OPERAT

Pomiar inwentaryzacyjny jezdni suwnicowej

Sekcja 8 w składzie:

Mariusz Król

Grzegorz Kruczek

Michał Kustra

Krzysztof Malach

Wojciech Małusecki

GIP gr. 1

Rok akademicki 2014/2015

Skład operatu

Sprawozdanie techniczne…………………………………………………………………………………………………………………………….......3

Wyniki pomiarów......................................................................................................................................................6

Wyniki obliczeń........................................................................................................................................................9

Szkic lokalizacji obiektu…………………………………………………………………………………………………………………………….…….10

Szkic z numeracją punktów uwzględniającą odległość od początku szyny……………………………….11

Wykres odchyłek od średniej osi toru suwnicowego…………………………………………………………………….…...12

Wykres prostoliniowości szyny lewej……………………………………………………………………………………………….…..…..13

Wykres prostoliniowości szyny prawej……………………………………………………………………………………………….…….14

Wykres różnic rozpiętości……………………………………………………………………………………………………………………….……..15

Przekrój podłużny szyn suwnicy…………………………………………………………………………………………………………….…..16

Wykres różnic wysokości niwelety szyny lewej…………………………………………………………………………….……..17

Wykres różnic wysokości niwelety szyny prawej…………………………………………………………………………..…….18

Wykres różnic wysokości niwelety szyny w przekroju poprzecznym jezdni…………………………....19

Załączniki:

- Dziennik sprawdzenia instrumentu

- Dziennik pomiaru długości od prostej odniesienia

- Dziennik niwelacji – Seria I

- Dziennik niwelacji – Seria II

- Dziennik pomiaru główki szyny oraz rozstawu

Sprawozdanie techniczne

1. Dane formalno-prawne:

• Zleceniodawca: Akademia Górniczo-Hutnicza im. S. Staszica w Krakowie, Wydział Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska;

• Wykonawca: Mariusz Król, Grzegorz Kruczek, Michał Kustra, Krzysztof Malach, Wojciech Małusecki.

• Okres wykonywania zlecenia:

1. termin rozpoczęcia prac: 11 V 2015 r.;

2. termin zakończenia prac: 12 V 2015 r.;

• Przedmiot zlecenia: opracowanie wyników pomiarów geometrii szyn (szyny s2 i s3 zamiennie nazywanych s_L i s_P) jezdni suwnicowej dwutorowej o torach prostoliniowych.

2. Dokumentacja wykorzystana przy wykonywaniu zlecenia: Dokumentacja fotograficzna pozwalająca na dokładne zlokalizowanie obiektu będącego przedmiotem pomiarów.

3. Czynności pomiarowe:

• Zastosowany sprzęt pomiarowy:

• teodolit Theo 020B (numer seryjny 272494) ze statywem;

• tarcza celownicza na statywie;

• linijka (przykładka do szyn);

• niwelator Topcon AT-47 (numer seryjny KG8528) ze statywem;

• łata niwelacyjna rozkładana z podziałem do odczytów analogowych;

• Pomiary prostoliniowości szyn:

• wyznaczenie dwóch prostych odniesienia, zlokalizowanych na zewnątrz jezdni suwnicowej oraz zasygnalizowanie jednego z końców prostej odniesienia tarczą celowniczą - nad drugim scentrowano

i spoziomowano teodolit;

• zaznaczenie na każdej z dwóch szyn jezdni 15 punktów oddalonych od siebie o około 1 m, których zadaniem było wyznaczenie profili przekrojów poprzecznych i podłużnych szyn jezdni suwnicowej;

• pomiar odległości szyn od prostych odniesienia w zaznaczonych punktach, poprzez odczytywanie wartości z przykładki; pomiar wykonano w dwóch seriach, w dwóch położeniach lunety (po jednym położeniu z każdego końca szyny suwnicowej), po zewnętrznej stronie szyn;

• pomiar długości krótszych boków czworokąta utworzonego przez punkty końcowe linii odniesienia;

