发布时间 : 星期五 文章轨道检测技术（之二） - 图文更新完毕开始阅读cd4e840ddd36a32d72758118
轨高低两者差值，可得到轨道的动态左右水平差（即相对水平），据此计算机会算出各种基线长度的动态三角坑（与超高测量得出的三角坑相区别），图4-3-6是CP3惯性基准轨道高低测量仪的原理框图。
图4-3-6 CP3惯性基准轨道高低测量原理框图
3．轨距
GJ-3型轨检车的轨距测量装置与GJ-4型轨检车基本相同，轨距测量部分在GJ-4型轨检车中作介绍。
4．轨向
高低检测是惯性基准法在垂直方向进行轨道不平顺的测量，轨向则是惯性基准法在横向进行轨道不平顺测量的结果。轨向测量在横向的惯性基准，与高低检测一样用加速度计通过二次积分完成。有了惯性参考在空间的横向位移，再分别加上左、右轨距测量值，就可以产生左、右轨的方向，可以说轨向的测量是在轨距测量的基础上完成的。
轨向测量结构原理见图4-3-7、图4-3-8。
图4-3-7 轨向测量结构原理
作为产生惯性参考的加速度计在横向受车辆运动的影响，存在的有害加速度比在垂向要严重的多。例如在曲线上的离心加速度，与产生高低惯性位移参考加速度计的敏感方向基本是正交的，因此基本不产生影响，而对方向测量而言，这种干扰是必须考虑的。在GJ-3型轨检车上，是采用滤波的方法来消除有害加速度的影响。这种方法的主要优点是简单，但是在曲线上测量误差比GJ-4型轨检车采用补偿方法测量要大一些。
图4-3-8 轨向测量装置原理框图
5．超高、曲率
超高和曲率测量的原理见图4-3-9。 车内地板上安装有陀螺平台，不管车辆如何运动，陀螺平台始终稳定在当地水平位置，于是可以测到车体的倾角，利用车体和轮对之间安装的位移传感器，可以得到车体与轮对（不考虑轮对的锥型踏面等因素），即车体与轨道所在平面的倾角，求车体倾角和车体与轨道倾角的代数和，就可以得到轨道的倾角。轨道倾角和轨距运算，即可得到超高。
图4-3-9 超高测量原理
利用陀螺平台上的转动角速率陀螺，可以测得曲线上车辆运行的角速度，与速度里程给出的车辆的速度运算，即可得到曲率，即单位距离上的转角。因此，超高测量的关键，是在运动的轨检车上建立水平基准，又一次用到惯性测量技术。日常生活中，我们用水平仪气泡是否居中来判定被测物体是否水平，然后人工调节被监测物体，使之处于水平，这套方法也可以用在平台上，不过水平仪的特性不能满足要求，就需要使用加速度计，利用它来感受重力加速度，与水平仪有同样效果。在曲线上，离心加速度会使水平仪的气泡偏离，不能指示真实水平位置，说明车辆的运动中会存在各种干扰加
速度，破坏车内建立水平惯性基准，因此必须测出有害加速度，并去除其影响。
陀螺平台的工作原理是：安装在平台上的加速度计感受当地的重力加速度，同时由一套自动控制系统，调节由陀螺稳定的平台，使其稳定在当地水平位置。如果在曲线上，离心加速度使由加速度计调平的平台偏离水平位置，可用同样安装在平台上的另一个转动角速率陀螺，测出转动角速度，结合速度里程给出的速度，计算出对离心加速度补偿的数值，进行调平修正，从而保证给出正确的水平基准指示。
要精确的给出水平的惯性基准，对陀螺平台的加工、安装的要求都非常高，必须有精密机械加工作为保证，也要有精密的惯性元器件（陀螺和加速度计）等，同时，还须配合大量的电子线路构成的自动调节和控制系统。作为测量关键的惯性元件，安装在一个环境条件非常好的平台上，才更容易得到比较好的测量结果。
6．车体水平加速度和垂直加速度
GJ—3型轨检车的车体水平和垂直振动加速度是由DCZ-4多功能低频振动测量仪完成，多功能低频振动测量仪可以完成对车体和轴箱的垂直、水平振动加速度和位移的测量。对于轴箱振动加速度和位移的测量，要反映的是线路短波不平顺，监测的频率较高，开始使用时输出到12线磁笔绘图仪上，没有一个方便的评价手段。由于GJ-3型轨检车研制时行车速度较低，对振动加速度认识也不够，在使用一段时间后，就放弃了，只保留了车体水平和垂直振动加速度测量。
DCZ-4多功能低频振动测量仪除了有一套适配应变式加速度计的应变放大器之外，主要具备两个功能，即用于加速度测量的低通滤波和用于位移测量的重积分放大器。低通滤波的截止频率为5Hz、l0Hz、20Hz、40Hz、80Hz、l60Hz、全通（2000Hz）七档，根据实际需要选定。由于只使用其单一功能，这一测量设备以后就演变为单一加速度计配合低通滤波的简化形式。
