線路方向偏差檢測(cè)及撥道原理

線路方向偏差檢測(cè)及撥道原理使軌道在水平面內(nèi)向左或是向右進(jìn)行撥動(dòng)，稱為撥道作業(yè)，其目的是為了消除線路方向偏差，使曲線圓順、直線直。搗固車進(jìn)行撥道作業(yè)時(shí)，撥道量的大小及方向，是由安裝在搗固車上的線路方向偏差檢測(cè)裝置測(cè)出的，經(jīng)電液伺服控制的撥道機(jī)構(gòu)自動(dòng)地進(jìn)行撥道作業(yè)，在直線和圓曲線地段不需要人工參與。YDZ32搗固車采用單弦檢測(cè)裝置檢測(cè)線路方向偏差，它有四點(diǎn)式偏差檢測(cè)、三點(diǎn)式偏差檢測(cè)及激光直線矯直三種偏差自動(dòng)檢測(cè)撥道方式。一、線路方向偏差自動(dòng)檢測(cè)撥道原理線路方向偏差檢測(cè)裝置，是根據(jù)單弦檢測(cè)撥道理論設(shè)計(jì)的，圖5是線路方向偏差自動(dòng)檢測(cè)撥道系統(tǒng)工作原理示意圖。在線路方向偏差檢測(cè)裝置的A、D檢測(cè)小車之間，張緊一根鋼絲繩S作為檢測(cè)基準(zhǔn)，撥道作業(yè)時(shí)由A點(diǎn)檢測(cè)小車上的氣缸把鋼絲弦線拉緊，弦線A端和D端固定不能左右移動(dòng)，在B、C檢測(cè)小車上各裝有一個(gè)矢距傳感器pot，弦線穿過(guò)矢距傳感器上的撥叉，當(dāng)線路方向有偏差時(shí)，弦線帶動(dòng)撥叉使電位計(jì)轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出一個(gè)模擬矢距值的電壓信號(hào)H「七經(jīng)運(yùn)算放大電路輸出一個(gè)比較偏差信號(hào)Diffl，由跟蹤機(jī)構(gòu)的電位計(jì)Dig或是CCS系統(tǒng)來(lái)的撥道量修正信號(hào)V與偏差信號(hào)Diffl進(jìn)行比較，輸出撥道信號(hào)Diff2給電液伺服閥Hy，電液伺服閥將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為液壓信號(hào)，液壓油進(jìn)入撥道油缸，撥道油缸推拉撥道輪R。使軌道左右移動(dòng)，消除線路方向偏差。

圖5線路方向偏差自動(dòng)檢測(cè)撥道原理前轉(zhuǎn)向架I軸2.后轉(zhuǎn)向架IV軸A-后檢測(cè)小車 B-B點(diǎn)檢測(cè)小車 C-C點(diǎn)檢測(cè)小車D-D點(diǎn)檢測(cè)小車Pot-矢距傳感器 G-弦線固定器S-弦線 R-撥道輪Dig-跟蹤機(jī)構(gòu)的電位計(jì) 3Pt-三點(diǎn)式檢測(cè)開關(guān)Hy-伺服閥GVA-計(jì)算機(jī) ind-撥道表。線路方向偏差檢測(cè)及撥道過(guò)程是自動(dòng)進(jìn)行的，只有在線型變更點(diǎn)處及緩和曲線地段撥道時(shí)，對(duì)所測(cè)矢距值要進(jìn)行修正，修正值的計(jì)算由CCS系統(tǒng)完成，或者司機(jī)查修正值表，用數(shù)字電位計(jì)輸入。線路方向檢測(cè)撥道系統(tǒng)是典型的電液位置伺服控制系統(tǒng)，圖6是該系統(tǒng)的自動(dòng)控制原理框圖。圖6 自動(dòng)檢測(cè)撥道系統(tǒng)的控制原理圖YDZ32搗固車的方向偏差測(cè)量弦長(zhǎng)為21.71m，各測(cè)點(diǎn)的距離為AC=10.65m、

