孫大偉 中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司淮安高鐵基礎(chǔ)設(shè)施段
CN 系列道岔作為從德國引進(jìn)并經(jīng)國產(chǎn)化改造的道岔,與國產(chǎn)工聯(lián)岔和客專岔有諸多不同,主要體現(xiàn)在整體結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜:轉(zhuǎn)轍部位設(shè)計(jì)為動態(tài)軌距優(yōu)化結(jié)構(gòu),直基本軌向外彎曲加寬軌距。對于CN 系列道岔的日常檢查養(yǎng)護(hù)主要依靠動態(tài)檢測數(shù)據(jù),結(jié)合現(xiàn)場靜態(tài)檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。
傳統(tǒng)的靜態(tài)檢測方法是采用拉長弦測量轉(zhuǎn)轍部位軌向,弦繩長度包含整個道岔轉(zhuǎn)轍部位,該方法存在以下幾點(diǎn)不足:一是受弦繩自重影響,弦繩不能過長,否則受自重自然下垂,導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)誤差偏差較大;二是傳統(tǒng)弦測法是人工使用鋼尺進(jìn)行測量讀數(shù),數(shù)據(jù)受人為和天氣影響較大,導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)精度不足;三是高鐵道岔的檢查質(zhì)量與效率要求越來越高,傳統(tǒng)檢測方法檢測效率過低。
根據(jù)慣性基準(zhǔn)法原理,對于檢測數(shù)據(jù)而言,其檢測結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)值通常為0 mm,即檢測數(shù)據(jù)的實(shí)測值即為偏差值。然而CN 系列道岔轉(zhuǎn)轍部位采用動態(tài)優(yōu)化軌距加寬技術(shù),其軌向標(biāo)準(zhǔn)值不為0 mm,目前缺少標(biāo)準(zhǔn)波形及數(shù)值,所以轉(zhuǎn)轍部位的軌向病害無法在動靜態(tài)檢測波形或者數(shù)據(jù)中進(jìn)行對比分析。
為解決上述問題,本文參考弦測法原理,模擬計(jì)算CN 系列道岔的軌向標(biāo)準(zhǔn)值,再通過內(nèi)插加密方法模擬CN 系列道岔動靜態(tài)檢測波形圖,進(jìn)而與實(shí)測動靜態(tài)檢測波形及數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析,確定病害準(zhǔn)確位置及偏差值。
本文基于CN系列道岔軌距、框架、直外股10 m弦測值和軌枕間距等數(shù)值,參考10 m 弦軌向測量原理,模擬計(jì)算出CN系列道岔每根軌枕位置的軌向標(biāo)準(zhǔn)值,其計(jì)算流程:一是計(jì)算直外股及內(nèi)直股軌向加寬值;二是根據(jù)軌枕間距,計(jì)算出兩側(cè)弦繩基點(diǎn)的準(zhǔn)確位置;三是根據(jù)兩側(cè)弦繩基點(diǎn)的準(zhǔn)確位置的直外股和內(nèi)直股加寬值及該枕位置的加寬值計(jì)算出軌向測量值。
通過CN 系列道岔圖紙,可以查出轉(zhuǎn)轍部位每根軌枕對應(yīng)位置的軌距及直外股加寬值,據(jù)此可以計(jì)算每根枕內(nèi)直股加寬值,具體計(jì)算公式列于式(1)。
式中,W內(nèi)直股為內(nèi)直股加寬值,G加寬為軌距加寬值,W直外股為直外股加寬值。
根據(jù)軌枕間距,計(jì)算每根軌枕位置10 m弦兩側(cè)弦繩基點(diǎn)的準(zhǔn)確位置,再根據(jù)10 m弦兩側(cè)弦繩基點(diǎn)的準(zhǔn)確位置的直外股和內(nèi)直股加寬值及該枕位置的加寬值計(jì)算出軌向測量值,具體計(jì)算公式列于式(2)。
式中,An為n#枕的軌向,Wn為n#枕的加寬值,w基點(diǎn)1、w基點(diǎn)2為n#枕10 m弦繩前后基點(diǎn)位置的加寬值。
10 m 弦前后兩基點(diǎn)位置加寬值(即w基點(diǎn)1、w基點(diǎn)2)的計(jì)算方法如下:
一是根據(jù)軌枕間距計(jì)算兩個基點(diǎn)準(zhǔn)確位于哪兩根枕之間,及與這兩根枕的準(zhǔn)確距離;二是根據(jù)基點(diǎn)與前后軌枕的距離及前后軌枕的加寬值計(jì)算基點(diǎn)的加寬值,具體計(jì)算公式列于式(3)。
