨道几何检测设备，配合和指导捣固车进行数字化捣固维护作业，基本能满足线路周期性养护需求。但大中修结束后，线路仍会出现轨道几何尺寸偏差，需要工务段临时维修，具有“短、散、繁”特点。捣固车进行临时维修作业时，因作业天窗时间短，人工采用手推式检测设备查找病害，存在人工上道频繁、效率低、劳动强度大等问题，影响了轨道线路养护维修计划的顺利完成，同时带来了极大的安全隐患。因此，研究适用于临时维修作业捣固车的前端轨道偏差自动测量系统具有非常重要的意义，通过高精度、智能化、集成化检测技术，实现捣固车精细化作业的同时，保证捣固与测量同步，为铁路运营安全提供技术保障。

1 总体技术方案

1.1 总体布局

图2 总体布局

捣固车前端轨道偏差测量系统总体布局如图2所示，主要由前端轨道偏差测量小车、无线传输模块、前端底部托架等组成。其中，前端轨道偏差测量小车主要由测控箱、控制主机、走行小车、加载小车、驱动电机、张紧机构等组成。测控箱主要负责系统走行控制、数据采集与传输、左右侧加载动作控制；控制主机主要负责数据采集与处理、线路要素录入、数据优化处理与分析、报表生成等任务；走行小车为系统承载和测量基准主体；加载小车主要负责辅助测量、加载等工作。

国有企业改革要以完善的财务管理预算体系为基础，通过在经营管理过程总有效的编制财务预算，从而促进建立、健全各种财务规章制度。预算管理要充分发挥国有企业管理层次的引导作用，以管理者为突破口，强化其财务预算管理的意识，来调动管理层进行有效财务预算观的积极性，将预算管理能够切实的落到实处。除此之蛙，要做好国有企业员工的思想教育工作，采取各种措施进行财务预算管理培训，以此来增强全员对财务管理预算的认识。

轨道偏差测量小车搭载于捣固车前端底部托架上，如图3所示。捣固车控制系统操作其收放。

图3 前端轨道偏差测量小车搭载方式

1.2 测量原理

在捣固车前端搭载具备自走行功能的轨道偏差测量小车，采用惯性导航系统测量原理［9-11］，实时精确检测前端轨道偏差测量小车在轨道线路上的空间运行路径，通过姿态修正和空间换算得到轨道线路的空间轨迹，如图4所示。

图4 测量原理

经控制主机数据处理后即可获取轨道线路的横向和纵向偏差，融合传感器测量技术，实现轨道几何状态检测。前端轨道偏差测量小车检测后，由数据处理软件对轨道线路病害进行处理分析，基于“最优化调整量，消除轨道不平顺”理念，对数据进行拟合优化处理，按固定里程间隔计算捣固车前端轨道偏差测量小车位置的平面和高程调整量。

1.3 技术参数及特点

1.3.1 技术参数

前端轨道偏差测量小车最大检测效率5 km/h，最大工作时长4 h，车架质量不大于300 kg，工作电压48 V，工作温度-20～+50 ℃。轨道内部几何参数及其示值误差见表1。里程累积误差为±2‰。

表1 轨道内部几何参数及其重复性偏差 mm

高低±1.0轨向±1.0正矢±1.0轨距±0.5超高±0.5三角坑±0.5

1.3.2 技术特点

随着社会的发展，目前的企业风险管理机制已经无法满足现代企业的经济需要，风险的不确定性已经越来越多地影响着现代企业的管理机制。在风险管理机制中对风险控制的意识还是有一定要求的，在与国际接轨的同时，竞争压力也是随之而来。风险管理机制不完善就制约了企业的发展，虽然我国很多企业已经意识到风险管理机制的重要性，但对风险管理的意识还是不够到位。企业的内部审计部分都是比较容易忽略的部门，一旦内部审计工作无法对企业的风险管理机制发挥作用，就形同与虚设，所以就目前发展来看企业的风险管理机制还是有待于完善的。

捣固车前端轨道偏差测量系统主要有两大技术特点：

1）测量与大型养路机械捣固作业同步

为提高大型养路机械数字化捣固作业质量，需按固定里程间隔逐点提供方向、纵向高低、横向水平值。检测天窗与捣固作业天窗错开，甚至相差数十天。捣固车前端轨道偏差测量系统自动、快速检测轨道几何参数，并且可以选取不同的平顺性指标，智能进行线型优化，对实测偏差进行优化拟合，指导捣固车作业。

2）作业质量复测

2.3.2 病虫害防治目标不明确 主要反映在秦安椒农用药针对性不明确和防治时期掌握不准上。部分椒农把虫与病、杀虫剂与杀菌剂分不开，经常单一使用一种或两种农药长年防治多种病虫，不限时、不限量使用，超量使用化学农药，不但使害虫的抗药性增强，防治效果欠佳，还使椒皮有害成分残留量大，内在品质下降，严重影响了花椒的产量和质量。

大型养路机械数字化捣固作业后，捣固车前端轨道偏差测量小车进行复测，快速检测轨向、高低、轨距、水平、扭曲等轨道几何参数，参考轨道质量指数（Track Quality Index，TQI）评价方法［12］，对捣固车作业质量进行评价，为线路捣固作业后的开通提供技术支持。

1.4 实施步骤

第1步，进入作业区间后，操作捣固车控制系统将前端轨道偏差测量小车放置于钢轨上，前端轨道偏差测量小车自行对捣固作业区段进行轨道线路线型与几何参数检测，见图5（a）。

