一种板式轨道摊铺层粗糙度测量装置及粗糙度测量方法

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，具体涉及一种板式轨道摊铺层粗糙度测量装置及板式轨道摊铺层粗糙度测量方法。

背景技术

轨道交通行业的迅速发展，不仅带动了经济的快速提升，同时使得人们生活质量得到了大幅度提高。在轨道工程领域，无砟轨道以高平顺、高稳定和少维修的特点而得到了大规模的应用，因此无砟轨道性能的精细化研究已成为轨道工程领域的重点。

新型无砟轨道结构体系由轨道板、减振垫层和混凝土摊铺层等部件组成。随着板式无砟轨道摊铺层表面粗糙度的增加，在列车荷载作用下，其轨道板所受的表面拉力会逐渐增加，当粗糙度达到一定值时，可能会造成轨道结构受拉破坏。因此在对轨道板摊铺层现场浇筑过程中，需要严格控制摊铺层表面粗糙度，而现有的粗糙度测量装置在使用过程中存在以下问题：

(1)现有测量装置无法完全与待测表面保持平行，给最终测得的粗糙度数据带来不必要的误差；

(2)现有测量装置无法实现连续测量，一般都是通过选取取样点进行随机测量，该种测量方式误差较大，若追求较小的误差需增加取样点的数量，但仍存在一定的随机性，且操纵较为繁琐；

(3)现有测量装置需要人工对坐标点、粗糙度进行手工记录，工作繁琐、测量耗时长，且无法实现测量数据在电脑等设备上的实时显示，不利于数据的后续处理；

(4)现有测量装置在待测表面的移动受到限制，在完成一个点的测量后往往需要将测量探头抬起后再进行移动，操作繁琐，大大降低了测量效率。

因此亟需一种基于摊铺层表面粗糙度测试的板式无砟轨道性能评价方法及测试装置设备，用于精确监控板式无砟轨道摊铺层表面粗糙度，以提高施工质量，并服务于我国轨道交通事业。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种板式轨道摊铺层粗糙度测量装置及板式轨道摊铺层粗糙度测量方法，该板式轨道摊铺层粗糙度测量装置可便捷地保持自身与待测表面的平行，还可实现连续测量，测量数据便于处理，可完整反映板式轨道摊铺层的粗糙度，大大提高了测量效率、降低了人工和耗时；该板式轨道摊铺层粗糙度测量方法简单易行，可完整反映板式轨道摊铺层的粗糙度分布。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种板式轨道摊铺层粗糙度测量装置，包括框架和测量组件，测量组件与框架之间设置有第一移动组件和第二移动组件，测量组件通过第一移动组件在框架内沿X轴移动，测量组件通过第二移动组件在框架内沿Y轴移动；测量组件包括可沿垂直方向移动的探针和可显示探针移动量的深度表。

上述技术方案的设计思路在于，通过两个移动组件可使测量组件便捷地到达框架内部的任意位置，并可通过测量组件的探针和深度表测量该位置下板式轨道摊铺层的粗糙度，从而获得板式轨道摊铺层的粗糙度分布，并借此评价板式轨道摊铺层的性能参数。

作为上述技术方案的优选，框架为方形结构，框架设置有多个可调节高度的支撑腿，支撑腿之间连接有横杆，且框架的每条边上以及每根横杆上均设置有水平仪。一般粗糙度测量装置均会设置水平仪，但往往仅在框架侧面或表面设置一个水平仪，在调整测量装置支撑腿以使测量装置与待测表面完全平行时，该水平仪无法完全反映测量装置的倾斜情况，容易出现误差；而本发明在支撑腿之间的横杆上以及框架的每条边均设置多个水平仪，在使用时，将装置放在轨道上之后，四个支撑腿的几何位置就已经确定了，因此横杆上的水平仪可以完全反映所测平面的方向，通过调整四个支撑腿，上部框架上的水平仪也会随之变化，使用者通过调整支撑腿、保证四个框架上的水平仪与其对应的横杆上的水平仪的刻度状态完全相同，即可保证框架不管是在水平还是在竖直方向上都与所测的平面平行，因此，本发明可通过多个水平仪完全反映测量装置的倾斜角度，并可借此简便地调整测量装置与待测表面完全平行。

