陳建國 吳興華 上海鐵路局工務(wù)處

1 GJ-4型軌檢車檢測系統(tǒng)組成

GJ-4型軌檢車的檢測系統(tǒng)主要由模擬信號處理系統(tǒng)和數(shù)字信號處理系統(tǒng)兩部分組成。模擬信號處理系統(tǒng)由各路傳感器、信號轉(zhuǎn)接及監(jiān)視裝置、信號處理裝置、功率放大裝置、調(diào)制/解調(diào)裝置和電源等五個單元構(gòu)成。數(shù)字信號處理系統(tǒng)由主電腦、編輯電腦、打印機等組成。

2 構(gòu)架式光電伺服軌距測量裝置

構(gòu)架式光電伺服軌距測量裝置是GJ-4型軌檢車安裝于檢測梁上主要測量軌距、軌向的裝置。檢測梁上安裝有伺服機構(gòu)、左右光電傳感器、左右軌距位移計、軌向加速度計、地面標志傳感器等設(shè)備。

我局GJ-4型軌檢車（DJ997759）上的構(gòu)架式光電伺服軌距測量裝置是2011年在原有軸箱式測量裝置的基礎(chǔ)上改造而成的，采用了構(gòu)架與軸箱間的側(cè)滾和垂向位移量修正的技術(shù)，保證了跟蹤軌距點的穩(wěn)定性，消除了軸箱式軌距測量的不安全隱患。

2.1 構(gòu)架式軌距測量裝置基本結(jié)構(gòu)

構(gòu)架式軌距測量裝置由原理和結(jié)構(gòu)完全相同的左右兩部分組成。它們各自測量左軌及右軌的軌距變化分量。兩個軌距分量之和可得到軌距值。左右軌距測量裝置包括八個部分：左右軌距光電傳感器、調(diào)制解調(diào)器Ⅰ、左右軸頭光電傳感器、調(diào)制解調(diào)器Ⅱ、信號處理器、功放、伺服機構(gòu)和左右位移計。

檢測梁吊掛在四位軸后方的轉(zhuǎn)向架的構(gòu)架上，如圖1所示。調(diào)制解調(diào)器Ⅰ、調(diào)制解調(diào)器Ⅱ、信號處理器及功放安裝在車內(nèi)。左右軸頭光電傳感器安裝在四位軸左右軸箱正上方的構(gòu)架上，如圖2所示。

圖 1 構(gòu)架式軌距檢測梁構(gòu)造

圖 2 軸頭光電傳感器

2.2 軌距點的跟蹤方法

軌檢車動態(tài)檢測時，由于軌道存在著各種不平順，使構(gòu)架產(chǎn)生上下浮動、左右搖擺，使軌距光電傳感器發(fā)出的光束不能保持在軌距點（軌面下16mm）處。為了解決這一難題，在四位軸左（右）軸箱正上方的構(gòu)架上，分別安裝了兩個軸頭光電傳感器，用于測量構(gòu)架相對于輪軸的相對位置，和軌距光電傳感器一起，通過數(shù)學模型，確保光電傳感器發(fā)出的光束打在軌距點處。

3 測量裝置的應(yīng)用

3.1 軌距的計算方法

如圖3所示，左右軸頭光電傳感器之間的距離為L,該傳感器測得構(gòu)架相對應(yīng)輪軸的距離為HL和HR,檢測梁與軌道之間的夾角為θ：

圖 3 構(gòu)架式軌距測量裝置軌距的計算

左右伺服電機間距為D（定值），軌距光電傳感器光束與檢測梁之間的夾角為α(DJ997759軌檢車α=45°)，傳感器與鋼軌軌距點的距離為IL、IR,與檢測梁上伺服電機的水平距離為DL、DR（它們由軌距位移計測得），與軌距點的水平距離為KL、KR。

構(gòu)架式光電伺服軌距的計算公式為：

當檢測梁與軌道平行時，θ=0°cosθ=1

3.2 軌距測量

上面已經(jīng)計算了軌距是軌距測量裝置的左右軌的軌距分量值之和。軌距光電傳感器位于軌頂面斜上方的檢測梁內(nèi)，分別投射到左右軌內(nèi)側(cè)面的軌距點處，漫反射光被光電接收器接收。