白酒贮存过程中酯含量的减少途径见图5，主要是两方面的原因：（1）贮存过程中白酒的自然挥发即物理损失；（2）白酒在贮存过程中的水解反应、酯-酸交换反应、酯氧化反应即化学损失。

第2 步，捣固车轨道参数计算机将线路资料和参数信息通过无线传输模块传递给前端轨道偏差测量小车，控制主机对轨道线路线型与几何参数的检测结果进行处理分析，优化轨道线路平面和高程线型，计算捣固车前端轨道偏差，通过无线传输模块传递给轨道参数计算机，指导捣固车施工作业，见图5（b）。

第3步，捣固车开始作业，见图5（c）。

在忠县长江穿越隧道工程施工过程中，防治水施工技术能够改善隧道内部掘进施工的水文地质环境，有非常好的效果。同时，采用防治水施工技术能确保隧道掘进施工全过程施工安全，其社会和经济效益是不可估量的。

图5 方案实施步骤

第4步，捣固作业完成后，前端轨道偏差测量小车自行至捣固车前端底部，完成施工区段轨道几何参数的复测，操作捣固车控制系统收起前端轨道偏差测量小车，一起驶出作业区间，见图5（d）。

2 方案试验验证

捣固车前端轨道偏差测量小车以4 km/h 的检测速度，对非运营的长400 m 试验区段进行了多次快速测量，并自动计算出轨道线路平面坐标和高程，以及轨向、高低、轨距、超高等轨道几何参数。

测量结果见图6。可以得到：前端轨道偏差测量小车实测轨道线路平面坐标、高程、基准轨轨向、基准轨高低、轨距、超高的重复性偏差极值分别为5.5，4.3，0.8，0.6，0.4，0.3 mm，均能达到表1 所述检测要求。

图6 试验区段3次检测轨道几何参数对比

3 结语

针对捣固车临时维修作业依靠传统检测手段存在人工上道频繁、效率低、劳动强度大等问题，提出了一种适用于临时维修作业捣固车的前端轨道偏差自动测量技术方案。系统采用惯性导航系统测量原理，结合智能化、集成化测控技术，前端轨道偏差测量小车搭载于捣固车上同步进出作业区间，根据测量结果指导捣固车精细化作业。该技术方案经重复试验充分验证，测量效率和精度均能满足捣固作业需求。

上一次看到儿子是在三年前。那年，张大娘的老伴得癌症走了，儿子阿强连夜从城里赶回家，来见老父亲最后一眼。

参考文献

［1］何华武.论时速大于200 km 铁路精密工程测量技术［J］.中国铁路，2005（3）：1-4.

［2］王开云，翟婉明.线路不平顺波长对提速列车横向舒适性影响［J］.交通运输工程学报，2007，7（1）：1-5.

［3］刘琪.激光准直系统在大型捣固车上的应用［J］.甘肃科技，2011，27（7）：69-72.

［4］高春雷，王发灯，何国华.激光准直技术与铁路线路测量［M］.北京：中国铁道出版社，2012.

［5］刘金朝.轨道周期性几何不平顺诊断和评价方法［J］.铁道建筑，2016，56（7）：1-5.

［6］陈东生，田新宇.中国高速铁路轨道检测技术发展［J］.铁道建筑，2008，48（12）：82-86.

［7］刘延军.有砟铁路三维定位及精确测量［J］.山西建筑，2013，39（17）：203-204.

［8］李浩然，侯智雄，刘伶萍，等.基于惯性基准法的轨道短波不平顺检测系统［J］.铁道建筑，2019，59（6）：105-108.

［9］周禹昆，陈起金.GNSS/INS 组合的铁路轨道三维坐标快速精密测量［J］.全球定位系统，2018，43（4）：24-28.

［10］陈宇磊，黄晓杰.基于惯性导航系统的轨道不平顺方法［J］.科学技术与工程，2019，19（13）：249-253.

［11］樊金刚.捣固车精捣作业轨向高低不平顺改善规律分析［D］.成都：西南交通大学，2018.

［12］中华人民共和国铁道部.既有线轨道不平顺质量指数标准及管理暂行办法：运基线路〔2009〕41 号［S］.北京：中国铁道出版社，2009.

Research on Automatic Measurement Technology of Front Track Deviation of Tamping Machine

XU Jisong，ZHANG Shihong，GAO Chunlei，HE Guohua
（Railway Engineering Research Institute，China Academy of Railway Sciences Corporation Limited，Beijing 100081，China）

Abstract This paper presented a scheme of automatic measurement technology for front track deviation of tamping machine for temporary maintenance work.The measurement system adopts the measurement principle of inertial navigation system and the intelligent and integrated measurement and control technology，which is carried on the tamping machine to enter and leave the working area synchronously.The measurement system was used to measure the track geometric parameters and process the data of the construction section before and after the tamping machine operation to guide the fine operation of the tamping machine，ensure the synchronization of tamping and measurement，and effectively solve the problems of frequent manual access，low efficiency and high labor intensity existing in the traditional mode.The test line was selected for rapid and multiple measurements，the track geometric parameters，such as track direction，height，track gauge，superelevation，elevation，etc.，will be calculated and obtained automatically，and the repeatability deviation of each parameter could meet the index requirements.

Key words ballast track；front track deviation of tamping machine；experimental study；automatic measurement；inertial navigation system

中图分类号 U216.63

文献标识码 A

DOI：10.3969/j.issn.1003-1995.2020.02.29

文章编号：1003-1995（2020）02-0124-04

（编辑：葛全红 校对：刘莉）