CN118032188B - 一种有砟轨道智能顶推改道及力学状态快速测试方法、系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有砟轨道智能顶推改道及力学状态快速测试方法、系统，基于轨枕的预设改道量计算所需做功；拆除轨枕扣件、将顶推装置固定安装于轨枕上，使顶推装置的输出端与轨枕之上的钢轨接触；启动顶推装置，实时监测顶推装置推力、轨枕横向位移，并基于顶推装置推力与轨枕横向位移实时计算顶推装置的做功；当所述顶推装置的做功等于所述所需做功时，关停顶推装置，输出道床与轨枕间的横向阻力。本发明的目的在于提供一种有砟轨道智能顶推改道及力学状态快速测试方法、系统，以解决现有技术中有砟轨道改道作业存在的精度差、效率低等问题，实现智能确定轨枕推移量、提高改道作业精度的目的。

Description

一种有砟轨道智能顶推改道及力学状态快速测试方法、系统

技术领域

本发明涉及有砟轨道改道作业领域，具体涉及一种有砟轨道智能顶推改道及力学状态快速测试方法、系统。

背景技术

有砟轨道的扣件改道作业是调整轨距、轨向，确保线路方向顺直的重要措施，其通过改变轨枕与钢轨的相对位置实现。传统的改道作业施工方法，是先拆除钢轨一侧的扣件，再通过撬棍调整轨枕与钢轨的横向相对位置加以实现。这种传统的作业施工方法具有精度较差，自动化程度低的问题；尤其是对于道岔区长岔枕而言，由于横向阻力较大，这种传统作业施工方法还存在人工撬动轨枕人力消耗大、推力不足、精度差，可能损坏钢轨等一系列问题。

此外，现有技术中虽然也出现了一些通过驱动设备推动来替代人工撬动的技术手段，但是由于道床存在弹性，卸载后轨枕在横向上会发生一定程度的回弹，使得难以控制改道精度，而现有技术对此还没有很好的解决措施，只能够通过不断测量并修正轨枕横向位移量的方式来克服，导致改道作业效率较为低下。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有砟轨道智能顶推改道及力学状态快速测试方法、系统，以解决现有技术中有砟轨道改道作业存在的精度差、效率低等问题，实现智能确定轨枕推移量、提高改道作业精度的目的。

本发明通过下述技术方案实现：

一种有砟轨道智能顶推改道及力学状态快速测试方法，包括：

基于轨枕的预设改道量计算所需做功；

拆除轨枕扣件、将顶推装置固定安装于轨枕上，使顶推装置的输出端与轨枕之上的钢轨接触；

启动顶推装置，实时监测顶推装置推力、轨枕横向位移，并基于顶推装置推力与轨枕横向位移实时计算顶推装置的做功；

当所述顶推装置的做功等于所述所需做功时，关停顶推装置，输出道床与轨枕间的横向阻力。

针对现有技术中人工撬动轨枕难度大、精度差、效率等的问题，本发明首先提出一种有砟轨道智能顶推改道及力学状态快速测试方法，本方法首先进行改道前的准备工作，包括：基于轨枕的预设改道量计算出本次改道所需做功，拆除轨枕扣件、将顶推装置固定于轨枕上，使顶推装置的输出端与轨枕上的钢轨接触。之后进行改道作业：启动顶推装置，实时监测顶推装置推力、轨枕横向位移，并基于顶推装置推力与轨枕横向位移实时计算顶推装置的做功；当顶推装置的做功等于上文计算出的所需做功时，即可关停顶推装置，此时即已经完成了所需的改道作业；并且基于改道作业过程中顶推装置推力和轨枕横向位移的实时数据，即可得到并输出道床与轨枕间的横向阻力。

本方法相较于现有技术而言：通过顶推装置提供横向推力，替代人工撬棍作业方式，克服了人工撬棍方法推力不足的问题；通过计算理论上的所需做功值并与实际做功的大小相比较，以此定位轨枕推移量，相较于现有技术中依靠人工测量轨枕位移、并与所需改道量进行对比的定位方式相比，明确了在推动轨枕时更加科学的定位与止停方式，显著提高了对有砟轨道顶推改道的施工效率与精度，更加有利于改道作业的智能化、自动化运用。

