D09-32连续式捣固车线路纵向水平的检测原理及标定
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摘要:详细分析d09-32连续式捣固车线路纵向水平检测装置的结构、检测原理，介绍现场纵向水平标定的方法。
关键词:D09-32连续式捣固车;纵向水平检测装置的结构;检测原理;现场标定
Abstract: detailed analysis D09-32 continuous tamping car line longitudinal level detection device structure, testing principle, introduces the vertical level calibration method.
Keywords: D09-32 continuous tamping car; The structure of the longitudinal level detection device; Detection principle; calibration
中图分类号：文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
随着经济的高速发展，国内铁路货运、客运量的剧增，铁路运输面临严峻的考验。为了保证提速后铁路运行的安全、准点的目标，我国于2000年引进了D09-32型捣固车。D09-32是PLASSER公司九十年代末的产品，以作业效率高、精度高而著称。为我国铁路的提速做出巨大贡献。
随着200km/h高速列车的开行，对线路的维修质量尤其是对线路纵向水平质量的要求愈来愈高。D09-32连续式捣固车在使用一段时间后，由于测量小车的磨损或者一些相关零配件的损坏更换等原因，导致作业精度下降，甚至不能正常起道作业，于是就要重新标定车的起道系统。
D09-32型捣固车是机、电、液、气为一体，采用大量的电液伺服控制、自动检测、微机控制等大量的先进技术，可同时进行拨道、起道抄平、捣固、夯实的线路综合作业。然而起道系统的现场标定却是非常之困难，因为在厂家的调试是让车停放在“标准轨”上进行的，所谓“标准轨”是指左右两条轨的横向水平、纵向水平及正矢方向的误差很小，可以忽略不记。但在作业现场很难找到理想的“标准轨”，于是在厂家的调试方法不能简单的照搬到作业现场，致使在作业现场对起道系统的调试成了一个老大难问题，长期困扰着我们。针对所提的问题，本文分析了纵向水平检测装置的结构、纵向水平检测的原理，提出一套卓有成效的方法实现没有“标准轨”的情况下完成D09-32连续式捣固车起道系统现场的标定。
一、线路纵向水平检测装置的结构
由于线路纵向水平在两股钢轨上不完全相同，在不同区段要选择左股或右股钢轨为基础，所以09-32捣固车上对应每股钢轨各装有一套纵向水平检测装置，即采用双弦检测。其结构如图1所示：
图1
前电子摆
中电子摆
后电子摆
抄平弦张紧气缸（左右各一个）
8、距离测量轮
11、 抄平传感器（左右各一个）
12、 位移小车位置传感器
16、 起道装置
如图1所示线路纵向水平检测装置是由安装在三台检测小车上的检测杆R、M、F，安装在M检测杆上的两台高低传感器（左右各一个）和两根钢弦线组成。弦线的一端固定在F检测杆上，另一端由气缸4拉紧，在M点弦线穿过高低传感器11的触杆。当M点轨道相对弦线有高或低的变化时，传感器的触杆在弦线的拉动下转动，则轨道的高低偏差被检测出通过传感器α/v的变换以电压信号输出。
1、起道作业原理分析
机器前面测量点“F”，作为前测量参考点，用于测量实际水平。在捣固装置区域的 测量点“M”，即起道作业点，测量传感器装于该位置测量杆上，传感器的控制臂与抄平弦相连，输出与轨道“M”点水平值成比例的电信号，用来自动控制起道液压伺服系统。测量点“R”，位于已修正的轨道上，作为测定后测量参考点。
设基本起道量为 h，则 R 点与 F 点之间会有一个数值为 h 高度差，在 M点的高度差 hM,
（2-1）
由于在起道环节调零的时候，将 R、M、F三点在一条直线上的时候设为零点，因此只要通过起道装置将 M点抄平传感器的值抬高到hM，具体见图 2-1。
此时 M 点共抬高了h，同时也消除了由于 M 点偏离 R、M 点所确定直线的误差。
在起道过程中相当于用一条线段去拟合一条曲线，以改变曲线的平滑度，改善大小与线段长度有关。因此，起道只是改善线路纵向水平，因受弦长限制，并不能达到理想曲线。
图2-1 起道作业原理示意图
2、起道补偿算法设计
连续式捣固车作业时，起道装置随作业小车移动而移动，由以上作业原理可知，起道作业原理是基于M点静止得出。当作业小车带动M点变化时，其起道量也会变化，因此必须加一个补偿值。