AB=5.315m、CD=11.06m、BC=5.335m、BD=16.395m。為了敘述方便用11表示AB長(zhǎng)、12表示BC長(zhǎng)、13表示CD長(zhǎng)、1表示測(cè)量弦線全長(zhǎng)。曲線檢查標(biāo)準(zhǔn)和正矢計(jì)算：1.曲線檢查標(biāo)準(zhǔn)：緩和曲線正矢不得超過(guò)2mm、圓曲線正矢不得超過(guò)4mm、最大最小正矢差不得超過(guò)6mm、用20m弦在鋼軌踏面下16mm處測(cè)量正矢。圓曲線正矢計(jì)算：圓曲線計(jì)劃正矢(Fc)=50000/R(mm)如果不知道半徑可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際量出來(lái)的正矢合計(jì)進(jìn)行計(jì)算，艮即圓曲線計(jì)劃正矢(Fc)二現(xiàn)場(chǎng)實(shí)量正矢合計(jì)/圓曲線的分階數(shù)。緩和曲線正矢計(jì)算：1.緩和曲線正矢遞增率(Fn)=園曲線計(jì)劃正矢(Fc)/一端緩和曲線分段數(shù)(n)二、四點(diǎn)式檢測(cè)原理線路方向偏差檢測(cè)方式有四點(diǎn)式、三點(diǎn)式和激光矯直三種。這三種線路方向偏差檢測(cè)方式的偏差檢測(cè)原理不同，故偏差檢測(cè)及撥道精度也不同。但其撥道原理是一樣的。圖7四點(diǎn)式偏差檢測(cè)原理四點(diǎn)式檢測(cè)原理是以檢測(cè)圓曲線的方法為基礎(chǔ)，有四個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，故稱為四點(diǎn)式檢測(cè)，如圖7所示，當(dāng)A、B、C、D各點(diǎn)均在正確的圓曲線上時(shí)，B、C兩點(diǎn)的矢距值可以由(2)式得出。(3)(4)H?ACxCD_匕.(11+12)i 2R—32r"(3)(4)H?ABxBD_l,.(l2+13)2 2R 12R3線路方向偏差檢測(cè)裝置必須能在直線和不同線型的曲線上工作。因此，線路方向偏差的檢測(cè)必須與曲線半徑無(wú)關(guān)，才能在各種線型上進(jìn)行方向偏差檢測(cè)工作，為此式（3）或式（4）相除，就可以消除半徑RHACxCDl-(/+1)H=ABxBDli?(l+1)B對(duì)某一臺(tái)搗固車而言，各檢測(cè)點(diǎn)之間的距離是一定的，所以上式是常數(shù)，并用KB表示，稱為B點(diǎn)的比例常數(shù)，又稱為B點(diǎn)偏離對(duì)C點(diǎn)的影響系數(shù)，它與矢距H1和H2有以下關(guān)系，1 2 腫廣, （6）YDZ32搗固車檢測(cè)裝置的B點(diǎn)的比例常數(shù)為K_匕（I】+〈）_11.06（5.315+5.335）_13517b一1初+1）」5.315（5.335+11.06）一'12 3當(dāng)搗固車處在正確的圓曲線上時(shí)式（6）成立，線路方向偏差信號(hào)為零，說(shuō)明線路方向良好。當(dāng)線路方向存在偏差時(shí)式（6）不成立，則有線路方向偏差信號(hào)，電液伺服閥有液壓信號(hào)輸出，撥道油缸動(dòng)作，使軌道移動(dòng)，直到式（6）成立，撥道信號(hào)為零時(shí)，撥道動(dòng)作停止。四點(diǎn)式檢測(cè)撥道系統(tǒng)是一個(gè)按己整正過(guò)的圓曲線的B點(diǎn)矢矩為設(shè)定信號(hào)，C點(diǎn)矢距為反饋信號(hào)組成的電液位置伺服控制系統(tǒng)，實(shí)質(zhì)上是一個(gè)做圓的裝置。直線被認(rèn)為是半徑無(wú)窮大的圓曲線，所以在直線上檢測(cè)撥道時(shí)同圓曲線一樣對(duì)待。三、三點(diǎn)式檢測(cè)原理三點(diǎn)式檢測(cè)是通過(guò)裝在B點(diǎn)小車上的弦線固定器使弦線在B點(diǎn)固定，取消檢測(cè)點(diǎn)A，弦線長(zhǎng)縮短了AB段，變?yōu)?5.785m，并接通三點(diǎn)式檢測(cè)電氣開關(guān)，切斷B點(diǎn)矢距傳感器的電信號(hào)，這時(shí)僅有C點(diǎn)矢距傳感器工作。這種檢測(cè)方法有三個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，稱為三點(diǎn)式檢測(cè)，如圖8所示。圖8三點(diǎn)式檢測(cè)原理1直到H1等于(7)三點(diǎn)式檢測(cè)是以檢測(cè)直線為基礎(chǔ)的，在直線上進(jìn)行向方偏檢測(cè)時(shí)，矢距傳感器測(cè)出的矢距信號(hào)H1就是C點(diǎn)的矢距。如果這時(shí)不對(duì)撥道信號(hào)進(jìn)行修正，則H1就作為偏差信號(hào)進(jìn)行撥道，那么就會(huì)把圓曲線撥成直線，曲線的整正也就無(wú)法進(jìn)行了。因此，三點(diǎn)式檢測(cè)撥時(shí)，需要用手動(dòng)或者是CCS系統(tǒng)輸入相應(yīng)圓曲線在C點(diǎn)的理論矢距值七，用圓曲線在C點(diǎn)的理論矢距值Vc與實(shí)測(cè)矢距值1直到H1等于(7)YDZ32搗固車的I「5.335m，I「11.06m，則上式可以改寫成y_l^^_5.335x11.06_29.5C—2R3— 2R —~R三點(diǎn)式檢測(cè)撥道與四點(diǎn)式檢測(cè)撥道的不同之處是輸入電液位置伺服控制系統(tǒng)的設(shè)定信號(hào)：四點(diǎn)式是戲，三點(diǎn)式是vc由司機(jī)或是CCS系統(tǒng)輸入。四、線路直線段的激光矯直原理在長(zhǎng)大直線上進(jìn)行撥道作業(yè)時(shí)，由于檢測(cè)弦線長(zhǎng)度有限，所以整正后的直線方向不理想，仍有大慢彎存在。為了提高直線的矯直精度，只能加長(zhǎng)檢測(cè)弦線長(zhǎng)度，才能達(dá)到。激光矯直就是利用激光束的直射特性，通過(guò)D點(diǎn)小車上的跟蹤機(jī)構(gòu)，使弦線的D端始終與激光束保持在一條直線上，如圖9所示。好似把檢測(cè)D點(diǎn)向前延長(zhǎng)到P點(diǎn)，弦線延長(zhǎng)了300?600m，大大地延長(zhǎng)了弦張長(zhǎng)度，提高了直線段的方向偏差檢測(cè)精度，改善了撥道質(zhì)量。圖9激光校直原理伺服電機(jī) 2.激光接收器3.伺服電機(jī)控制器4.激光發(fā)射器調(diào)整手輪5.激光發(fā)射器 6.激光束使用激光矯直撥道作業(yè)時(shí)，把弦線B點(diǎn)固定，采用三點(diǎn)式檢測(cè)。YDZ32搗固車把弦線D點(diǎn)改為固定，激光接收器相對(duì)D點(diǎn)移動(dòng)的距離由安裝在跟蹤機(jī)構(gòu)上的位移傳感器測(cè)出，按下列比例關(guān)系計(jì)算出移動(dòng)距離ED對(duì)C點(diǎn)矢距的影響值H，如圖10所示，H與實(shí)測(cè)H疊加，即為撥道量，H的正負(fù)由激光D D 2 D接收器移動(dòng)方向確定。TOC\o"1-5"\h\zHD=—-Ed (9)2 3為了簡(jiǎn)化，令一L——'335=0.3254=K,為D點(diǎn)的偏離對(duì)C點(diǎn)矢距的影響12+13 16.395 D系數(shù)，則式(9)可寫成HD—K'D-Ed (10)上述運(yùn)算過(guò)程是由撥道控制系統(tǒng)的運(yùn)算電路完成，不需要操縱者干預(yù)。圖10比例關(guān)系示意圖五、線路方向整正后的殘留偏差分析單弦檢測(cè)線路方向的基本原理是建立在A、B、D三個(gè)檢測(cè)點(diǎn)都處在同一半徑

