一种预制轨道板承轨台调整量计算方法与流程

文档序号:22324979发布日期:2020-09-25 17:53阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种预制轨道板承轨台调整量的计算方法,其特征在于,所述方法包括:

确定线路坐标系:以线路平面图中的世界坐标系为线路坐标系oxyz,其中,x为中线东坐标、y为中线北坐标、z为中线高程;

在线路坐标系中确定轨道板的空间位置:建立轨道板局部坐标系o'x'y'z',其中,x'为轨道板纵向、y'为轨道板横向、z'为轨道板垂向,计算o'x'y'z'各坐标轴单位向量在oxyz坐标系x、y、z轴的分量,确定轨道板角点的线路坐标;

在线路坐标系中确定各承轨台的空间位置:建立承轨台局部坐标系oi'xi'yi'zi',计算oi'xi'yi'zi'各坐标轴单位向量在oxyz坐标系x、y、z轴的分量,确定承轨台上螺栓孔的线路坐标;

确定轨道板承轨台的偏移量:根据轨道板以及各承轨台的空间位置关系,得到各承轨台螺栓孔和轨道板的垂向和横向距离,再与螺栓孔和轨道板的垂向和横向距离的理论值相比较,得出各螺栓孔的垂向和横向偏移量,承轨台的垂向和横向偏移量取承轨台上内外侧螺栓孔偏移量平均值。

2.根据权利要求1所述一种预制轨道板承轨台调整量的计算方法,其特征在于,所述在线路坐标系中确定轨道板的空间位置,具体为:

1)确定轨道板基点位置:

已知前基点a的线路里程sa和前后基点的距离lab,计算出前基点a在线路坐标系中的坐标(xa、ya、za)和曲线超高ha,再通过快速迭代法得到后基点b的线路里程sb,进而得到后基点b在线路坐标系中的坐标(xb、yb、zb)和曲线超高hb;

2)建立轨道板局部坐标系:

计算轨道板第一组承轨台的曲线超高hp和最后一组承轨台处的曲线超高hq,得到轨道板范围内各承轨台处对应曲线超高的最小值hmin=min{hp,hq};

将轨道板前基点a、后基点b平行于ab连线上向上偏移hmin/2,分别得到点o'、d;

以o'为原点、以o'd连线为x'轴、以平行于曲线超高的最小值的承轨台处轨顶面的直线为y'轴、以垂直于x'y'平面的z'轴建立轨道板局部三维直角坐标系o'x'y'z';

3)o'x'y'z'坐标系各坐标轴单位向量在oxyz坐标系x、y、z轴的分量计算:

定义o'x'y'z'坐标系x'轴单位向量在oxyz坐标系x、y、z轴的分量分别为u'x1、u'x2、u'x3;o'x'y'z'坐标系y'轴单位向量在oxyz坐标系x、y、z轴的分量分别为u'y1、u'y2、u'y3;o'x'y'z'坐标系z'轴单位向量在oxyz坐标系x、y、z轴的分量分别为u'z1、u'z2、u'z3;

根据前基点a和后基点b的坐标计算出轨道板的方位角α和轨道板的坡度角β,根据轨道板最小曲线超高hmin计算出轨道板的横向倾斜角θ;具体地:

o'坐标计算:

根据前基点a的坐标(xa,ya,za)以及轨道板方位角α和轨道板坡度角β,推导出o'点坐标(x0,y0,z0);

x'轴单位向量计算:

由于o'd∥ab,得到:

y'轴单位向量计算:

g为y'轴上的点,f为g在经过o'与oxy平行平面上的投影,e为f在o'cf平面上垂直于o'c直线上的投影,假设o'g的长度为1,则o'e的长度为cosθ、eg的长度为sinθ、ef的长度为sinθsinβ、fg的长度为sinθcosβ;

c为d在经过o'与oxy平行平面上的投影,根据o'点坐标(x0,y0,z0)、d点坐标(xd,yd,zd)得到c点坐标(xd,yd,z0),已知o'c的方位角α,且o'c⊥o'e,根据二维直角坐标系间的坐标变换公式得到f点坐标(xf,yf,z0),进而得到g点坐标(xf,yf,z0+sinθcosβ),进而得到o'x'y'z'坐标系y'轴单位向量在oxyz坐标系x、y、z轴的分量:

z'轴单位向量计算:

根据求得的x'轴单位向量和y'轴单位向量,假设u'z3=1,o'x'y'z'坐标系z'轴单位向量在oxyz坐标系x、y、z轴的分量按如下公式计算:

4)轨道板角点坐标的确定:

在轨道板局部坐标系中,根据轨道板角点与坐标轴之间的关系,求出轨道板4个角点在局部坐标系中的坐标,根据三维直角坐标系间的坐标变换公式得到轨道板4个角点的线路坐标。

3.根据权利要求1所述一种预制轨道板承轨台调整量的计算方法,其特征在于,所述在线路坐标系中确定各承轨台的空间位置,具体为:

1)承轨台对应线路位置的确定

已知前基点a的线路里程sa、a点坐标(xa、ya、za)、曲线超高ha和各承轨台与前基点a的距离li,再通过快速迭代法得到各承轨台的线路里程si,进而得到各承轨台基点pi在线路坐标系中的坐标(xpi、ypi、zpi)和曲线超高hi;

2)承轨台局部坐标系的建立

将各承轨台基点pi在平行于前后基点ab连线上向上偏移hi/2得到点oi',以oi'为原点、以前后基点ab连线为xi'轴、以平行于各承轨台基点pi处轨顶面的直线为yi'轴、以垂直于xi'yi'平面的zi'轴建立承轨台局部三维直角坐标系oi'xi'yi'zi';

3)oi'xi'yi'zi'坐标系各坐标轴单位向量在oxyz坐标系x、y、z轴的分量计算:

定义oi'xi'yi'zi'坐标系xi'轴单位向量在oxyz坐标系x、y、z轴的分量分别为u'ix1、u'ix2、u'ix3;oi'xi'yi'zi'坐标系yi'轴单位向量在oxyz坐标系x、y、z轴的分量分别为u'iy1、u'iy2、u'iy3;oi'xi'yi'zi'坐标系zi'轴单位向量在oxyz坐标系x、y、z轴的分量分别为u'iz1、u'iz2、u'iz3;

根据各承轨台处的曲线超高hpi计算出承轨台的横向倾斜角θi;

oi'坐标计算:

根据pi点坐标(xpi,ypi,zpi)以及轨道板方位角α和轨道板坡度角β,推导出坐标oi'点坐标(xi,yi,zi);

xi'轴单位向量计算:

同o'x'y'z'坐标系x'轴单位向量:

yi'轴单位向量计算:gi为yi'轴上的点,fi为gi在经过oi'与oxy平行平面上的投影,ei为fi在oi'cifi平面上垂直于oi'ci直线上的投影;假设oi'gi的长度为1,则oi'ei的长度为cosθi、eigi的长度为sinθi、eifi的长度为sinθisinβ、figi的长度为sinθicosβ;

ci为di在经过oi'与oxy平行平面上的投影,根据oi'点坐标(xi,yi,zi)及xi'轴单位向量,得到di点坐标(xi+u'ix1,yi+u'ix2,zi+u'ix3)、ci点坐标(xi+u'ix1,yi+u'ix2,zi),已知oi'ci的方位角α,且oi'ci⊥oi'ei,根据二维直角坐标系间的坐标变换公式得到fi点坐标(xfi,yfi,zi),进而得到gi点坐标(xfi,yfi,zi+sinθicosβ),因此得到:

zi'轴单位向量计算:

根据求得的xi'轴单位向量和yi'轴单位向量,假设u'iz3=1,按如下公式计算:

4)承轨台上螺栓孔精调坐标的确定

在承轨台局部坐标系中,根据螺栓孔与坐标轴之间的关系,求出承轨台上螺栓孔在承轨台局部坐标系中的坐标,根据三维直角坐标系间的坐标变换公式得到承轨台上螺栓孔的线路坐标;