• pomiar odległości punktów pierwszego i piętnastego przekroju od rzutów ortogonalnych punktów linii odniesienia na szyny jezdni suwnicowej;

• Niwelacja geometryczna szyn:

• sprawdzenie warunków geometrycznych niwelatora - nie wykryto żadnych błędów instrumentalnych ani uszkodzeń;

• rozstawienie stanowiska pomiędzy szynami s2 i s3, w przybliżeniu na środku mierzonego odcinka jezdni suwnicowej;

• wyznaczenie dwóch reperów roboczych (śruby mocujące szyny do podkładów) w celu kontrolnego wyznaczania przewyższeń pomiędzy nimi w trakcie każdego pomiaru punktów danej szyny;

• niwelacja geometryczna punktów przekrojów poprzecznych, w dwóch seriach z dwóch niezależnych stanowisk, w kolejności: punkty 1-15 szyny s2, punkty 15-1 szyny s3;

• Warunki atmosferyczne wykonywania pomiarów: sprzyjające.

4. Opracowanie wyników:

• Założenia projektu:

• pomiar w lokalnym układzie współrzędnych, którego początek został umieszczony w pierwszym punkcie pomiarowym lewej szyny;

• oś X przechodzi przez skrajne punkty pomiarowe lewej szyny, oś Y jest do niej prostopadła i tworzy z nią lewoskrętny układ współrzędnych prostokątnych płaskich, a oś Z jest prostopadła do dwóch pozostałych oraz równoległa do linii pionu; na czas pomiaru przyjmuje się, że oś X układu lokalnego pokrywa się z linią ramy pomiarowej zlokalizowanej

w przybliżeniu równolegle do lewej szyny;

• pomiar punktów zlokalizowanych na przekrojach poprzecznych jezdni suwnicowej;

• odległość od krańca linijki użytej jako przykładni do początku jej podziałki: 3 mm;

• Algorytm obliczeń:

• redukcja wielkości y'_pi, pomierzonych względem prawej prostej odniesienia, do układu roboczego związanego z lewą prostą:

$y_{\text{pi}} = d_{1} + \frac{x_{i} - x_{d1}}{x_{d2} - x_{d1}}*\left( d_{2} - d_{1} \right) + {y'}_{\text{pi}}$ gdzie:

x_d1, x_d2 - współrzędne X przekrojów poprzecznych torowiska w których określa się wzajemną odległość prostych odniesienia (d₁, d₂);

• obliczenie średnich wartości y_i dla każdego przekroju poprzecznego:

y_i = (y_li+y_pi)/2

• obliczenie parametrów y₀ i m osi suwnicy jako linii prostej w układzie lewej szyny, stosując rozwiązanie ścisłe metodą najmniejszych kwadratów dla następujących równań obserwacyjnych:

v_i = y₀ + mx_i − y_i

• obliczenie nominalnych wartości Y_i dla szyny lewej i prawej:

Y_li = y₀ + mx_i − S/2

Y_pi = y₀ + mx_i + S/2 gdzie:

S - rozstaw nominalny szyn;

• obliczenie rozstawu rzeczywistego szyn D_i i odchyłki od rozstawu nominalnego ΔD_i:

D_i = y_pi − y_li

D_i = D_i − S

• obliczenie odchyłek szyn od linii prostych równoległych o nominalnym rozstawie S, realizujących prawidłowy kształt jezdni:

y_li = y_li − Y_li

y_pi = y_pi − Y_pi

• obliczenie strzałek krzywizny (odchyłek od prostoliniowości):

$$f_{\text{li}} = y_{\text{li}} - \left\lbrack y_{l,i - 1} + \left( y_{l,i + 1} - y_{l,i - 1} \right)\frac{x_{i} - x_{i - 1}}{x_{i + 1} - x_{i - 1}} \right\rbrack,\ \ f_{l1} = f_{\text{lN}} = 0$$

analogicznie dla szyny prawej;

• obliczenie różnic wysokości niwelet szyn (ΔH_li i ΔH_pi) i spadków podłużnych (e_li i e_pi):