作为上述技术方案的优选，第一移动组件包括设置在框架上的第一移动槽和测试台架，测量组件安装在测试台架上，测试台架在第一移动槽内滑动。通过可滑动的测试台架可使测量组件便捷地在框架内部沿X轴进行移动，从而获得板式轨道摊铺层各处的粗糙度分布，并借此评价板式轨道摊铺层的性能。

作为上述技术方案的优选，测试台架上设置有第一刻度指针，框架上设置有可显示第一刻度指针和测试台架在框架内沿X轴位置的第一刻度表。在框架上设置刻度表，且在测试台架上连接指针，可便于使用者记录当前测试台架在框架内部的相对位置，便于记录和数据处理。

作为上述技术方案的优选，第二移动装置包括设置在测试台架上的第二移动槽和转盘移动机构，转盘移动机构包括转盘、连杆、动力传输杆和滑轮，滑轮通过连杆连接在测量组件底部，且滑轮在第二移动槽内滑动，连杆上固定有齿轮，齿轮与动力传输杆啮合，并带动连杆和滑轮随着动力传输杆的转动额转动；动力传输杆一端与转盘固定。本发明的上述设计通过转盘转动带动了测量组件的移动，使用者可根据具体使用情况，选择使用手动进行粗范围的移动或使用转盘进行坐标移动的精细调整，有利于提高数据的准确性，保证实验结果的可靠有效。

作为上述技术方案的优选，转盘上设置有可显示测量组件在框架内沿Y轴位置的第二刻度表。本发明将转盘的转动量与测量组件在框架内沿Y轴的位置建立对应关系，可便捷、准确地读出测量组件的坐标，便于粗糙度数据的记录和处理。

作为上述技术方案的优选，深度表、第一刻度表和第二刻度表均通过电子显示屏显示其数值，且深度表、第一刻度表和第二刻度表的电子显示屏均与电子设备通讯连接并将其数值发送至电子设备。将深度表、第一刻度表和第二刻度表通过电子显示屏显示数据，并设计其可将数据上传发送至电子设备，可实现测量组件坐标、该坐标下的粗糙度数据在电子设备上的实时显示，还可实现粗糙度数据的连续测量，使用者只需连续移动测量组件即可获得待测表面所有位置的粗糙度数据，无需再选取几个取样点进行测量，可建立完整的待测表面粗糙度分布图，大大减小了测量误差和人工操作难度。

作为上述技术方案的优选，测量组件的探针尖端为可滚动的滚珠结构。将测量组件的探针尖端设计为可滚动的滚珠结构，可保证测量组件在移动时的平滑顺畅，避免探针卡在待测表面上，提高了探针和侧脸组件的使用寿命。

基于同一技术构思，本发明还提供一种板式轨道摊铺层粗糙度的测量方法，该测量方法使用上述技术方案中的板式轨道摊铺层粗糙度测量装置进行测量，具体包括以下步骤：

(1)将测量装置定位于待测量的板式轨道摊铺层结构的四周；

(2)通过测量装置获取粗糙度方位数据(Xi,Yi,Zi)；

(3)利用工程绘图软件得出表面粗糙度分布函数F(X,Y,Z)，并将表面粗糙度分布函数F(X,Y,Z)导入有限元软件进行三维建模，即得板式轨道摊铺层的粗糙度位移图。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明的测量装置在使用时可便捷地将自身调节至与待测表面完全平行的状态，还可实现对待测表面所有位置的连续测量，测量数据实时显示在外界的电子设备上，可以选择人工或电子对坐标和粗糙度进行记录，数据便于处理，提高了测量效率，得到的数据可完整反映待测表面的粗糙度分布，大大降低了测量误差和人工成本；

