用於火箭垂直轉運軌道超寬軌距精調與平順性的檢測方法
2023-07-15 10:54:51 3
用於火箭垂直轉運軌道超寬軌距精調與平順性的檢測方法
【專利摘要】本發明涉及轉運軌道精調、軌道平順性檢測領域，具體為一種用於火箭垂直轉運軌道超寬軌距軌道精調與平順性的檢測方法，解決採用傳統方法測量精度低、費時費力等問題，包括坐標系統建立，利用預埋錨栓套管工裝進行承壓板精調，利用軌道精調工裝進行軌道水平和垂直方向位移的調整，其中包含直線段精調和曲線段精調，利用軌道精調工裝進行軌道三維平順性分析。根據線路參數計算邊樁距和線路中樁距，根據邊樁距和中樁距進行精調，採用線路參數計算其絕對位置差，分析鋼軌的絕對三維空間平順性；通過直線度、圓度和平面度分析鋼軌的相對平順性，檢測方法精度高、省時省力，填補了關於火箭垂直轉運軌道超寬軌距精調與平順性檢測技術的空白。
【專利說明】用於火箭垂直轉運軌道超寬軌距精調與平順性的檢測方法【技術領域】
[0001]本發明涉及轉運軌道精調、軌道平順性檢測領域，具體為一種用於火箭垂直轉運軌道超寬軌距軌道精調與平順性的檢測方法。
【背景技術】
[0002]火箭垂直轉運軌道是指將火箭由垂直總裝測試廠房運輸至火箭固定勤務塔的新一代運載火箭轉運專用軌道，軌道分直線段和轉彎段兩種線形，採用QU120無縫鋼軌，軌道中心距20m，直線段軌道坡度要求不大於0.05%，其它軌道(即運行段)坡度要求不大於
0.1%,道岔6個，其中單分道岔4個(兩兩對稱)，交叉道岔2個。目前我國四大發射場的轉運軌道都是直線形式，直線+曲線形式的轉運軌道為第一個，轉運軌道的平順性、穩定性、精度和標準要求高，傳統的測量方法是:軌距通過鋼尺測量獲得，高程通過水準儀測量，並且只能針對直線段軌道精調，轉彎段形式的轉運軌道的平順性精調還沒有先例。現有的測量方法精度低、費時、費力、反覆測量反覆調整，所測得的數據不能充分反映軌道幾何狀態的長、短波，從而影響轉運軌道的高平順性。因此，研發一種用於火箭垂直轉運軌道超寬軌距精調與平順性的檢測方法已成必要。
【發明內容】
[0003]本發明為了解決現有運載火箭轉運專用軌道採用傳統方法測量時精度低、費時費力等問題，提供一種用於火箭垂直轉運軌道超寬軌距軌道精調與平順性的檢測方法。
[0004]本發明是採用如下技術方案實現的:一種用於火箭垂直轉運軌道超寬軌距精調與平順性的檢測方法，包括以下步驟:
1)坐標系統建立·
2)利用預埋錨栓套管工裝進行承壓板精調
所述預埋錨栓套管工裝是根據螺母尺寸和錨栓高度設計，結構包括與承壓板上預埋錨栓孔相互配合的螺母以及固定在螺母中心位置的套管，螺母的對稱三個面分別設有第三鋼珠，套管頂部開有花瓣形球稜鏡支撐槽，花瓣形球稜鏡支撐槽內設有三個反相弧支撐點位，三個反相弧支撐點位的中心與球稜鏡的中心重合；
精調方法為:承壓板進行粗鋪後，在透過承壓板的預埋錨栓上架設預埋錨栓套管工裝，自主研發的軟體會自動計算其錨栓頂部三維坐標，然後根據三維坐標驅動自動化全站儀照準預埋錨栓套管工裝上的球型稜鏡並測量球型稜鏡中心的三維坐標；根據測量出的球型稜鏡三維坐標軟體會自動計算出預埋錨栓的邊樁距差和承壓板的高程差，邊樁距差即可檢查預埋錨栓在整體線路中的預埋精度，高程差即可進行承壓板精調；
