双块式无砟轨道智能精调技术研究

双块式无砟轨道智能精调技术研究

侯龙杰

中铁三局集团有限公司  山西省太原市   030000

摘要：传统的CTRS双块式无砟轨道板的精调作业以人力为主，劳动强度高，施工成本高，且难以保证作业质量和效率。基于中铁三局渝昆高铁川渝段站前五标无砟轨道施工，运用系统集成、数控技术和算法分析，采用了机动性好、便于操作的CTRS双块式无砟轨道板智能快速精调设备，实现了与全站仪和布板软件的数据接口，能自动地进行数据测量、传输和调整量计算，智能地快速完成轨道板的机械化自动调整。采用了基于新型轨检小车测量系统的精调软件和精调机，能够实现测量数据读取准确率100％和伺服精准调节。新一代智能精调技术可以和现有轨检小车配合使用，实现了测量数据共享和控制精调输出，能够进一步提高无砟轨道智能精调水平，达到高标准和高质量建设无砟轨道目标。

关键词：双块式无砟轨道；精调作业；智能快速精调设备；作业自动化

引言

我国高速铁路无砟轨道主要采用双块式无砟轨道形式，总运营里程达到约6850.0km，占全国高速铁路运营里程的60%。随着“十四五”交通强国战略的提出，提升高速铁路建造水平迫在眉睫。针对目前双块式无砟轨道施工工艺，研制了新一代智能化施工工装，并逐步在工程应用，达到国内领先水平。

1智能化精调施工技术

1.1测量原理

CTRS双块式无砟轨道智能化精调技术主要包含新型嵌套式轨排支撑架技术和智能精调机器人技术两部分。将全站仪测量数据经由无线通讯系统实时发送到精调机器人控制系统，通过计算分析，将精调数据及精调动作指令发送至精调机器人执行系统，驱动机械臂将其自动准确定位到新型嵌套式轨排支撑架的竖向和横向调节螺杆上并与其连接，根据控制系统的精调数据及精调动作指令驱动轨排支撑架调节螺杆转动，从而完成对轨排各点高程和轨向的精确调整[1]。智能精调设计流程如图1所示，智能化精调技术效果设计如图2所示。

图1智能精调机器人自动化精调创新技术设计流程

图2 CTRS双块式无砟轨道智能化精调效果设计

1.2新型轨排智能精调机

基于上述第一代精调机存在的测量数据问题，利用现有轨检小车硬件和软件系统，优化了能够实时读取数据的新型轨排智能精调机。新型智能精调机主要包括精调软件、伺服执行机构及自动控制系统，能够实现轨道测量数据自动读取，自动传输，满足随测随调，无须反复调整。精调软件是一种集视窗操作系统、消息映射原理和子网络伺服运动控制算法于一体的创新型控制系统软件。该软件采用分布式控制系统结构，上层通过以太网总线ＵＤＰ协议接收来自上位机的运动控制输入指令，运动控制层采用ＣＡＮ总线对伺服电机进行控制[2]。其核心技术是采用数据寻址技术找到小车测量数据存储地址，直接从数据地址中抽取数据，从而保证数据的准确率达到100％。精调软件工作原理如图3所示。

图3精调软件工作原理

轨排智能精调软件控制界面如图4所示。其中，为实现抽取轨检小车测量数据，在测量数据窗口文字空白窗口输入新建的施工测量窗口名称；左轨、右轨和中心空白窗口会实时跟随轨检小车测量数据；精调作业时，可选择一键精调或先高程精调后横向精调作业模式。精调机硬件部分主要由主结构和执行机构（伺服电机－减速器－万向传动轴）组成，执行机构包括横向调整机构和高程调整机构，见图5所示。