此外，由于本方法在执行过程中会实时监测顶推装置推力、轨枕横向位移，因此在改道作业完成后可得到作业过程中完整的监测顶推装置推力、轨枕横向位移随时间变化数据，进而可计算出道床与轨枕间的横向阻力，所以本方法还可在有砟轨道的顶推改道过程中，得到每根被改道的轨枕与道床之间的力学状态，在完成改道作业的同时获取大量现场实际数据，为后续的施工作业或轨道设计等提供更详细的参考资料。

进一步的，所述所需做功通过如下公式计算：

Jc=J+J _e；

式中：Jc为所需做功，J为推移轨枕所需能量，J _e为克服轨枕回弹的修正功。

可以看出，本方案在计算所需做功时，不仅考虑了推移轨枕所需能量，还考虑了轨枕回弹的影响，因此通过本方案所计算得到的所需做功，可克服轨枕回弹对改道作业的不利干扰，解决了现有技术中需要不断测量并修正轨枕横向位移量的问题，显著提高了改道作业效率，并有效确保了轨枕的最终横移精度。

进一步的，推移轨枕所需能量J通过如下公式计算：

；

式中：J为推移轨枕所需的能量，x为轨枕横向位移，w为轨枕的预设改道量；且x≤w。

推移轨枕所需能量通过对轨枕实际的横向位移积分可得。

进一步的，克服轨枕回弹的修正功J _e通过如下公式计算：

；

式中：w为轨枕的预设改道量，F _ltr 为道床与轨枕间的横向阻力。

本方案创造性的基于轨枕的预设改道量与道床与轨枕间的横向阻力，计算得到克服轨枕回弹的修正功，经验证计算结果具有良好准确性，可广泛用于现场实际作业中。

进一步的，所述顶推装置共两个；在拆除轨枕扣件后，将两个顶推装置分别置于轨枕上方的两根钢轨的同侧方向，使两个顶推装置的输出端分别与两根钢轨接触。

本方案可解决长轨枕、长岔枕等存在单点推移时精度不高、压力分布不均匀的问题；同时由两个顶推装置分别作用在两根钢轨上，可提高下方轨枕的受力均匀性，提高轨枕的移动稳定性。

进一步的，所述顶推装置的做功通过如下公式计算：

；

式中：J _w为顶推装置的做功，f _s1、f _s2分别为两个顶推装置在轨枕横向位移为0.1mm时的推力，s _s为轨枕的实时横向位移，f _e1、f _e2分别为两个顶推装置在轨枕横向位移为s _s时的推力。

本公式计算得到的顶推装置的做功，即是指当顶推装置将轨枕顶推至移动s _s距离时，顶推装置的整体做功。

进一步的，所述道床与轨枕间的横向阻力通过如下公式计算：

；

式中：F _ltr 为道床与轨枕间的横向阻力，f ₁₁、f ₂₂分别为两个顶推装置在轨枕横向位移为2mm时的推力。

在需要进行改道作业时，轨枕与钢轨之间的相对位移一般都会大于2mm，即预设改道量大于2mm，因此本方案以轨枕横向位移为2mm时的推力作为计算横向阻力的已知参数，此种方法在工程上稳定可行。

进一步的，启动顶推装置后，实时监测两个顶推装置的推力：若其中一个顶推装置的推力大于另一个顶推装置推力的1.5倍，则暂停增加推力更大的顶推装置的推力、由推力更小的顶推装置继续增加推力。本方案可更加确保轨枕的受力均匀性与移动稳定性，同时使得两个顶推装置共同承载，避免过度依赖其中一个顶推装置而导致容易受损。

进一步的，所述顶推装置推力通过压力传感器进行监测，所述轨枕横向位移通过位移传感器进行监测。其中压力传感器、位移传感器的具体类型以及安装位置等在此不做限定，本领域技术人员通过压力传感器、位移传感器能够实现的任意压力监测、位移检测手段均可适用于本申请中。