3)利用軌道精調工裝進行軌道水平和垂直方向位移的調整
所述軌道精調工裝時根據軌道橫截面參數設計，整體結構呈「廠」字型，包括與軌道側面相互配合的側向定位板、與軌道頂面相互配合的水平向定位板，側向定位板和水平向定位板之間的夾角α為95.7°，側向定位板內側設有兩個與軌道內側邊緣接觸的第一鋼珠，第一鋼珠的直徑為16mm，相鄰第一鋼珠之間的水平距離a為50.1mm，水平向定位板下方設有三個與軌道頂面三點接觸的第二鋼珠，第二鋼珠的直徑為11.9mm，三個第二鋼珠根據軌道頂面弧設計成等腰三角形，其中位於等腰三角形頂點的鋼珠到底邊的垂直距離b為40mm，位於等腰三角形底邊的兩個鋼珠之間的水平距離c為42mm，這個兩個鋼珠的中心到側向定位板的垂直距離d為50.2mm，頂點與底邊到弧頂的距離相等，水平向定位板上方開有花瓣形球稜鏡支撐槽，花瓣形球稜鏡支撐槽內設有三個反相弧支撐點位，三個反相弧支撐點位的中心與球稜鏡的中心重合；
檢測方法為:
1)直線段精調:精調時根據施工進度採用單軌精調法與雙軌同調法:
a)單軌精調法是單條軌道進行粗鋪後，在其單條直線軌道上每隔三對扣件架設軌道精調工裝，逐個測量其每個點的三維坐標，通過每個點的三維坐標與調用單軌直線線路參數進行高斯勒讓德反算，通過迭代法迭代出其三維坐標在線路中的邊樁距，邊樁距即是在線路中的橫向調整量，調整方向通過支距D的左負右正原則給出，即計算出負值意味向右調整，計算出正直反之；通過測量的高程與設計高程之差為軌道縱向調整量，通過調整量即可調整軌道的橫向和垂直位移；
b)雙軌精調法是兩條軌道進行粗鋪後，在其兩條直線軌道上每隔三對扣件同時對稱架設軌道精調工裝，逐個測量其每個點的三維坐標，通過每個點的三維坐標與調用直線中線線路參數進行高斯勒讓德反算，通過迭代法迭代出其每個三維坐標在線路中的邊樁距，根據邊樁距與半軌距之差即可得出軌道在線路中的橫向調整量；通過測量的高程與設計高程之差為軌道縱向調整量，通過調整量即可調整軌道的橫向和垂直位移；
2)曲線段精調:根據測點在線路方向中的切線的法線方向來判斷橫向調整方向，精調時根據施工進度採用單軌精調法與雙軌同調法:
a)單軌精調法是單條軌道進行粗鋪後，在其單條曲線軌道上每個扣件上架設軌道精調工裝，逐個測量其每個點的三維坐標，通過每個點的三維坐標與調用單軌曲線線路參數進行高斯勒讓德反算，通過迭代法迭代出其三維坐標在線路中的邊樁距，邊樁距即是在線路中的橫向調整量，調整方向為測點在線路方向中的切線的法線方向，通過支距D的左負右正原則給出，即計算出負值意味向右調整，計算出正直反之；通過測量的高程與設計高程之差為軌道縱向調整量，通過調整量即可調整軌道的橫向和垂直位移；
b)雙軌精調法是兩條軌道進行粗鋪後，在其兩條曲線軌道上每個扣件同時對稱架設軌道精調工裝，逐個測量其每個點的三維坐標，通過每個點的三維坐標與調用曲線中線線路參數進行高斯勒讓德反算，通過迭代法迭代出其每個三維坐標在線路中的邊樁距，根據邊樁距與半軌距之差即可得出軌道在線路中的橫向調整量，調整方向為測點在線路方向中的切線的法線方向；通過測量的高程與設計高程之差為軌道縱向調整量，通過調整量即可調整軌道的橫向和垂直位移；
