轨道几何状态检测系统的研究

轨道几何状态检测系统的研究

轨道方向（简称轨迹方向）是轨道的基本几何参数，描述了左右轨道位置的变化。轨向不平顺会使机车车辆轮对对钢轨的横向作用力加大,引起轨距扩大、轨排横移,特别是在与水平不平顺逆相复合的情况下,甚至会发生列车脱轨。因此,加强轨向检测和管理是保证行车安全与乘车舒适的重要措施。目前我国日常轨检是由工务技术人员对所辖路段进行检查、测量与采集线路的轨距、轨向、水平等数据,然后用手工整理数据来判断轨道的状况,并制订相应的方案。若用大型轨检车,又受到经济和应用范围的局限,所以提出了使用小型轨道几何状态检测系统(下简称轨检仪)。轨检仪主要是对轨道的水平、高低、轨向和轨距等几何形位进行检测,其中,对轨向不平顺采用弦测法进行测量,同时采用单边来计量里程。1双程序线傅里叶变换方程轨检仪采用三点等弦弦测法对轨向进行检测。设弦长为l,则在间距为l/2的3个轴上分别安装位移计,将车体作为测量基准,测量轴头与车体之间的相对位移。假设轨道的真正不平顺为x(v),系统测量值为y(v),则二者关系可表述为y(v)=x(v)-[x(v-l/2)+x(v+l/2)]/2(1)式中v——列车沿实际轨道运行的距离。对式(1)进行傅里叶变换式中H(Ω)——频率传递函数,H(Ω)=1-cos(πl/λ);Ω——空间域角频率(rad/m),Ω=2π/λ;λ——轨道不平顺波长(m)。由式(2)可知,其相频特性没有畸变,测量值不受轨检车速度的影响,但其幅值增益随轨道不平顺波长的变化而在0～2之间变化,并不是一个恒定的值。当l<2λ时,幅值增益<1且随不平顺波长增加而递减;l>2λ时,幅值增益在0～2间振荡(见图1)。为了减小误差,可以采用日本学者提出的“逆滤波”的方法对测量值进行二次处理。2采用曲线轨道不平行法确定方程“小延伸”公式的导出铁路曲线通常是利用曲线半径、弦长、正矢之间的几何关系,通过一定长度的弦线测量曲线正矢的方法来检查线路曲线的圆顺性。2.1u3000织物上的正佐如图2所示,在圆曲线上连一条直线AB=L,M为弦AB的中点,作PM⊥AB交弦ABue150ue151ue154ue154AB⌢于P,PM=v为正矢。现推导正矢v与圆曲线半径R及弦长L之间关系由于v2值很小,故在工程中常略去,可得以下经验公式此方法常用于20m弦的曲线正矢测量,计算简单,使用方便,适合于手工作业。2.2步距0.126m在研制的轨检仪中,由于尺寸的限制,测弦长为1.25m,步距为0.625m。测得数据是1.25m弦的轨向不平顺,再将所得值转换成10m、20m和40m弦的轨向不平顺,即“以小推大”。11该方法1将短绳长度设置为l，并测得值为vl。长绳长度为l-nln.1，2，…，正矢值为vl。根据等式4，可以得到方法一基于曲线为标准圆曲线这一假设,当存在线路不平顺时结果误差较大。2点1至2nbvnl设ADue150ue151ue154ue154AD⌢为一段圆弧(见图3),其半径为R,以长为l的弦分割这段圆弧,步距为l/2,可得点0(A),1,2,…,2n-1,2n(C)。点1至2n-1各点的正矢值为v1,v2,…,vn,vn+1,…,v2n-1,与OP的夹角依次为θ1,θ2,…,θn,θn+1,…,θ2n-1,且R远大于l;又设所计算的弦长L为点O至2n的弦线,R亦远大于L。式中V(L)——以长为L的弦所测得的正矢值;vi——以长为l的弦所测得的第i点正矢值(i=1,2,…,2n-1)。2.3测量精度定位方法二设轨检仪弦测的标准不确定度为u(l),据方法一,当全部输入量彼此独立或不相关时,V(L)的合成标准不确定度为u(L)=n2u(l)(7)u(L)=n2u(l)(7)方法二中,v1,v2,…,vn,…,v2n-1可认为相互独立且其不确定度皆等于u(l),则由此可知,从测量精度角度来说,当轨检仪测量精度确定时,采用方法二明显优于方案一(见表1)。以各测点的1.25m的正矢算出10m及20m的正矢值为:2.4求弦长x利用现场测得数据v1,v2,…,vn,vn+1,…求解弦长为x(x≠nl,n=1,2,…)正矢值v(x),可由二次内插得到。为了说明原理,可令x0为原点,所求弦长x∈[l,3l]。据公式(6)可