的圓曲線上時(shí)，C點(diǎn)的線路方向偏差會(huì)完全被檢測(cè)出來(lái)。但是在實(shí)際撥道作業(yè)中，A、B檢測(cè)點(diǎn)處在己整正后的圓曲線上，而D點(diǎn)檢測(cè)小車是在未整正的曲線上。因此，C點(diǎn)檢測(cè)出的方向偏差就不是C點(diǎn)線路實(shí)際存在的方向偏差，還包含著D點(diǎn)偏差的影響。所以整正后的線路方向仍有一定的方向偏差殘留，簡(jiǎn)稱為殘留偏差。1、四點(diǎn)式檢測(cè)殘留偏差分析四點(diǎn)式檢測(cè)撥道作業(yè)時(shí)，A、B點(diǎn)檢測(cè)小車行走在已整正的線路上，D點(diǎn)檢測(cè)小車行走在未整正的線路上。如圖11所示，圖中點(diǎn)劃線表示正確的軌道位置，實(shí)線為撥道前的軌道位置。當(dāng)D點(diǎn)處線路有方向偏差ED時(shí)，撥道作業(yè)只能把軌道移到虛線位置，仍殘留方向偏差Fr不能消除。殘留偏差量Fr的大小，根據(jù)式(6)求出，TOC\o"1-5"\h\zF+(HK-e)=(H-e)-K (11)R 2B1 2 2BF=(H-e)-K-HK+e=e-e-K (12)R 2 2B2B1 1 2B式中 e=‘1+/2-E (13)1lDe2=,-ED (14)代入式(12)得l+1ll(l+1)F=-4 -E--1-Ex 2—RlDlDl1(l2+l)=E.l&+l「-d?i(l：+lj(15)(16)L(l,+L)_5.335(5.315+5.335)