各作业参数都是相对小车零位所给出，设小车由M点运动到了M’，偏离零位的距离为 x，M'点的其道量为 hM'，见图 2-2
则
所以起道补偿量ΔhM'，
（2-2）
由式（2-2）可知，起道的补偿量是小车移动距离 x，基本起道量 h的函数，即可写为：
图2-2 起道补偿原理示意图
3、抄平补偿算法设计
抄平作业主要是修正钢轨横断面左、右轨的超高差（以下简称超高），以保证给设定速度范围的列车提供向心力。由于不同线路段，列车限速和弯道半径不同，超高亦会变化。
超高的测量是通过电子摆完成，电子摆固定在测量小车上，铁轨超高变化时，测量小车会的倾斜亦随之改变，而摆锤在重力作用下保持与水平面垂直，因此摆锤和测量小车垂面之间的夹角θ也会变化，同时带动电位器转动一个角度，输出的电压即可表示测量小车的倾斜角θ。
设超高为 hc，轨距为 l，则
hc = l * sinθ
图2-3 超高原理示意图
作业中，只要将超高的理想值和电子摆实测值的差值加到较高钢轨起道量中参与起道作业。由于超高表示钢轨横断面的几何参数，仅与测量位置有关。而且超高的理想值是通过 ALC（一种用于计算轨道几何参数的工业计算机）直接输出，无法计算。这可以通过设计一个 FIFO 来解决补偿问题。这个FIFO存储作业小车运动范围的超高，并不断刷新，当进行抄平作业时，将位置传感器的值转化FIFO的位置，并将其理想超高取出作为作业点的超高给定值并参与抄平。
三、起道抄平系统现场的调试
D09-32连续式捣固车起道电路系统由左、右抄平模拟控制板（EK-347LV），超高处理及沉降补偿板（EK-346LV），工作小车补偿控制板（EK-348LV），前端模拟输入板（EK-345LV）等组成。各个控制系统输出的信号汇集到左、右抄平模拟控制板，形成总的起道控制信号，经过放大处理后控制液压起道伺服系统去执行起道。
在起道模拟控制板中，总共有七路信号，其分别是：抄平传感器信号、调零信号、前摆补偿信号、工作小车补偿信号、后摆补偿信号、沉降补偿信号、前端起道信号。其中调零信号与沉降补偿信号出厂时电路已按比例当量设定好，无需现场调整。其它五路信号均需调试电器零点及对应值。
1、起道总的零点标定
置所有电位器为0，在起道模拟控制板上关断抄平传感器，检查其它六路信号输入均为零时，调P2使左、右抄平表指针在中央。
2、左抄平传感器信号零点及及对应值的标定
要确定抄平传感器的电气零点，首先校正抄平传感器机械零点，保证R、M、F三点一线，这在现场难度很大，实际上，可用光学水准仪经一定手段来实现抄平传感器机械零点的标定。如图3所示，光学水准仪是由三脚架1、可调节高度的望远镜瞄准仪2和带刻度的抄平标杆3等部件所组成。
图3
标定时先将车停放于轨道，将卫星小车移动至300mm位置，分别在支撑测量杆小车的停放位置标记为R、M、F，将车开走，把光学水准仪置于R点，在安放水准仪和标杆于钢轨上时，须将角板座放正钢轨内侧，气泡水准器起保护仪器铅直的作用。标尺放于M点，调整光学水准仪高低使光学水准仪望远镜的十字叉恰好在标尺零点，（如图3所示）即保证R、M点等高，再把标尺放到F点，（如图4所示）读出标尺的刻度值，0位以下为负值，表示F点相对R点低；0位以上则相反。图4标尺刻度值为 负10mm。把车开回原位放好，基本起道量给正的10mm，相当于把F点抬高10mm，做出了一个纵向水平为零的标准轨，保证了抄平传感器的机械零点。这时张紧抄平钢弦，接通传感器，上下移动左抄平传感器的位置，使左抄平表的指针在中央。
在左抄平传感器的小车下端垫10mm的垫块，测量左抄平传感器输出端F16为1V/mm*10mm=10V。调整左抄平模拟控制板的P1使F16输出电压值为10V。
图4
图5
3、右抄平传感器信号零点及及对应值的标定
测量方式与调试方法同左抄平传感器基本一样，只是用水准仪测量的是右轨，输出端为F17。
4、前摆补偿信号的标定
在前测量轮下垫20mm垫块，卫星小车在300mm处，调整左抄平模拟控制板上P5使左起道表在中央，调整右抄平模拟控制板上P5使右起道表在中央。
5、后摆补偿信号的标定
左、右后测量轮下各垫10mm的垫块，调整左抄平模拟控制板上P6使左起道表在中央，调整右抄平模拟控制板上P6使右起道表在中央。
6、工作小车补偿信号的标定
卫星小车在0-300mm处运动，调整左、右抄平模拟控制板上P4，观察抄平表，在标准轨上尽量保证左右抄平表在表内内边缘。
7、前端基本起道信号的标定
在前测量杆下垫高一个值，使钢弦处于Fˊ处，则由图5可以看出总起道信号将增加MMˊ的起道量，此时如果手动电位器4f3输入一个–FFˊ的量，即从电气上模拟把前测量杆从Fˊ点降到F点处，则起道要减少MˊM，可见实际总起道量的变化量为：MM'-M'M=0，即总起道量不变。实际标定时，在总起道量为零的情况下，在前测量杆下垫一个40mm的垫块，基本起道量给-40mm，调整P11使抄平表指针为0。
图6