线路方向偏差检测及拨道原理.docx
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线路方向偏差检测及拨道原理
线路方向偏差检测及拨道原理
使轨道在水平面内向左或是向右进行拨动，称为拨道作业，其目的是为了消除线路方向偏差，使曲线圆顺、直线直。
捣固车进行拨道作业时，拨道量的大小及方向，是由安装在捣固车上的线路方向偏差检测装置测出的，经电液伺服控制的拨道机构自动地进行拨道作业，在直线和圆曲线地段不需要人工参与。
YDZ32岛固车采用单弦检测装置检测线路方向偏差，它有四点式偏差检测、三点式偏差检测及激光直线矫直三种偏差自动检测拨道方式。
一、线路方向偏差自动检测拨道原理
线路方向偏差检测装置，是根据单弦检测拨道理论设计的，图5是线路方向偏差自动检测拨道系统工作原理示意图。
在线路方向偏差检测装置的A、D检测小车之间，张紧一根钢丝绳S作为检测基准，拨道作业时由A点检测小车上的气缸把钢丝弦线拉紧，弦线A端和D端固定不能左右移动，在B、C检测小车上各装有一个矢距传感器pot，弦线穿过矢距传感器上的拨叉，当线路方向有偏差时，弦线带动拨叉使电位计转动，输出一个模拟矢距值的电压信号Hi、H2。
经运算放大电路输出一个比较偏差信号Diffi，由跟踪机构的电位计Dig或是CCS系统来的拨道量修正信号V与偏差信号Diffi进行比较，输出拨道信号Diff2给电液伺服阀Hy,电液伺服阀将电信号转换为液压信号，液压油进入拨道油缸，拨道油缸推拉拨道轮R。
使轨道左右移动，消除线路方向偏差。
图5线路方向偏差自动检测拨道原理
1.前转向架I轴2.后转向架IV轴
A-后检测小车B-B点检测小车C-C点检测小车D-D点检测小车
Pot-矢距传感器G-弦线固定器S-弦线R-拨道轮
Dig-跟踪机构的电位计3Pt-三点式检测开关Hy-伺服阀
GVA计算机ind-拨道表。
线路方向偏差检测及拨道过程是自动进行的，只有在线型变更点处及缓和曲
线地段拨道时，对所测矢距值要进行修正，修正值的计算由CCS系统完成，或者司机查修正值表，用数字电位计输入。
线路方向检测拨道系统是典型的电液位置伺服控制系统，图6是该系统的自动控制原理框图。
图6自动检测拨道系统的控制原理图
YDZ32岛固车的方向偏差测量弦长为21.71m,各测点的距离为AC=10.65m、
AB=5.315mCt=11.06mBC=5.335m、BD=16.395m。
为了叙述方便用11表示AB长、I2表示BC长、I3表示CD长、I表示测量弦线全长。
曲线检查标准和正矢计算：
1.曲线检查标准：
缓和曲线正矢不得超过2mm圆曲线正矢不得超过4mm最大最小正矢差不得超过6mm用20m弦在钢轨踏面下16mn处测量正矢。
圆曲线正矢计算：
1.圆曲线计划正矢（Fc）=50000/R（mm）
2.如果不知道半径可根据现场实际量出来的正矢合计进行计算，即:
圆曲线
计划正矢（Fc）二现场实量正矢合计/圆曲线的分阶数。
缓和曲线正矢计算：
1.缓和曲线正矢递增率（Fn）=园曲线计划正矢（Fc）/一端缓和曲线分段数
（n）
二、四点式检测原理
线路方向偏差检测方式有四点式、三点式和激光矫直三种。
这三种线路方向偏差检测方式的偏差检测原理不同，故偏差检测及拨道精度也不同。
但其拨道原理是一样的。
图7四点式偏差检测原理
四点式检测原理是以检测圆曲线的方法为基础，有四个检测点，故称为四点
式检测，如图7所示，当A、B、CD各点均在正确的圆曲线上时，BC两点的矢距值可以由
（2）式得出。
2R2R
因此，线路
线路方向偏差检测装置必须能在直线和不同线型的曲线上工作方向偏差的检测必须与曲线半径无关，才能在各种线型上进行方向偏差检测工作，为此式（3）或式（4）相除，就可以消除半径R
HiACCDI3（hI2）（
KB
H2ABBDI（l2l3）
对某一台捣固车而言，各检测点之间的距离是一定的，所以上式是常数，并用Kb表示，称为B点的比例常数，又称为B点偏离对C点的影响系数，它与矢距Hi和H2有以下关系，
Hi=H•Kb（6）
YDZ32捣固车检测装置的B点的比例常数为
K」3（li+I2）_11.06（5.315+5.335）一药仃
B一h（l2l3）一5.315（5.33511.06）一.