3)利用軌道精調工裝進行軌道三維平順性分析
在軌道上架設軌道精調工裝，每個扣件上方各放置一次，分別測量所有採集點的三維坐標，將其三維坐標通過高斯勒讓德反算出邊樁距，邊樁距與半軌距的各點偏差形成短波與長波圖，即可分析出線路的橫向絕對平順性，各點的高程與設計高程之差即為縱向絕對平順性；將所有採集點的三維坐標同時進行直線度、圓度與平面度分析，橫向分析出各點的偏差反映出軌道三維空間橫向的相對平順性，縱向分析出各點的偏差反映出軌道三維空間縱向的平順性。
[0005]所述軌道精調工裝和預埋錨栓套管工裝的花瓣形球稜鏡支撐槽中心位置嵌固有強磁鐵，充分保證球稜鏡的復現精度，防止球稜鏡滑落，確保球稜鏡與鋼軌的緊密結合。
[0006]本發明解決了超寬軌距的精密安裝和平順性分析，採用高斯勒讓德算法根據線路參數準確計算邊樁距和線路中樁距，根據邊樁距和中樁距進行精調，採用線路參數計算其絕對位置差，分析鋼軌的絕對三維空間平順性；通過直線度、圓度和平面度分析鋼軌的相對平順性，檢測方法精度高、省時省力，填補了關於火箭垂直轉運軌道超寬軌距精調與平順性檢測技術的空白，具有很好的推廣應用價值。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]圖1為軌道精調工裝的結構示意圖；
圖2為軌道精調工裝的側視圖；
圖3為水平向定位板的俯視圖；
圖4為預埋螺栓套管工裝的結構示意圖；
圖5為預埋螺栓套管工裝的側視圖；
圖6為預埋螺栓套管工裝的俯視圖；
圖中:1-側向定位板；2_水平向定位板；3_第一鋼珠；4_第二鋼珠；5_花瓣形球稜鏡支撐槽；6_三個反相弧支撐點位；7_螺母；8_套管；9_第三鋼珠。
【具體實施方式】
[0008]一種用於火箭垂直轉運軌道超寬軌距精調與平順性的檢測方法，包括以下步驟:
(1)坐標系統建立
全站儀任意架設，任意測量兩個已知點，可計算出任意測量的坐標系統和已知坐標系統的轉換參數，然後測量出其他任一點的坐標，通過轉換參數即可算出已知坐標系統的坐標；
(2)利用預埋錨栓套管工裝進行承壓板精調
所述預埋錨栓套管工裝是根據螺母尺寸和錨栓高度設計，如圖4、5、6所示，結構包括與承壓板上預埋錨栓孔相互配合的螺母7以及固定在螺母中心位置的套管8，螺母長度為25mm,套管長度為80mm，螺母的對稱三個面分別設有三鋼珠9，套管頂部開有花瓣形球稜鏡支撐槽5，花瓣形球稜鏡支撐槽內設有三個反相弧支撐點位,三個反相弧支撐點位的中心與球稜鏡的中心重合；
精調方法為:承壓板進行粗鋪後，在透過承壓板的預埋錨栓上架設預埋錨栓套管工裝，自主研發的軟體會自動計算其錨栓頂部三維坐標，然後根據三維坐標驅動自動化全站儀照準預埋錨栓套管工裝上的球型稜鏡並測量球型稜鏡中心的三維坐標；根據測量出的球型稜鏡三維坐標軟體會自動計算出預埋錨栓的邊樁距差和承壓板的高程差，邊樁距差即可檢查預埋錨栓在整體線路中的預埋精度，高程差即可進行承壓板精調；
(3)利用軌道精調工裝進行軌道水平和垂直方向位移的調整
