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倾角传感器安装误差对轨道测量仪超高测量的影响 轨道测量仪倾角传感器的安装误差会造成经检定合格的不同轨道测量仪在测量同一段线路的轨道超高时测量结果不尽相同,甚至同一台仪器在不同线路状态的超高测量示值误差亦相差较大,为此,从轨道测量仪的超高测量原理出发,对倾角传感器的安装误差进行分类研究,重点分析了倾角传感器的双轴与轨道测量仪的横向、纵向均不平行时,其对轨道测量仪超高测量的影响,研究结果表明:为了满足轨道测量仪在线路任一位置的超高测量示值误差不大于±0.30 mm 的规范要求,倾角传感器的安装误差角度应不大于 0.5°。 随着我国高速铁路的不断发展,列车的行车速度越来越快,对轨道平顺性的要求也越来越高,而轨道静态检测是保证轨道高平顺性的关键工序[1-3] ,超高测量是轨道静态检测的主要工作之一,高速铁路轨道的超高作业验收允许偏差为 2 mm[4],而用于轨道超高测量的主要仪器—轨道测量仪的超高测量示值误差允许值仅为±0.30 mm[5] ,因此,应对轨道测量仪的超高测量引起足够重视, 而在实际工作中却发现,不同的经检定合格的轨道测量仪在测量同一段线路的轨道超高时,各测量结果却不尽相同,甚至同台设备在不同线路状态的超高测量示值误差都相差较大,直接造成对轨道实际超高的误判,这是因为轨道仪内置的倾角传感器的安装误差造成的,因此,有必要深入研究倾角传感器安装误差对轨道测量仪超高测量的影响,为今后的轨道检测、验收及维护提供一定的参考。 1 超高测量原理 超高是指轨道同一横截面内左右两股钢轨顶面的相对高差 h[6-7](如图 1 所示),超高计算式为 式中:L 为左右钢轨中心的间距,是计算超高的基准长度,φ 为钢轨顶面与水平面的夹角。 轨道测量仪的超高测量精度完全由夹角 θ 的测量精度决定,而夹角 φ 则由轨道测量仪内置的倾角传感器测出。 2 倾角传感器的安装误差 图 2(b)中,倾角传感器的 x 轴与轨道测量仪的横向存在夹角 λ,而 y 轴与纵向平行,则倾角传感器的 x轴零位与轨道测量仪的超高测量零位不一致,但此差值固定,可通过对轨道测量仪进行标定来补偿修正[9-11], 图 2(c)中,倾角传感器的 y 轴与轨道测量仪的纵向存在夹角 ε,而 x 轴与横向平行,则轨道测量仪的超高测量不受倾角传感器的 y 轴安装误差影响ꎮ图 2(d)中,倾角传感器的 x 轴、y 轴与轨道测量仪的横向、纵向均存在夹角 θ,此种情形对轨道测量仪超高测量的影响比较复杂,测量误差会随着轨道几何状态的变化而变化,且不能通过标定来补偿修正。 本文重点分析图 2( d)所示的倾角传感器的安装误差对轨道测量仪超高测量的影响。 3 超高测量误差分析 图 3 倾角传感器测量轴线与轨道状态的空间关系 图 3 中X 轴、Y 轴、Z 轴分别为轨道的横向、纵向和垂向,平面 ABDO 为水平面,而平面 EFCO 为存在坡度角度 γ 和超高角度 α 要素的实际轨道面,直线 GH为倾角传感器的测量轴线,其在水平面的投影直线MN 与轨道横向的夹角为 θ,则∠ HGI 为轨道测量仪的超高角度测量值 β,而线段 HI 即为超高测量值,但轨道的超高角度为 α,其对应的基准超高值应为线段CD,因此,由于倾角传感器的安装误差角度 θ,造成的轨道测量仪超高测量误差 Δh 为
将式(3)代入式(2),整理可得
式(5)即为由于倾角传感器安装误差造成的轨道测量仪超高测量误差。 对式(6)中的安装误差角度 θ 和坡度角度 γ,在其取值范围内取不同值,计算得到的超高测量误差,见表 1。 表 1 超高测量误差(单位mm) 4 结论 1)受安装误差的影响,倾角传感器的双轴与轨道测量仪的横、纵向并不相互平行,存在一定的夹角,使轨道测量仪的超高测量产生误差。 3)倾角传感器的安装误差对轨道测量仪在不同线路状态的超高测量影响不同,当线路不存在或只存在超高时,其对超高测量影响很小,可忽略不计,当线路存在坡度时,其对超高测量影响严重,尤其是当线路同时存在超高和坡度时,应更加注意超高测量的检核。 4)为了满足轨道测量仪在线路任一位置的超高测量示值误差不大于±0 30 mm 的规范要求ꎬ倾角传感器的安装误差角度应不大于 0.5°。 参考文献 |