(2)本发明的测量方法可便捷、完整地构建待测表面即板式轨道摊铺层的粗糙度分布，操作简单，测量效率高。

附图说明

图1为实施例1的板式轨道摊铺层粗糙度测量装置的结构示意图一；

图2为实施例1的板式轨道摊铺层粗糙度测量装置的结构示意图二；

图3为实施例1的测试台架的结构示意图；

图4为实施例1的测试台架和测量组件的位置结构示意图；

图5为实施例1的测量组件的高活联动管的结构示意图；

图6为实施例1的测量组件的结构示意图；

图7为实施例1的转动机构的结构示意图；

图8为实施例1的支撑腿的结构示意图；

图9为实施例1的支撑腿的结构示意图；

图10为实施例1的支撑腿的结构分解图；

图11为实施例1的支撑腿的结构分解图；

图12为实施例1的测量组件对待测表面进行测量的示意图。

图例说明：

1、待测表面；11、第一电子显示屏；12、第二电子显示屏；13、第三电子显示屏；2、框架；21、水平仪；22、第一移动槽；23、第一刻度表；24、第一刻度指针；3、测试台架；31、滚轮固定架；32、滚轮轴；33、台架滑轮；34、移动控制杆；35、第二移动槽；4、测量组件；41、移动台；42、矩形放置架；43、放大镜；44、上扣板；45、扣板连接柱；46、转动连接盒；47、连杆；48、齿轮；49、滑轮；5、高度测量盒；51、高活性联动管；52、高精度直连杆；53、探针；54、动力传输杆；55、转盘；56、深度表；57、第二刻度表；58、第二刻度指针；6、支撑腿；61、螺纹杆套；62、弹力转轴；63、C字形控制杆；64、水平连接杆；65、多向调节轴；66、多节抽调盒；67、抽板；68、水平调节杆；69、柱形套；7、螺纹杆；71、可调齿腿；72、底座；73、第一螺纹孔；74、孔；75、第二螺纹孔；8、L形连接板；81、弹簧；82、第三刻度指针；9、横杆。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1-12所示，本实施例的板式轨道摊铺层表面粗糙度测量装置，包括呈矩形的框架2，框架2相对两侧表面开设有第一移动槽22，框架2上开设有第一移动槽22的边上还设置有第一刻度表23，框架2内设有测量组件4，测量组件4通过测试台架3安装在框架2内，且通过框架2移动，测试台架3靠近第一移动槽22的一端设置有第一刻度指针24，通过第一刻度指针24与第一刻度表23配合即可获得测试台架3的位置刻度值，该位置刻度值通过第一电子显示屏11显示，将其定义为探针53尖端的X轴坐标X

测试台架3的左右表面固定连接有滚轮固定架31，滚轮固定架31的表面固定连接有两个滚轮轴32，两个滚轮轴32的外表面均活动套接有一个台架滑轮33，两个台架滑轮33在第一移动槽22内滑动，测试台架3上表面开设有第二移动槽35，测试台架3上表面设置有水平移动控制杆34，水平移动控制杆34的移动带动测试台架3中在第一移动槽22中前后移动，框架2下表面设有升降装置。

待测表面左右移动监测装置包括测量组件4，测量组件4的正面固定连接有矩形放置架42，矩形放置架42中活动连接有放大镜43，测量组件4包括移动台41，移动台41的下表面固定连接有四个上扣板44，四个上扣板44的下表面均固定连接有一个扣板连接柱45，四个扣板连接柱45的下面均固定连接有一个转动连接盒46，每两个转动连接盒46之间均贯穿连接有一个连杆47，两个连杆47的外表面均固定套接有一个滑轮49，位于正面连杆47的正面固定连接有齿轮48，齿轮48的下表面啮合有动力传输杆54，水平动力传输杆54外表面活动套接在测试台架3中，水平动力传输杆54的右表面固定连接有转盘55，移动台41的下表面固定连接有高度测量盒5，高度测量盒5内滑动套接有连接有高活性联动管51，高活性联动管51下表面固定连接有高精度直连杆52。转盘55上设置有显示其转动量的第二刻度表57以及始终指向转动量为零的第二刻度指针58，通过第二刻度指针58在第二刻度表57上的读数即可换算得到测量组件4的位置刻度值，该位置刻度值通过第二电子显示屏12显示，且定义其为探针53尖端的Y轴坐标Y