所述軌道精調工裝時根據軌道橫截面參數設計，整體結構呈「廠」字型，如圖1、2、3所示，包括與軌道側面相互配合的側向定位板1、與軌道頂面相互配合的水平向定位板2，側向定位板和水平向定位板之間的夾角α為95.7°，側向定位板內側設有兩個與軌道內側邊緣接觸的第一鋼珠3，第一鋼珠的直徑為16mm，相鄰第一鋼珠之間的水平距離a為50.1mm，水平向定位板下方設有三個與軌道頂面三點接觸的第二鋼珠4，第二鋼珠的直徑為11.9mm，三個第二鋼珠根據軌道頂面弧設計成等腰三角形，其中位於等腰三角形頂點的鋼珠到底邊的垂直距離b為40mm，位於等腰三角形底邊的兩個鋼珠之間的水平距離c為42mm，這個兩個鋼珠的中心到側向定位板的垂直距離d為50.2mm，頂點與底邊到弧頂的距離相等((弧頂指的是軌道面上的弧頂，由於軌道面並不是平面，而是1000米半徑的一小段弧)，如圖3所示，水平向定位板上方開有花瓣形球稜鏡支撐槽5，花瓣形球稜鏡支撐槽內設有三個反相弧支撐點位6，三個反相弧支撐點位的中心與球稜鏡的中心重合；
精調方法為:
1)直線段精調:精調時可根據施工進度採用單軌精調法與雙軌同調法:
a)單軌精調法是單條軌道進行粗鋪後，在其單條直線軌道上每隔三對扣件架設軌道精調工裝，逐個測量其每個點的三維坐標，通過每個點的三維坐標與調用單軌直線線路參數進行高斯勒讓德反算，通過迭代法迭代出其三維坐標在線路中的邊樁距，邊樁距即是在線路中的橫向調整量，方向通過支距D的左負右正原則給出，即計算出負值意味向右調整，計算出正直反之；通過測量的高程與設計高程之差為軌道縱向調整量，通過調整量即可調整軌道的橫向和垂直位移；
b)雙軌精調法是兩條軌道進行粗鋪後，在其兩條直線軌道上每隔三對扣件同時對稱架設軌道精調工裝，逐個測量其每個點的三維坐標，通過每個點的三維坐標與調用直線中線線路參數進行高斯勒讓德反算，通過迭代法迭代出其每個三維坐標在線路中的邊樁距，根據邊樁距與半軌距之差即可得出軌道在線路中的橫向調整量；通過測量的高程與設計高程之差為軌道縱向調整量，通過調整量即可調整軌道的橫向和垂直位移；
2)曲線段精調:在直線段很容易分清橫向位移方向，但是在曲線段，由於曲線半徑過小，在精調過程中又無法分清橫向的調整方向，所以根據實際情況我們研發出通過測點在線路方向中的切線的法線方向來判斷橫向調整方向。精調時亦可根據施工進度採用單軌精調法與雙軌同調法:
a)單軌精調法是單條軌道進行粗鋪後，在其單條曲線軌道上每個扣件上架設軌道精調工裝，逐個測量其每個點的三維坐標，通過每個點的三維坐標與調用單軌曲線線路參數進行高斯勒讓德反算，通過迭代法迭代出其三維坐標在線路中的邊樁距，邊樁距即是在線路中的橫向調整量，調整方向為測點在線路方向中的切線的法線方向，通過支距D的左負右正原則給出向左向右值；通過測量的高程與設計高程之差為軌道縱向調整量，通過調整量即可調整軌道的橫向和垂直位移；
b)雙軌精調法是兩條軌道進行粗鋪後，在其兩條曲線軌道上每個扣件同時對稱架設軌道精調工裝，逐個測量其每個點的三維坐標，通過每個點的三維坐標與調用曲線中線線路參數進行高斯勒讓德反算，通過迭代法迭代出其每個三維坐標在線路中的邊樁距，根據邊樁距與半軌距之差即可得出軌道在線路中的橫向調整量，調整方向為測點在線路方向中的切線的法線方向；通過測量的高程與設計高程之差為軌道縱向調整量，通過調整量即可調整軌道的橫向和垂直位移；(4)利用軌道精調工裝進行軌道三維平順性分析