图4控制界面       图5新型轨排精调机

新型轨排精调机是将轨检小车放置在精调机“肚子”中，精调机能够带动轨检小车前进，实现走停－测量－精调作业。但是，整套设备需要人工辅助推行，无法实现自动走行。同时，施工作业时，测量人员需要将轨检小车搬入精调机内部，现场测量人员操作不便。新型嵌套式轨排精调机主要解决嵌套式轨排精调无法自动走行和搬运轨检小车不便而研制。精调机配置自动走行系统，测量人员只需按钮操作精调机前进。精调机采用轨检小车前置式连接方式，测量人员只需将轨检小车摆放至精调机前方，放倒快连装置即可。具体操作流程为：首先，架设全站仪并摆放轨检小车；接着，设置全站仪参数并照准轨检小车棱镜；然后，将轨检小车推至精调机前方进行机械连接和网络连接；最后，设置精调软件窗口参数，操作精调机前进／后退进行精调作业[3]。

1.3 承轨台检测机器人

无砟轨道施工过程中，获得每个承轨台位置参数，是施工质量控制的必要工序。人工检测，费时费力，抽样检测对承轨台数据采集、分析不够，导致后续标准调整垫板大量更换，造成材料、人工成本与时间浪费。承轨台检测机器人可快速、全自动复测已完工道床板上的承轨台。承轨台检测机器人以全自动工作方式设备代替人工，对无砟轨道承轨台位置进行全面、高效、自动检测，工作效率是人工的 3 倍；计算、存储每个系统，可以存储每对承轨台位置，为扣件自动布放提供定位数据；根据检测数据，及时调整施工工艺，提高无砟轨道施工精度；根据检测数据，计算各个承轨台位置所需扣件精准规格，降低扣件更换率。

2智能化轨排精调要点

2.1智能化轨排精调方法

利用自动精调机器人和全站仪，利用全站仪对4对连续的CPⅢ点进行测量，自动调整，计算出设站的位置，精调机器人通过蓝牙信号自动读取精调小车数据，测量得到误差数据经过运动模型修正后，控制伺服调整器，驱动轨排调整螺杆转动，自动进行高程、中线定位。双块式无砟轨道精调机器人工作时，操作人员一键按下，全站仪测量、数据传输、位移量计算、调整器转动等，都由电脑控制自动、重复完成。

2.2智能化轨排精调优点

（1）高程精调采用两套伺服执行组件分别精调一个横梁的两个螺杆，安装范围300mm,精调精度0.3mm；（2）中线精调采用一套伺服执行组件精调横梁的横向调节螺杆，安装范围400mm,精调精度0.3mm；（3）工程使用机构紧凑，重量轻，施工方便；（4）轨排精调机器人能够大幅度减轻工人劳动强度，操作简单，作业效率高；（5）与精调小车复测误差0.01之内，完全满足施工需要[4]。

2.3智能化轨排精调注意事项

（1）所有的计量器具都要按照有关的标准进行定期的检验;（2）其他工程暂停在测量范围内进行;（3）钢轨在精调后要做好保护工作，不得践踏、碰撞;（4）在进行钢轨精密调整后，应及早进行混凝土浇筑，如遇外界干扰、或放置时间过长（12h），或环境温度变化大于15℃，则需再次进行检测，以确保其符合要求。

3结束语

双块式无砟轨道智能施工精调技术实现了智能精调机器人的自动化行走、智能精准定位、全站仪自动化精准测量、机械臂自动锁定调节螺杆、自动精准调整轨道位置、测量数据与后台控制系统实时无线传输等创新功能，有效地解决了现有无砟轨道施工粗调和精调工艺耗时费力、粗调误差大、精调作业时间窗口短及效率低下等问题，大大减少了精调人员和作业人员的工作量。

参考文献

[1]赵博.双块式无砟轨道智能化施工技术[J].装备制造技术，2020（10）：133-136，148.

[2]黄有鑫.双块式无砟轨道自动化施工工装研究[J].工程机械与维修，2021（3）：116-117.

［3］李本．CRTSⅠ型双块式无砟轨道轨排框架法施工技术［J］．建筑工程技术与设计，2020(1):62-64．

［4］吴维军，朱洪涛，孟繁国，等．高速铁路无砟轨道绝对测量模式分析与复合测量模式探讨［J］．铁道标准设计，2021，62(11):19-24．