H_li = H_li − H_{l, i − 1},   i = 2, …,  N

$$e_{\text{li}} = \frac{{H}_{\text{li}}}{\left( x_{i} - x_{i - 1} \right)},\ \ e_{l1} = 0$$

analogicznie dla szyny prawej;

• obliczenie poprzecznych różnic wysokości ΔH_i i spadków poprzecznych ε_i:

H_i = H_li − H_pi

ε_i = ΔH_i/S

5. Wnioski:

Badane torowisko suwnicy nie spełnia wszystkich wymagań

technicznych dotyczących geometrycznego stanu torów podsuwnicowych:

• odchyłki rozstawu szyn toru w części przypadków przekraczają graniczną wartość dopuszczalną ±5 mm;

• odchyłki osi szyn od ich osi teoretycznych w części przypadków przekraczają graniczną wartość dopuszczalną ±2,5 mm;

• na badanym odcinku szyny nie leżą w płaszczyźnie poziomej, lecz wznoszą się wraz ze wzrostem numeracji przekrojów o 0,6 %;

• różnice wysokości niwelet szyn w przekrojach poprzecznych mieszczą się w normie.

Kraków, 13 V 2015 r.

Wyniki pomiarów

Tabela 1: Wyniki pomiarów odległości szyny od linii odniesienia

		SERIA I	SERIA II	yL [cm]
Stan.	Cel	I poł. [cm]	II poł. [cm]	średnia [cm]
St1	L1	9,3	9,4	9,4
	L2	9,0	9,1	9,1
	L3	8,6	8,7	8,7
	L4	8,3	8,4	8,4
	L5	8,0	8,1	8,1
	L6	7,4	7,5	7,5
	L7	7,0	7,1	7,1
	L8	6,6	6,8	6,7
	L9	6,5	6,5	6,5
	L10	6,0	6,2	6,1
	L11	5,5	5,7	5,6
	L12	5,3	5,4	5,4
	L13	4,8	4,9	4,9
	L14	4,7	4,8	4,8
	L15	4,3	4,5	4,4
Stan	Cel	I poł [cm]	II poł [cm]	śred. [cm]
St2	P1	12,0	11,8	11,9
	P2	11,9	12,0	12,0
	P3	11,8	11,8	11,8
	P4	11,9	11,9	11,9
	P5	11,8	11,7	11,8
	P6	12,0	11,9	12,0
	P7	12,3	12,3	12,3
	P8	12,7	12,7	12,7
	P9	12,7	12,6	12,7
	P10	12,9	12,9	12,9
	P11	12,8	12,8	12,8
	P12	12,9	12,8	12,9
	P13	12,8	12,6	12,7
	P14	12,6	12,6	12,6
	P15	12,5	12,4	12,5

Ujemny znak przy odległościach y’_L związany jest z położeniem prostej odniesienia po zewnętrznej stronie szyny – odległości mierzono po ujemnej stronie osi Y.

Tabela 2: Wyniki pomiarów niwelacyjnych szyn

St.	cel	SERIA 1	SERIA 2	H śr. s. 1-2	H zred . [mm]
		I pom	II pom	h I pom	h II pom
1	Rp1	1483	1475	---	---
	Rp2	1387	1378	96	97
	L1	1364	1355	119	120
	L2	1355	1347	128	128
	L3	1348	1339	135	136
	L4	1342	1334	141	141
	L5	1335	1327	148	148
	L6	1330	1322	153	153
	L7	1324	1315	159	160
	L8	1317	1309	166	166
	L9	1309	1300	174	175
	L10	1302	1294	181	181
	L11	1298	1289	185	186
	L12	1295	1287	188	188
	L13	1292	1284	191	191
	L14	1290	1282	193	193
	L15	1288	1280	195	195
	P1	1361	1352	122	123
	P2	1351	1343	132	132
	P3	1343	1334	140	141
	P4	1336	1327	147	148
	P5	1328	1319	155	156
	P6	1322	1313	161	162
	P7	1316	1307	167	168
	P8	1308	1300	175	175
	P9	1303	1296	180	179
	P10	1298	1290	185	185
	P11	1294	1286	189	189
	P12	1290	1282	193	193
	P13	1288	1279	195	196
	P14	1286	1278	197	197
	P15	1284	1277	199	198