式中,w基為基點(diǎn)的加寬值,w前為基點(diǎn)前軌枕的加寬值,w后為基點(diǎn)后軌枕的加寬值,L為基點(diǎn)前后軌枕的軌枕間距,L1為基點(diǎn)與前軌枕的距離。
由于以上計(jì)算過程較為復(fù)雜,并且逐枕計(jì)算工作量過于龐大,本文借用C#語言編寫計(jì)算程序,對CN系列道岔直外股和內(nèi)直股軌向標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行自動計(jì)算。
以CN6118AT 道岔13#枕直外股為例。13#枕10 m 弦前基點(diǎn)位于5#枕及6#枕之間,后基點(diǎn)位于21#枕及22#枕之間。5#、6#、13#、21#和22#枕距離順坡終點(diǎn)的距離和加寬值列于圖1:
圖1 10 m弦軌向測量示意圖
CN系列道岔13#枕直外股軌向具體計(jì)算過程如下。
計(jì)算出CN 系列道岔每根軌枕位置的軌向標(biāo)準(zhǔn)值后,參考軌枕間距對軌向值進(jìn)行0.125 m 及0.25 m 內(nèi)插加密,軌距數(shù)值進(jìn)行同步內(nèi)插加密后,即可分別獲得CN 系列道岔動態(tài)(0.25 m數(shù)據(jù)間隔)及靜態(tài)(0.125 m數(shù)據(jù)間隔)模擬數(shù)據(jù)。
CN 系列道岔動靜態(tài)模擬數(shù)據(jù)可根據(jù)特征點(diǎn)位置與動靜態(tài)實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配后做對比分析。以2021 年5 月18 日連鎮(zhèn)高鐵灌南站1#岔動檢數(shù)據(jù)為例。
在WinDBC軟件中輸出道岔對應(yīng)里程位置檢測數(shù)據(jù)文本格式,并導(dǎo)入Excel 中。其中需注意,軌向?qū)崪y數(shù)據(jù)輸出參數(shù)選擇“左軌向弦測10 m”及“右軌向弦測10 m”。將數(shù)據(jù)導(dǎo)入Excel后,對數(shù)據(jù)進(jìn)行分列,保留道岔部分?jǐn)?shù)據(jù),刪除道岔以外多余數(shù)據(jù)。并將CN 系列道岔動態(tài)模擬數(shù)據(jù)導(dǎo)入該Excel 工作表中,使用實(shí)測數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)制作折線圖,根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)折線圖線形將模擬數(shù)據(jù)在Excel 中進(jìn)行里程調(diào)整,使實(shí)測數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)的折線圖匹配,匹配后的折線圖如圖2,對比差值列于表1。
表1 灌南站1#岔直外股軌向動檢數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)對比表
圖2 灌南站1#岔直外股軌向動檢數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)對比圖
通過對比分析可知,距道岔尖軌尖3.3 m 和16 m 位置存在兩處長度分別約為2.5 m 和3.5 m 偏差值約為1.5 mm 的軌向不平順病害。將模擬數(shù)據(jù)與實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析確定病害位置后,于當(dāng)日天窗內(nèi)使用傳統(tǒng)弦測法對此二處病害進(jìn)行復(fù)核檢查,檢查結(jié)果與對比分析結(jié)果一致。
使用C#編程語言模擬計(jì)算CN系列道岔每根軌枕位置的軌向標(biāo)準(zhǔn)值,再通過內(nèi)插加密方法模擬CN 系列道岔動態(tài)及靜態(tài)檢測波形圖,進(jìn)而與實(shí)測動靜態(tài)檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析確定病害準(zhǔn)確位置及偏差值。解決了傳統(tǒng)弦測法檢測CN 系列道岔效率低、精度低和無法檢測長波軌向不平順等問題。通過試驗(yàn),將本文提出的檢測分析方法與傳統(tǒng)弦測法進(jìn)行比較,試驗(yàn)結(jié)果表明,本文提出的方法的檢測結(jié)果與傳統(tǒng)弦測法檢測結(jié)果一致,可極大地提高了檢測分析的效率及精度。