当捣固车处在正确的圆曲线上时式（6）成立，线路方向偏差信号为零，说明线路方向良好。
当线路方向存在偏差时式（6）不成立，则有线路方向偏差信号，电液伺服阀有液压信号输出，拨道油缸动作，使轨道移动，直到式（6）成立，拨道信号
为零时，拨道动作停止。
四点式检测拨道系统是一个按已整正过的圆曲线的B点矢矩为设定信号，C点矢距为反馈信号组成的电液位置伺服控制系统，实质上是一个做圆的装置。
直线被认为是半径无穷大的圆曲线，所以在直线上检测拨道时同圆曲线一样对待。
三、三点式检测原理
三点式检测是通过装在B点小车上的弦线固定器使弦线在B点固定，取消检测点A,弦线长缩短了AB段，变为15.785m,并接通三点式检测电气开关，切断B点矢距传感器的电信号，这时仅有C点矢距传感器工作。
这种检测方法有三个检测点，称为三点式检测，如图8所示。
图8三点式检测原理
三点式检测是以检测直线为基础的，在直线上进行向方偏检测时，矢距传感器测出的矢距信号H就是C点的矢距。
如果这时不对拨道信号进行修正，则H就作为偏差信号进行拨道，那么就会把圆曲线拨成直线，曲线的整正也就无法进行了。
因此，三点式检测拨时，需要用手动或者是CCS系统输入相应圆曲线在C点的理论矢距值VC,用圆曲线在C点的理论矢距值VC与实测矢距值H进行比较得出该点线路方向的实际偏差信号，来控制拨道装置使轨道移动，直到H等于
Vc时，拨道停止。
理论矢距就是计算矢距值，由下式求出：
BC汇CDI2J3
Vc二
2R2R
YDZ32岛固车的I2=5.335m,13=11.06m,则上式可以改写成
三点式检测拨道与四点式检测拨道的不同之处是输入电液位置伺服控制系
统的设定信号：
四点式是三点式是Vc由司机或是CCS系统输入。
四、线路直线段的激光矫直原理
在长大直线上进行拨道作业时，由于检测弦线长度有限，所以整正后的直线方向不理想，仍有大慢弯存在。
为了提高直线的矫直精度，只能加长检测弦线长度，才能达到。
激光矫直就是利用激光束的直射特性，通过D点小车上的跟踪机构，使弦线的D端始终与激光束保持在一条直线上，如图9所示。
好似把检测D点向前延长到P点，弦线延长了300〜600m大大地延长了弦张长度，提高了直线段的方向偏差检测精度，改善了拨道质量。
图9激光校直原理
1•伺服电机2.激光接收器3.伺服电机控制器4.激光发射器调整手轮
5.激光发射器6.激光束
使用激光矫直拨道作业时，把弦线B点固定，采用三点式检测。
Ed对C点矢
的正负由激光
YDZ32捣固车把弦线D点改为固定，激光接收器相对D点移动的距离由安装在跟踪机构上的位移传感器测出，按下列比例关系计算出移动距离距的影响值HD,如图10所示，HD与实测H2叠加，即为拨道量，接收器移动方向确定。
上述运算过程是由拨道控制系统的运算电路完成，不需要操纵者干预
图10比例关系示意图
五、线路方向整正后的残留偏差分析
单弦检测线路方向的基本原理是建立在A、B、D三个检测点都处在同一半径
的圆曲线上时，C点的线路方向偏差会完全被检测出来。
但是在实际拨道作业中,A、B检测点处在已整正后的圆曲线上，而D点检测小车是在未整正的曲线上。
因此，C点检测出的方向偏差就不是C点线路实际存在的方向偏差，还包含着D点偏差的影响。