Tabela 3: Parametry toru i konstrukcji pomiarowej

Rozstaw nominalny szyn	1571	mm
xd1	-2,408	m
xd2	19,853	m

Jako rozstaw nominalny szyn przyjęto szerokość standardową toru kolejowego (1435 mm) powiększoną dwukrotnie o wynik pomiaru szerokości główki szyny (68 mm).

Tabela 4: Wyniki pomiarów geometrii szyn

Przekrój	x [m]	yl [mm]	y'p [mm]	Hl [mm]	Hp [mm]
1	0,0	96,50	-122,00	0	3
2	1,0	93,25	-121,75	9	12
3	2,0	89,25	-120,25	16	21
4	3,0	86,75	-121,00	22	28
5	4,0	83,50	-119,50	28	36
6	5,0	77,75	-121,75	34	42
7	6,0	74,00	-125,25	40	48
8	7,0	70,00	-129,25	46	55
9	8,0	67,75	-129,00	55	60
10	9,0	64,00	-131,00	62	66
11	10,0	59,00	-130,00	66	70
12	11,0	56,50	-130,75	69	73
13	12,0	52,25	-130,00	72	76
14	13,0	50,75	-129,50	74	78
15	14,0	47,50	-127,25	76	79

Zestawione w kolumnach 3. i 4. tabeli (3) wartości yl i y’p zostały zwiększone o 3 mm w stosunku do odpowiadających im pozycji w tabeli (2), gdyż tyle wynosi odległość od krawędzi wykorzystanej podczas pomiaru linijki do początku jej podziałki.

Wyniki obliczeń

Tabela 5: Parametry kształtu jezdni suwnicowej w płaszczyźnie poziomej

Przekrój	x	dx	odchyłki od prostej	strzałki krzywizny	rozstaw szyn	odchyłka rozstawu
			szyna L	szyna P	szyna L	szyna P
	[m]	[m]	[mm]	[mm]	[mm]	[mm]
1	0,0	0,0	-1	-1	0	0
2	1,0	1,0	0	0	0	-1
3	2,0	1,0	0	2	-1	1
4	3,0	1,0	1	2	0	-1
5	4,0	1,0	2	4	1	2
6	5,0	1,0	0	2	-1	1
7	6,0	1,0	0	-1	0	0
8	7,0	1,0	0	-4	-1	-2
9	8,0	1,0	1	-3	1	1
10	9,0	1,0	1	-5	1	-2
11	10,0	1,0	0	-3	-1	1
12	11,0	1,0	1	-3	1	-1
13	12,0	1,0	1	-2	-1	0
14	13,0	1,0	3	-1	1	-1
15	14,0	1,0	4	2	0	0

Tabela 6: Parametry kształtu jezdni suwnicowej w płaszczyźnie pionowej

Prze- krój	x	wysokość niwelety	różnice wysokości	spadki podłużne	poprzeczna różnica wysokości	spadek poprzeczny
		szyna L	szyna P	szyna L	szyna P	szyna L
	[m]	[mm]	[mm]	[mm]	[mm]	[mm/m]
1	0,0	0	3	9	9	0,00
2	1,0	9	12	7	9	8,50
3	2,0	16	21	6	7	7,25
4	3,0	22	28	7	8	5,75
5	4,0	28	36	6	6	6,75
6	5,0	34	42	6	7	5,50
7	6,0	40	48	6	7	6,25
8	7,0	46	55	9	5	6,00
9	8,0	55	60	7	6	8,75
10	9,0	62	66	5	4	6,75
11	10,0	66	70	3	3	4,50
12	11,0	69	73	3	2	3,00
13	12,0	72	76	2	2	2,50
14	13,0	74	78	2	1	2,00
15	14,0	76	79	---	---	2,00