l(l1+132)-21.71(5.335+11.06)(15)(16)為D點(diǎn)偏離對(duì)C點(diǎn)矢距的影響系數(shù)，則式（12）可以簡(jiǎn)寫為，F(xiàn)r=Kd-Ed或者1 E或者 =—D-* Fr

(17)_1_l(l.+L)

n—K—i(2+13)(17)D21 2為四點(diǎn)式檢測(cè)撥道的線路方向偏差殘留系數(shù)。圖11四點(diǎn)式檢測(cè)的殘留偏差根據(jù)式（17）就可以求出YDZ32搗固車用四點(diǎn)式檢測(cè)撥道時(shí)的線路方向偏差殘留系數(shù)為：n= =21眼16.395=6.2645泊6.3(l+1) 5.335x10.651 2這就是說(shuō)：采用四點(diǎn)式檢測(cè)撥道后線路方向偏差仍有1/6.3的殘留下來(lái)不能消除。2、三點(diǎn)式檢測(cè)殘留偏差分析采用三點(diǎn)式檢測(cè)撥道時(shí)，當(dāng)D點(diǎn)有方向偏差ED時(shí)，C點(diǎn)撥道后有殘留偏差Fr如圖12所示。F'=e'=—1—-E （9），R1l+lD式中為三點(diǎn)式檢測(cè)D點(diǎn)偏離對(duì)C點(diǎn)矢距的影響系數(shù)，與（9）、（10）式同理：Fr=K'D-Ed （10），(18)_l+l(18)-2132為三點(diǎn)式檢測(cè)撥道時(shí)的線路方向偏差殘留系數(shù)。YDZ32搗固車用三點(diǎn)式檢測(cè)撥道時(shí)的偏差殘留系數(shù)為

5.335+5.335+11.065.335=3.073牝3.1可見三點(diǎn)式檢測(cè)撥道時(shí)的線路方向偏差殘留比四點(diǎn)式檢測(cè)撥道時(shí)的線路方向偏差殘留大。所以一般情況下應(yīng)采用四點(diǎn)式檢測(cè)撥道。圖12三點(diǎn)式檢測(cè)的殘留偏差通過(guò)上述誤差分析得出：不論是四點(diǎn)式檢測(cè)撥道還是采用三點(diǎn)式檢測(cè)撥道只能達(dá)到線路方向基本圓順，不能完全消除線路方向偏差，整正后的線路仍有一定的方向偏差存在，故稱為近似法撥道作業(yè)。近似法撥道存在殘留方向偏差，為了減少殘留方向偏差，提高撥道作業(yè)質(zhì)量，建議對(duì)撥道量較大的地段，一次最大撥道量不超過(guò)表3所列值。近似法一次最大撥道量表 表3曲線半徑(m)一次最大撥道量四點(diǎn)式(mm)三點(diǎn)式(mm)250及以下8443251?3507236351?4506030451?6504824651及以上3618如果要完全消除撥道后的方向殘留偏差，提高撥道質(zhì)量，使軌道恢復(fù)原有的幾何位置，可以在撥道作業(yè)前對(duì)線路方向進(jìn)行測(cè)量，每隔2.5m(五根軌枕)的距離把實(shí)