一种有砟轨道智能顶推改道及力学状态快速测试系统，用于执行本申请的有砟轨道智能顶推改道及力学状态快速测试方法，包括：

顶推装置，用于可拆卸连接在轨枕上，并向轨枕之上的钢轨施加横向推力；

监测组件，用于监测顶推装置推力与轨枕横向位移，并将监测结果实时发送至终端；

终端，用于基于轨枕的预设改道量计算所需做功、基于所述监测结果计算顶推装置的做功；并在作业过程中计算道床与轨枕间的横向阻力，在所述顶推装置的做功等于所述所需做功时发出停止作业信号；

所述终端包括人机交互模块，人机交互模块用于向所述终端输入预设改道量，并实时显示顶推装置的做功和/或顶推装置的做功与所述所需做功的差值，并在停止作业后显示道床与轨枕间的横向阻力。

本系统中的终端包括但不限于常见的智能手机、台式或移动式计算机、遥控器或云端服务器/处理器等。

本系统可通过终端的停止作业信号提示现场工作人员停止加载、或直接由终端的停止作业信号对各顶推装置进行自动控制，更加有利于改道作业的智能化、自动化发展。

其中，终端与监测组件之间的通信可采用任意现有有线或无线通信方式实现。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明一种有砟轨道智能顶推改道及力学状态快速测试方法、系统，通过顶推装置提供横向推力，替代人工撬棍作业方式，克服了人工撬棍方法推力不足的问题。

2、本发明一种有砟轨道智能顶推改道及力学状态快速测试方法、系统，通过计算理论上的所需做功值并与实际做功的大小相比较，以此定位轨枕推移量，相较于现有技术中依靠人工测量轨枕位移、并与所需改道量进行对比的定位方式相比，明确了在推动轨枕时更加科学的定位与止停方式，显著提高了对有砟轨道顶推改道的施工效率与精度，更加有利于改道作业的智能化、自动化运用。

3、本发明一种有砟轨道智能顶推改道及力学状态快速测试方法、系统，改道作业完成后即可得到道床与轨枕间的横向阻力，所以还可在有砟轨道的顶推改道过程中，得到每根被改道的轨枕与道床之间的力学状态，在完成改道作业的同时获取大量现场实际数据，为后续的施工作业或轨道设计等提供更详细的参考资料。

4、本发明一种有砟轨道智能顶推改道及力学状态快速测试方法、系统，在计算所需做功时，不仅考虑了推移轨枕所需能量，还考虑了轨枕回弹的影响，因此可克服轨枕回弹对改道作业的不利干扰，解决了现有技术中需要不断测量并修正轨枕横向位移量的问题，显著提高了改道作业效率，并有效确保了轨枕的最终横移精度。

5、本发明一种有砟轨道智能顶推改道及力学状态快速测试方法、系统，可解决长轨枕、长岔枕等存在单点推移时精度不高、压力分布不均匀的问题；同时由两个顶推装置分别作用在两根钢轨上，可提高下方轨枕的受力均匀性，提高轨枕的移动稳定性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明具体实施例的流程示意图；

图2为本发明具体实施例的系统示意图；

图3为本发明具体实施例中顶推装置的安装侧视图；

图4为本发明具体实施例中改道作业过程的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-钢轨，2-轨腰顶伸承台，3-压力传感器，4-输出端，5-直线驱动设备，6-把手，7-螺栓锁扣，8-位移传感器，9-轨枕。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

一种有砟轨道智能顶推改道及力学状态快速测试方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1、安装顶推装置：拆除轨枕扣件、将两个顶推装置分别置于轨枕上方的两根钢轨的同侧方向，使两个顶推装置的输出端分别与两根钢轨的轨腰区域接触。

步骤2、启动顶推装置，通过压力传感器实时监测顶推装置推力、通过位移传感器实时监测轨枕横向位移；在此过程中：

当轨枕横向位移为0.1mm时，将此时两个顶推装置的推力分别记为f _s1、f _s2；

当轨枕横向位移为2mm时，将此时两个顶推装置的推力分别记为f ₁₁、f ₂₂，并基于轨枕的预设改道量计算所需做功Jc；

式中：Jc为所需做功；J为推移轨枕所需能量；J _e为克服轨枕回弹的修正功；x为轨枕横向位移，w为轨枕的预设改道量，且x≤w；w为轨枕的预设改道量；F _ltr 为道床与轨枕间的横向阻力。