列车振动测量随着行车速度的提高显得越来越重要，在轨检车上安装测量装置，通过对车体及轴箱振动的测量，可以综合评价和监视轨道的平顺性及旅客舒适度，也能了解车辆的特性及钢轨轨面擦伤、波浪磨耗、接头分布等情况。随着列车速度的不断提高，钢轨短波不平顺造成的轮轨冲击力大大增加，轨道长波不平顺引起的振动更接近车辆的自振频率，从而影响乘车舒适度。因此，轨检车越来越重视对钢轨短波不平顺和长波不平顺的检测，以保证安全和舒适，而在轨检车上对车体及轴箱振动加速度进行测量，既是对舒适度的综合评价，也是对轨道几何不平顺检测的补充。
己有的实验数据表明，钢轨顶面短波不平顺引起的轴箱振动频率是非常高，接头和道岔所引起的轴箱振动加速度的频率在1kHz以上，如京广线轴箱振动加速度在±100g内，石太线轴箱振动加速度在±80g内，而车体经过转向架一系簧和二系簧减振后（车辆的减振系统相当于一个低通滤波器），无论是垂向还是水平方向的振动频率都大大降低，通常客车车体的自振频率在1Hz左右。根据试验，频带0～lkHz范围内，轨检车车体振动加速度一般在±2g以内；频带0～50Hz范围内，轨检车车体振动加速度一般在±0.5g以内。因此在使用车体加速度测量的低通滤波器时，要考虑车体及轴箱的振动特性。GJ-3型轨检车上车体垂直及水平方向振动加速度在预处理时所用
低通滤波器截止频率分别为10Hz和20Hz，所以轨检车轴箱振动加速度用来定性反映钢轨顶面磨耗、接头状况等，而车体振动加速度用来综合评价轨道不平顺状况及乘坐舒适度。
（三）对GJ-3型轨检车的评价
GJ-3型轨检车是我国在八十年代自行研究轨检技术的基础上，于九十年代开发的一代轨检车，在我国轨检技术和轨检车的发展上起着非常重要的作用。直到目前，也还有少数在服役。但GJ-3型轨检车面临着设备老化，急待更新及轨距梁改造的问题，在系统结构上也反映出老化的趋势。
四、GJ-4型轨检车
（一）GJ-4型轨检车的系统结构及检测原理
GJ-4型轨检车检测系统采用了先进的模拟——数字混合处理系统，为捷联式系统结构，检测不受列车运行速度和方向的影响，精度较高；由于采用数字滤波、计算机运算合成方式得到轨道不平顺数据，通过修改计算机软件就可以很容易地改变系统可测波长等检测参数，系统灵活性较大；该系统以数字信号处理为基本处理方式，可靠性高，与以模拟处理方式为主的轨检系统相比维修量少。
GJ-4型轨检车的检测系统主要由模拟信号处理系统和数字信号处理系统两部分组成，模拟信号处理系统由各路传感器、信号转接及监视装置、信号处理装置、功率放大装置、调制/解调装置和电源等五个单元构成；数字信号处理系统由主微机、编辑微机、热敏记录仪、行式打印机、条形显示屏等组成。
轨检车检测系统的基本工作原理为各种传感器将需要检测的位移、速度、加速度等物理量转换为相应的模拟信号，通过信号转接及监视装置输入到信号处理装置。信号处理装置将信号放大和模拟滤波处理后再经信号转接装置输入到主微机。主微机对输入的模拟信号进行A/D模数转换、数字滤波、修正以及补偿处理，然后经过综合运算，得到所需轨道几何参数的数字结果，经D/A数模转换后得到被测轨道几何参数的模拟输出信号，再经过信号转接及监视装置，最后输出到绘图仪，绘图仪将所需轨道几何状态参数的波形记录下来。另外，轨道几何状态参数信号通过主微机的RS232接口传输给编辑微机，由编辑微机对数据进行编辑、显示超限数据，并可输出到行式打印机，打印出轨道几何参数的超限数据报表。
1．轨距
见图4-3-10。轨距测量装置由原理和结构完全对称的左右两个子装置组成，它们各自测量左轨及右轨的轨距变化分量。两个轨距分量之和就是轨距值。左右轨距测量子装置均包括五个部分：光电传感器、调制解调器、信号处理器、功放、伺服机械。光电传感器和伺服机械安装在车体下面的测量梁上。调制解调器、信号处理器及功放安装在车内。光电传感器位于轨顶面斜上方，与钢轨内侧面轨距点之水平距离为DgsL（DgsR），与测量梁上伺服马达水平距离为DsbL（DsbR）。左右马达间距为D。光电传感器发出的光束以?角投射到左（右）轨面下16mm处，漫反射光被光电接收器接收。
当钢轨位移，轨距变化时，光电传感器感应其变化并输出相关电信号，经调制解调器处理后，成为与轨距变化成线性比例的电压信号，再经信号处理器、功放，驱动马达，使光电传感器在伺服机械的推动下，跟踪钢轨位移。