分析方法為:在軌道上架設軌道精調工裝，每個扣件上方各放置一次，測量其三維坐標，將其三維坐標通過高斯勒讓德反算出邊樁距，邊樁距與半軌距的各點偏差形成短波與長波圖，即可分析出線路的橫向絕對平順性，各點的高程與設計高程之差即為縱向絕對平順性。將所有採集點的三維空間數據同時進行直線度、圓度與平面度分析，橫向的各點偏差反映出軌距的變化即軌道三維空間橫向的相對平順性，縱向分析出各點的偏差反映出軌道三維空間縱向的平順性，所以通過自主研發的三維空間平順性分析系統既方便實現軌道絕對位置三維空間平順性分析又容易實現相對位置的三維空間平順性分析。
[0009]上述檢測方法中，所用高斯勒讓德算法和迭代法為現有公知理論，具體計算過程如下:
1、線路計算方法採用高斯勒讓德算法如下:
設曲線元起點A的曲率為Ka ,終點B的曲率為Ks,則位於A、B間的且距A弧長為I
的任意點i的曲率#可由下式唯一確定:
【權利要求】
1.一種用於火箭垂直轉運軌道超寬軌距精調與平順性的檢測方法，其特徵是包括以下步驟: 1)坐標系統建立 2)利用預埋錨栓套管工裝進行承壓板精調 所述預埋錨栓套管工裝是根據螺母尺寸和錨栓高度設計，結構包括與承壓板上預埋錨栓孔相互配合的螺母(7)以及固定在螺母中心位置的套管(8)，螺母的對稱三個面分別設有第三鋼珠(9)，套管頂部開有花瓣形球稜鏡支撐槽(5)，花瓣形球稜鏡支撐槽內設有三個反相弧支撐點位(6)，三個反相弧支撐點位的中心與球稜鏡的中心重合； 精調方法為:承壓板進行粗鋪後，在透過承壓板的預埋錨栓上架設預埋錨栓套管工裝，自主研發的軟體會自動計算其錨栓頂部三維坐標，然後根據三維坐標驅動自動化全站儀照準預埋錨栓套管工裝上的球型稜鏡並測量球型稜鏡中心的三維坐標；根據測量出的球型稜鏡三維坐標軟體會自動計算出預埋錨栓的邊樁距差和承壓板的高程差，邊樁距差即可檢查預埋錨栓在整體線路中的預埋精度，高程差即可進行承壓板精調； 3)利用軌道精調工裝進行軌道水平和垂直方向位移的調整 所述軌道精調工裝時根據軌道橫截面參數設計，整體結構呈「廠」字型，包括與軌道側面相互配合的側向定位板(I )、與軌道頂面相互配合的水平向定位板(2)，側向定位板和水平向定位板之間的夾角α為95.7°，側向定位板內側設有兩個與軌道內側邊緣接觸的第一鋼珠(3),第一鋼珠的直徑Φ1為16mm,相鄰第一鋼珠之間的水平距離a為50.1mm,水平向定位板下方設有三個與軌道頂面三點接觸的第二鋼珠(4)，第二鋼珠的直徑Φ2為·11.9mm，三個第二鋼珠根據軌道頂面弧設計成等腰三角形，其中位於等腰三角形頂點的鋼珠到底邊的垂直距離b為40mm，位於等腰三角形底邊的兩個鋼珠之間的水平距離c為42mm，這個兩個鋼珠 的中心到側向定位板的垂直距離d為50.2mm，頂點與底邊到弧頂的距離相等，水平向定位板上方開有花瓣形球稜鏡支撐槽(5 )，花瓣形球稜鏡支撐槽內設有三個反相弧支撐點位(6)，三個反相弧支撐點位的中心與球稜鏡的中心重合； 檢測方法為: 1)直線段精調:精調時根據施工進度採用單軌精調法與雙軌同調法: a)單軌精調法是單條軌道進行粗鋪後，在其單條直線軌道上每隔三對扣件架設軌道精調工裝，逐個測量其每個點的三維坐標，通過每個點的三維坐標與調用單軌直線線路參數進行高斯勒讓德反算，通過迭代法迭代出其三維坐標在線路中的邊樁距，邊樁距即是在線路中的橫向調整量，調整方向通過支距D的左負右正原則給出，即計算出負值意味向右調整，計算出正直反之；通過測量的高程與設計高程之差為軌道縱向調整量，通過調整量即可調整軌道的橫向和垂直位移； b)雙軌精調法是兩條軌道進行粗鋪後，在其兩條直線軌道上每隔三對扣件同時對稱架設軌道精調工裝，逐個測量其每個點的三維坐標，通過每個點的三維坐標與調用直線中線線路參數進行高斯勒讓德反算，通過迭代法迭代出其每個三維坐標在線路中的邊樁距，根據邊樁距與半軌距之差即可得出軌道在線路中的橫向調整量；通過測量的高程與設計高程之差為軌道縱向調整量，通過調整量即可調整軌道的橫向和垂直位移； 2)曲線段精調:根據測點在線路方向中的切線的法線方向來判斷橫向調整方向，精調時根據施工進度採用單軌精調法與雙軌同調法:a)單軌精調法是單條軌道進行粗鋪後，在其單條曲線軌道上每個扣件上架設軌道精調工裝，逐個測量其每個點的三維坐標，通過每個點的三維坐標與調用單軌曲線線路參數進行高斯勒讓德反算，通過迭代法迭代出其三維坐標在線路中的邊樁距，邊樁距即是在線路中的橫向調整量，調整方向為測點在線路方向中的切線的法線方向，通過支距D的左負右正原則給出，即計算出負值意味向右調整，計算出正直反之；通過測量的高程與設計高程之差為軌道縱向調整量，通過調整量即可調整軌道的橫向和垂直位移； b)雙軌精調法是兩條軌道進行粗鋪後，在其兩條曲線軌道上每個扣件同時對稱架設軌道精調工裝，逐個測量其每個點的三維坐標，通過每個點的三維坐標與調用曲線中線線路參數進行高斯勒讓德反算，通過迭代法迭代出其每個三維坐標在線路中的邊樁距，根據邊樁距與半軌距之差即可得出軌道在線路中的橫向調整量，調整方向為測點在線路方向中的切線的法線方向；通過測量的高程與設計高程之差為軌道縱向調整量，通過調整量即可調整軌道的橫向和垂直位移； 3)利用軌道精調工裝進行軌道三維平順性分析 在軌道上架設軌道精調工裝，每個扣件上方各放置一次，分別測量所有採集點的三維坐標，將其三維坐標通過高斯勒讓德反算出邊樁距，邊樁距與半軌距的各點偏差形成短波與長波圖，即可分析出線路的橫向絕對平順性，各點的高程與設計高程之差即為縱向絕對平順性；將所有採集點的三維坐標同時進行直線度、圓度與平面度分析，橫向分析出各點的偏差反映出軌道三維空間橫向的相對平順性，縱向分析出各點的偏差反映出軌道三維空間縱向的平順性。
2.根據權利要求1所述的用於火箭垂直轉運軌道超寬軌距精調與平順性的檢測方法，其特徵是軌道精調工裝和預埋錨栓套管工裝的花瓣形球稜鏡支撐槽中心位置嵌固有強磁鐵。`
【文檔編號】G01B21/00GK103868482SQ201310532340
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年11月2日 優先權日:2013年11月2日
【發明者】劉軍華, 卜飛 申請人:中鐵十二局集團有限公司, 中鐵十二局集團第三工程有限公司