步骤3、自轨枕横向位移2mm开始，实时计算顶推装置的做功J _w：

；

式中：J _w为顶推装置的做功，s _s为轨枕的实时横向位移，f _e1、f _e2分别为两个顶推装置在轨枕横向位移为s _s时的推力。

步骤4、判断：当J _w=Jc时，关停所有顶推装置，输出道床与轨枕间的横向阻力F _ltr 。

可以看出，本实施例适用于预设改道量大于2mm时使用，当然这在绝大多数的改道作业工况下均可得到满足。

更为优选的实施方式中，在实时监测两个顶推装置的推力时，若发现其中一个顶推装置的推力大于另一个顶推装置推力的1.5倍，则暂停增加推力更大的顶推装置的推力、由推力更小的顶推装置继续增加推力；即是在此种情况下，保持推力较大的那个顶推装置的推动力不变，通过推力较小的那个顶推装置来增大总的推动力。

实施例2

一种有砟轨道智能顶推改道及力学状态快速测试系统，如图2所示，包括：

顶推装置，用于可拆卸连接在轨枕上，并向轨枕之上的钢轨施加横向推力；

监测组件，用于监测顶推装置推力与轨枕横向位移，并将监测结果实时发送至终端；

终端，用于基于轨枕的预设改道量计算所需做功、基于所述监测结果计算顶推装置的做功；并在作业过程中计算道床与轨枕间的横向阻力，在所述顶推装置的做功等于所述所需做功时发出停止作业信号；

所述终端包括人机交互模块，人机交互模块用于向所述终端输入预设改道量，并实时显示顶推装置的做功和/或顶推装置的做功与所述所需做功的差值，并在停止作业后显示道床与轨枕间的横向阻力。

本实施例中，监测组件包括压力传感器、位移传感器；通过压力传感器监测顶推装置推力，通过位移传感器监测轨枕横向位移，并将监测结果实时发送至终端；

本实施例中，终端采用智能手机，与监测组件之间通过蓝牙实现无线通信。

优选的，可在智能手机内安装配套app实现所需的人机交互功能；如以下任意一种或多种功能：

输入预设改道量；

实时显示顶推装置推力和/或轨枕横向位移的数值和/或曲线；

实时显示顶推装置的做功；

实时显示顶推装置的做功与所述所需做功的差值；

当某侧顶推装置的推力大于另一个顶推装置推力的1.5倍时，提示由另一侧的顶推装置增大推力；

判断J _w=Jc时，显示作业完成的图像；

在作业完成后显示道床与轨枕间的横向阻力。

实施例3

一种顶推装置，可用于上述任一实施例中，如图3与图4所示，包括直线驱动设备5、用于操作所述直线驱动设备5的把手6、用于将直线驱动设备5连接在指定位置的螺栓锁扣7，所述直线驱动设备5具有输出端4，所述输出端4连接轨腰顶伸承台2，压力传感器3安装在轨腰顶伸承台2与输出端4之间。

本实施例中，直线驱动设备5优选为液压千斤顶。

在安装时，首先拆除轨枕扣件，然后通过螺栓锁扣7将直线驱动设备5临时固定连接在轨枕9上，使把手6与顶推方向保持一致；然后在钢轨1的另一侧设置位移传感器8。之后打开手机终端，通过蓝牙将两个压力传感器、两个位移传感器与手机终端相连。

在使用时，下压把手6驱动液压千斤顶，通过轨腰顶伸承台2将压力传递至钢轨1，通过压力传感器3记录顶推过程中的顶推力，通过螺栓锁扣7将顶推过程中顶推力传递至轨枕，在顶推过程中轨枕与直线驱动设备5、把手6和螺栓锁扣7保持相对静止，通过输出端4的伸缩，由液压千斤顶驱动轨枕横向推移，并通过位移传感器8记录轨枕的横向位移。