所以整正后的线路方向仍有一定的方向偏差残留，简称为残留偏差。
1、四点式检测残留偏差分析
四点式检测拨道作业时，A、B点检测小车行走在已整正的线路上，D点检测小车行走在未整正的线路上。
如图11所示，图中点划线表示正确的轨道位置，
拨道作业只能把轨
Fr的大小，根据式
实线为拨道前的轨道位置。
当D点处线路有方向偏差Ed时,
道移到虚线位置，仍残留方向偏差Fr不能消除。
残留偏差量
（6）求出，
（14）
代入式（12）得
二Ed
1（1213）
12（h丨2）_5.335（5.3155.335）
1（1213）21.71（5.33511.06）
为D点偏离对C点矢距的影响系数，则式（12）可以简写为,
（16）
Fr=KdEd
或者
丄居
Kd「Fr
11（—13）
（17）
n二
KdI2Q1I2）
为四点式检测拨道的线路方向偏差残留系数。
B
图11四点式检测的残留偏差
根据式（17）就可以求出YDZ32捣固车用四点式检测拨道时的线路方向偏差
残留系数为：
这就是说：
采用四点式检测拨道后线路方向偏差仍有1/6.3的残留下来不能消除。
2、三点式检测残留偏差分析
采用三点式检测拨道时，当D点有方向偏差Ed时，C点拨道后有残留偏差F'r如图12所示。
Fr=e1l2Ed（9）'
I2+I3
式中为三点式检测D点偏离对C点矢距的影响系数，与（9）、（10）式同理：
Fr二KDEd（10）'
'1I2+I3
（18）
n=—r
KD丨2
为三点式检测拨道时的线路方向偏差残留系数。
YDZ32捣固车用三点式检测拨道时的偏差残留系数为
可见三点式检测拨道时的线路方向偏差残留比四点式检测拨道时的线路方
向偏差残留大。
所以一般情况下应采用四点式检测拨道。
图12三点式检测的残留偏差
通过上述误差分析得出：
不论是四点式检测拨道还是采用三点式检测拨道只能达到线路方向基本圆顺，不能完全消除线路方向偏差，整正后的线路仍有一定的方向偏差存在，故称为近似法拨道作业。
近似法拨道存在残留方向偏差，为了减少残留方向偏差，提高拨道作业质量,建议对拨道量较大的地段，一次最大拨道量不超过表3所列值。
近似法一次最大拨道量表表3
曲线半径（m）
一次最大拨道量
四点式（mm）
三点式（mm）
250及以下
84
43
251〜350
72
36
351〜450
60
30
451〜650
48
24
651及以上
36
18
如果要完全消除拨道后的方向残留偏差，提高拨道质量，使轨道恢复原有的几何
位置，可以在拨道作业前对线路方向进行测量，每隔2.5m（五根轨枕）的距离把实测线路方向偏差量写在轨枕上，拨道作业时由前司机室的操纵人员，把实测线路方向偏差值输入拨道电路，使检测弦线D点相应移动&的距离，消除D点存在的偏差量，可以完全消除D点偏差对C点的影响，实现精确拨道。
故称这种拨道方法为精确拨道法。
在线路维修作业时由于精确法拨道需要事先测量线路方向偏差，测量工作烦琐，所以很少采用精确法拨道，一般都用四点式近似法拨道。
采用激光矫直长大直线时，由于激光束把弦线延长了几百米，极大地提高了方向偏差检测精度。
所以直线地段激光矫直拨道作业质量比四点检测拨道作业质量高。
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