转盘55的旋转带动测量组件4在第二移动槽35内的左右移动，通过探针53在待测表面1上左右移动，待测表面1的凹凸不平会使高精度直连杆52带动高活性联动管51上下移动，高精度直连杆52的下表面固定连接有探针53，探针53的尖端为可滚动的滚珠结构；高度测量盒5表面设有深度表56，高活性联动管51上面固定连接有L形连接板8，L形连接板8固定连接有第三刻度指针82，L形连接板8的上面固定连接有弹簧81，弹簧81的上面固定连接在高度测量盒5的内壁中，第三刻度指针82在深度表56上的位置刻度值通过第三电子显示屏13显示，且定义该位置刻度值为探针53尖端的Z轴坐标Z

显示深度表56、第一刻度表23和第二刻度表57读数的第一电子显示屏11、第二电子显示屏12和第三电子显示屏13均与电子设备通讯连接，并将上述读数发送给电子设备，也即电子设备可获取探针53尖端的坐标值(X

升降装置包括多个支撑腿6，相邻支撑腿6之间搭架有一根横杆9，每根横杆9的上面以及框架2的每条边上均固定安装有一个水平仪21，支撑腿6中开设有第二螺纹孔75，第二螺纹孔75通过螺纹槽活动连接有螺纹杆7，螺纹杆7的外表面开设有孔74，螺纹杆7的右表面固定连接有螺纹杆套61，螺纹杆套61的右表面固定连接有弹力转轴62，弹力转轴62的外表面活动连接有C字形控制杆63，支撑腿6的背面固定连接有水平连接杆64，水平连接杆64的背面固定连接有多向调节轴65，多向调节轴65的背面活动连接有多节抽调盒66，多节抽调盒66内滑动连接有抽板67，抽板67内表面活动套接有水平调节杆68，水平调节杆68的外表面固定套接有柱形套69，支撑腿6内滑动连接有可调齿腿71，可调齿腿71内表面开设有四个第一螺纹孔73，可调齿腿71的下面固定连接有底座72，C字形控制杆63在弹力转轴62上旋转，C字形控制杆63翻转到合适位置后，旋转C字形控制杆63，螺纹杆7在第一螺纹孔73与第二螺纹孔75上旋转，螺纹杆7旋转到合适位置后可以取下，螺纹杆7取下后调整可调齿腿71在支撑腿6中的长度，调整完成后，再将螺纹杆7旋转回去，螺纹杆7旋转到合适位置后，翻转多节抽调盒66，多节抽调盒66在多向调节轴65上旋转，多节抽调盒66的翻转带动抽板67的翻转，抽板67翻转到合适位置后，将水平调节杆68穿进孔74中，通过调整可调齿腿71在支撑腿6中的长短来调节设备的高度，同时通过将水平调节杆68穿进孔74中，可以防止螺纹杆7的松动，底座72可以与螺纹杆7活动连接。

本实施例的板式轨道摊铺层粗糙度的测量方法，使用本实施例的板式轨道摊铺层粗糙度测量装置进行测量，具体包括以下步骤：

(1)将所述测量装置定位于待测量的板式轨道摊铺层结构的四周，调整测量装置使得框架2与待测表面1完全平行；

(2)移动所述测量装置，并在电子设备上自动获取待测表面1不同位置的粗糙度数据(Xi,Yi,Zi)；

(3)利用工程绘图软件得出表面粗糙度分布函数F(X,Y,Z)，并将表面粗糙度分布函数F(X,Y,Z)导入有限元软件进行三维建模，即得板式轨道摊铺层的粗糙度位移图。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。