此外，可通过手机终端内置的app对压力与位移数据进行实时显示，两侧的液压千斤顶由两人同时操作，当单侧压力超出另一侧50%后，app提示暂定该侧施压、由另一侧施压。app内部可判定是否满足改道条件：当达到J _w=Jc的条件时，则提示作业完成，并输出横向阻力。

当然，本实施例中的手机终端也可由其它可移动的终端设备或云端处理器进行替代。

需要说明的是，在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，在本文中使用的术语“连接”在不进行特别说明的情况下，可以是直接相连，也可以是经由其他部件间接相连。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种有砟轨道智能顶推改道及力学状态快速测试方法，其特征在于，包括：

基于轨枕的预设改道量计算所需做功；

拆除轨枕扣件、将顶推装置安装于轨枕上，使顶推装置的输出端与轨枕之上的钢轨接触；

启动顶推装置，实时监测顶推装置推力、轨枕横向位移，并基于顶推装置推力与轨枕横向位移实时计算顶推装置的做功；

当所述顶推装置的做功等于所述所需做功时，关停顶推装置，输出道床与轨枕间的横向阻力；

所述所需做功通过如下公式计算：

Jc=J+J _e；

式中：Jc为所需做功，J为推移轨枕所需能量，J _e为克服轨枕回弹的修正功；

推移轨枕所需能量J通过如下公式计算：

；

式中：J为推移轨枕所需的能量，x为轨枕横向位移，w为轨枕的预设改道量；且x≤w；

克服轨枕回弹的修正功J _e通过如下公式计算：

；

式中：w为轨枕的预设改道量，F _ltr 为道床与轨枕间的横向阻力。

2.根据权利要求1所述的一种有砟轨道智能顶推改道及力学状态快速测试方法，其特征在于，所述顶推装置共两个；在拆除轨枕扣件后，将两个顶推装置分别置于轨枕上方的两根钢轨的同侧方向，使两个顶推装置的输出端分别与两根钢轨接触。

3.根据权利要求2所述的一种有砟轨道智能顶推改道及力学状态快速测试方法，其特征在于，所述顶推装置的做功通过如下公式计算：

；

式中：J _w为顶推装置的做功，f _s1、f _s2分别为两个顶推装置在轨枕横向位移为0.1mm时的推力，s _s为轨枕的实时横向位移，f _e1、f _e2分别为两个顶推装置在轨枕横向位移为s _s时的推力。

4.根据权利要求2所述的一种有砟轨道智能顶推改道及力学状态快速测试方法，其特征在于，所述道床与轨枕间的横向阻力通过如下公式计算：

；

式中：F _ltr 为道床与轨枕间的横向阻力，f ₁₁、f ₂₂分别为两个顶推装置在轨枕横向位移为2mm时的推力。

5.根据权利要求2所述的一种有砟轨道智能顶推改道及力学状态快速测试方法，其特征在于，启动顶推装置后，实时监测两个顶推装置的推力：

若其中一个顶推装置的推力大于另一个顶推装置推力的1.5倍，则暂停增加推力更大的顶推装置的推力、由推力更小的顶推装置继续增加推力。

6.根据权利要求1~5中任一所述的一种有砟轨道智能顶推改道及力学状态快速测试方法，所述顶推装置推力通过压力传感器进行监测，所述轨枕横向位移通过位移传感器进行监测。

7.一种有砟轨道智能顶推改道及力学状态快速测试系统，其特征在于，用于执行如权利要求1~6中任一所述的有砟轨道智能顶推改道及力学状态快速测试方法，其特征在于，包括：

顶推装置，用于可拆卸连接在轨枕上，并向轨枕之上的钢轨施加横向推力；

监测组件，用于监测顶推装置推力与轨枕横向位移，并将监测结果实时发送至终端；

终端，用于基于轨枕的预设改道量计算所需做功、基于所述监测结果计算顶推装置的做功；并在作业过程中计算道床与轨枕间的横向阻力，在所述顶推装置的做功等于所述所需做功时发出停止作业信号；

所述终端包括人机交互模块，人机交互模块用于向所述终端输入预设改道量，并实时显示顶推装置的做功和/或顶推装置的做功与所述所需做功的差值，并在停止作业后显示道床与轨枕间的横向阻力。