CRTS Ⅲ型轨道板平整度检测方法对比研究

时间：2024-09-03

马元清

(上铁芜湖轨道板有限公司，芜湖 241012)

CRTSⅢ型板式无砟轨道是我国具有自主知识产权的一种轨道型式[1]。作为无砟轨道结构的主要传力构件，CRTSⅢ型轨道板是结合高速铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道受力特点和我国南北环境条件差异较大的状况而研制的一种双向预应力混凝土轨道板[2]。京沈、成贵、昌吉赣、商合杭等铁路项目均采用CRTSⅢ型混凝土轨道板。根据轨道板长度和铺设部位，CRTSⅢ轨道板通常有P5600、P4925和P4856共3种板型，轨道板宽度、厚度分别为 2 500 mm和200 mm。

板顶面平整度是轨道板外形尺寸的一个重要检测指标，平整度超差过大，将导致轨道板精调时轨道高低调整量增大，使用的扣件调整件增多，对建设成本和工期进度造成不利影响。依据Q/CR567-2017《高速铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道先张法预应力混凝土轨道板》标准要求：板顶面平整度包括轨道板四角的承轨面水平和单侧承轨面中央翘曲量，允许偏差分别为±1.0 mm和≤2.0 mm，且均为全检项目[3]。目前，应用最多的轨道板平整度检测方法是基于马达驱动型全站仪+特殊装置的方式，该检测方式是在CRTSⅡ型轨道板尺寸检测的基础上，对装置进行改进，对全站仪数据采集和分析软件进行升级，实现CRTSⅢ型轨道板外观尺寸的直接检测。全站仪法检测完成1块轨道板的平整度检测时间约25 min，效率上很难满足轨道板厂的实际生产需求[4]。此外，部分轨道板生产企业也采用水准仪法进行轨道板平整度检测。水准仪水准测量是利用水准仪提供的水平视线，借助于带有分划的水准尺，直接测定轨道板承轨面上两点间的高差，然后根据已知点高程和测量的高差，计算出轨道板平整度。

针对全站仪法检测轨道板平整度效率低的缺点，开发快速、准确的轨道板平整度检测设备成为热点。目前，除普遍认可的全站仪外，还相继研制出了六工位测量机、激光PSD检测仪等平整度快速测定设备。本文通过介绍几种平整度测试仪器，分析其测试原理和性能特点，为轨道板平整度快速检测提供借鉴。

1 六工位测量机快速测定法

六工位测量机是为轨道板平整度快速测试而研制的一种测量设备，测量范围仅针对测定轨道板两侧承轨台的翘曲量。该平整度测量方法的优点在于检测效率和精度较高，操作方便，缺点在于实用范围较小，不能检测轨道板全部外形尺寸。

1.1 设备构造及测试原理

六工位测量机框架采用三角框架结构布局，用 20 mm×20 mm铝型材接组合，触摸式显示屏，PLC控制模板，锂电池集成在中间铝钣金内。测试原理是以测量单侧承轨台中心线高度差代替平整度，以承轨台上两个预埋套管及承轨台面(三点式接触面)定位，每个承轨台上用两个接触式传感器(测量精度为 0.005 mm)测量承轨台坡度的高度差，用以计算单个承轨台中心线的高度，再比较单侧每个承轨台中心线高度的差值。六工位测量机如图1所示。

图1 六工位测量机示意图

1.2 测试方法和数据处理

每次同时检测单侧6块承轨台，每次至少重复检测2个承轨台，单侧承轨台需测2次，每块轨道板测试时间约为4 min。具备数据无线传输功能，可通过4G网络上传测量数据。

2 快速检测平台检测法

快速检测平台是中国铁道科学研究院针对CRTSⅢ型轨道板研制的一款测量精度高、可对轨道板进行全尺寸高效率测试的设备[5]。

2.1 设备构造及测试原理

检测平台由高精度检测框架、光电检测模块和可控走行机构组成，如图2所示。轨道板就位后，走行机构带动光电检测模块实现对轨道板的精确测量。采用激光图像技术生成轨道板三维图像与数据。

图2 快速检测平台示意图

2.2 数据处理

运板机具将被测轨道板运至检测平台处，测量模块沿轨道板纵向Y连续检测，得到不同位置Y处的断面数据X、Z(高度值)。结合纵向位置Y和断面轮廓数据X、Z值，对轨道板三维数据进行解算处理，生成需要的轨道板关键尺寸信息。1块轨道板的全尺寸检测时间约5 min。

3 激光PSD检测仪快速检测法

激光PSD检测仪是目前最为常见的快速检测设备，其优点在于可快速、简便测量轨道板平整度，缺点在于设备易受轨道板光洁程度、环境温度等客观因素的影响[6-7]。

3.1 设备构造及测试原理

利用“激光准直”原理，在轨道板的1号承轨槽内安装激光发射器的发射端，逐次在2～9号承轨槽上插放PSD接收器，即可得到一条与轨道板顶面平等的激光基准线，PSD的垂直方向上得到的读数差即为轨道板的翘曲变化量[8]。激光PSD检测仪设备构造如图3所示。

图3 激光PSD检测仪设备构造示意图

图4 激光PSD快速测试方法图

3.2 测试方法和数据处理

3.2.1测试方法

激光PSD检测仪快速测试方法如图4所示。先将激光发射端和PSD接收端安放于图①位，微调至PSD的X、Y接近0，移动PSD 接收端至同侧各个承轨槽位，记录PSD位于同侧各个承轨槽的X、Y读数；再将①位的激光发射端和PSD接收端移至②位的承轨槽，微调至PSD 的X、Y接近0，移动 PSD 接收端至同侧各个承轨槽位，记录 PSD 位于同侧各个承轨槽的X、Y读数；最后通过对测量数据的终端计算，得出 CRTS Ⅲ型轨道板的变形值。

3.2.2数据处理

以一侧发射端坐标(0，0)与最远接收端坐标(X9,Y9)或(X8，Y8)，建立一条直线，其他承轨台测出的坐标(Xn,Yn)，与其增量计算值的差值即为各测点的直线度。1块板平面度的测试时间约3 min。

将现阶段5种CRTS Ⅲ轨道板平整度检测方法(全站仪法、电子水准仪检测法、六工位测量机快速测定法、快速检测平台法、激光PSD检测仪快速检测法)的优缺点进行对比，结果如表1所示。

表1 CRTS Ⅲ轨道板平整度测试方法优缺点对比表

由表1可知，在检测效率和检测精度上，六工位测量机快速测定法、快速检测平台法和激光PSD检测仪快速检测法较全站仪法和电子水准仪检测法的检测效率提高了5～6倍，且操作简便，对检测人员技能要求也较低，但设备精确性受环境、温度等因素的影响较大。