軌檢車動態(tài)檢測時，鋼軌產(chǎn)生位移使軌距發(fā)生變化，光電傳感器非常敏感軌距的變化，及時輸出相關(guān)的電信號，經(jīng)調(diào)制解調(diào)器處理后變成與軌距變化成線性比例的電壓信號，再經(jīng)過信號處理器、功放，驅(qū)動伺服電機。光電傳感器在伺服機構(gòu)的作用下跟蹤鋼軌位移，測得不同的軌距值。

在鋼軌軌形完好和磨耗小的區(qū)段動態(tài)檢測中，軌距的重復(fù)性良好。測量值通過對地面的復(fù)合，數(shù)值基本一致，動態(tài)檢測數(shù)據(jù)反映了軌距的實際情況。但是在鋼軌側(cè)磨嚴重的小半徑曲線區(qū)段光點上下稍有變化，橫向軌距的變化就較大，軌距變化率數(shù)值也較大。在道岔區(qū)域和鋼軌接頭部位，軌檢車快速運行中車體上下振動加劇，受伺服機構(gòu)靈敏度影響，光點跟蹤延時，軌距測量值就有誤差，軌距變化率超限值將變大。

3.3 軌向測量

軌向的測量采用的是慣性基準法。軌向測量包括兩個部分，一部分是安裝于軌距檢測梁中央位置的軌向加速度計，來測量軌距檢測梁中央部位的橫向慣性位移。另一部分是左右軌距測量裝置所測得的左右軌距分量。由慣性位移和左右軌距分量計算得到左右軌的軌向。

軌檢車動態(tài)檢測時，軌向加速度計輸出的信號經(jīng)過頻率響應(yīng)為二階模擬濾波器進行預(yù)處理，處理后的信號被采樣進入計算機解編后，再由與水平測量子系統(tǒng)中相同的數(shù)字濾波器來濾波，得到加速度信號的短弦中支距。由于加速度輸出信號中包含有重力加速度、離心加速度以及振動等影響，因此還必須對其補償或濾除。

在鋼軌軌形完好和磨耗小的區(qū)段動態(tài)檢測中，軌向的重復(fù)性良好，測量值較準確。同樣在鋼軌側(cè)磨嚴重的小半徑曲線區(qū)段，道岔區(qū)域軌向測量值要比實際的大。在直緩點、緩圓點、圓緩點和緩直點等曲線特征點部位，系統(tǒng)會判成直線段的軌向，尤其是長波軌向，我們在編輯超限報告中必須要注意。

3.4 波形圖分析

圖4所示為曲線區(qū)段的波形圖，右股為上股，側(cè)磨較大。從波形圖上可以看出，在圓曲線和部分緩和曲線區(qū)段軌距和軌距變化率的波動大，鋼軌右股的短波和長波軌向波動也大，左、右股的長波軌向在特征點處的峰值明顯變大。

圖 4 曲線區(qū)段軌距軌向波形圖

圖5所示為道岔區(qū)域的波形圖，軌距、軌距變化率、軌向波形上象針一樣上下分布的為道岔岔心有害空間部位，是因光束打在此部位而形成的。岔區(qū)右側(cè)的小曲線區(qū)段的70m軌向較大，是把曲線判成了軌向。

圖 5 道岔區(qū)域軌距軌向波形圖

4 結(jié)束語

我局GJ-4型軌檢車改造后的構(gòu)架式軌距測量裝置，通過一年來的使用，由于測量裝置安裝在轉(zhuǎn)向架的構(gòu)架上，由原軸箱式的幾十個g甚至上百個g的垂向振動加速度改小為僅有幾個g的垂向振動加速度，安裝在檢測梁上的伺服機構(gòu)的插頭、導(dǎo)線、伺服電機、光電傳感器、位移計等零部件完好無損，且有利于維護和修理。采用的全新封閉式檢測梁設(shè)計，使軌道檢查在寒冷和雨雪天氣保證正常工作。