5)轨道板承轨台偏移量的确定

根据轨道板以及各承轨台的空间位置关系,得到各承轨台螺栓孔与轨道板的垂向和横向距离,再与螺栓孔与轨道板的垂向和横向距离的理论值相比较,得出各螺栓孔的垂向和横向偏移量,承轨台的垂向和横向偏移量取承轨台上内外侧螺栓孔偏移量平均值。

4.根据权利要求2或3所述一种预制轨道板承轨台调整量的计算方法,其特征在于,所述二维直角坐标系间的坐标变换公式的计算方法为:

设oxy,o'x'y'是两个二维直角坐标系,坐标轴具有相同的方向,o、o'分别是两坐标系原点,o'在oxy中的坐标为(x0,y0),用(xm,ym)、(x'm,y'm)分别代表点m在坐标系oxy、o'x'y'中的坐标;

为了将o'x'y'中的m点坐标(x'm,y'm)变换到oxy中的m点坐标(xm,ym),建立将xy轴叠加到x'y'轴的变换:

1)将xy轴绕o'x'y'坐标系的原点o'旋转到x'y'轴,坐标轴的旋转使用下列矩阵操作表示:

2)将oxy坐标系的原点o(0,0)平移到o'x'y'坐标系的原点o'(x0,y0),坐标原点的平移使用下列矩阵操作表示:

3)将步骤1)和步骤2)中的两个公式合并,得到从o'x'y'坐标系变换到oxy坐标系完整复合矩阵:

5.根据权利要求1所述一种预制轨道板承轨台调整量的计算方法,其特征在于,所述三维直角坐标系间的坐标变换公式的计算方法为:

设oxyz,o'x'y'z'是两个三维直角坐标系,坐标轴具有相同的方向,o、o'分别是两坐标系原点,o'在oxyz中的坐标为(x0,y0,z0),用(xm,ym,zm)、(x'm,y'm,z'm)分别代表点m在坐标系oxyz、o'x'y'z'中的坐标;

为了将o'x'y'z'中的m点坐标(x'm,y'm,z'm)变换到oxyz中的m点坐标(xm,ym,zm),建立将xyz轴叠加到x'y'z'轴的变换:

1)将xyz轴绕o'x'y'z'坐标系的原点o'旋转到x'y'z'轴,坐标轴的旋转使用下列矩阵操作表示:

其中,u'x1、u'x2、u'x3分别为o'x'y'z'坐标系x'轴单位向量在oxyz坐标系x、y、z轴的分量;u'y1、u'y2、u'y3分别为o'x'y'z'坐标系y'轴单位向量在oxyz坐标系x、y、z轴的分量;u'z1、u'z2、u'z3分别为o'x'y'z'坐标系z'轴单位向量在oxyz坐标系x、y、z轴的分量;

2)将oxyz坐标系的原点o(0,0,0)平移到o'x'y'z'坐标系的原点o'(x0,y0,z0),坐标原点的平移使用下列矩阵操作表示:

3)将步骤1)和步骤2)中的两个公式合并,得到从o'x'y'z'坐标系变换到oxyz坐标系完整复合矩阵:


技术总结
本发明属于轨道板承轨台技术领域,涉及一种预制轨道板承轨台调整量和精调坐标的计算方法,适用于高速铁路、城际铁路、市域铁路及城市轨道交通板式无砟轨道。该方法能准确地计算轨道板精调坐标和曲线轨道板承轨台调整量,适用范围广,可适用于不同的线路条件,包括跨越竖曲线、直缓点、缓圆点等复杂线路条件。该方法计算简单,采用二维和三维直角坐标系之间的坐标转换,计算效率高、计算结果准确。

技术研发人员:吴凯伟;丁静波;禹雷;张庆;孙井林;黄慧超;曹亮;马佳骏;钟智丰;裴爱华
受保护的技术使用者:中铁工程设计咨询集团有限公司
技术研发日:2020.06.01
技术公布日:2020.09.25
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