高速磁浮交通線路線形的動態(tài)檢測*

王悅婷

(上海申通地鐵集團公司上海磁浮交通發(fā)展有限公司，201204，上?！喂こ處?

隨著軌道交通的不斷發(fā)展，其線路線形的測量方法和技術(shù)也隨之不斷發(fā)展。傳統(tǒng)線路線形的檢測多采用靜態(tài)測量方法，即對沒有車載時的軌道進行測量。但事實上，車載作用下的線路線形檢測才能反應(yīng)線路的真實狀態(tài)。因此，動態(tài)檢測方法得到不斷的重視和發(fā)展，鐵路軌檢車的檢測就是基于上述技術(shù)不斷更新?lián)Q代。與軌道交通相似，高速磁浮交通線路線形的測量也歷經(jīng)著這樣的變化。

對上海高速磁浮示范運營線線形的測量，早期采用的方法是大地測量法。這種靜態(tài)測量方法基于光學(xué)原理獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，可以測量較大范圍的線路線形，但是，測量點位的布置和測量結(jié)果易受外界環(huán)境影響，而且測量工作量較大。因此，高效、經(jīng)濟的動態(tài)測量方法的研究和應(yīng)用得到了充分重視。本文闡述了高速磁浮交通線路線形動態(tài)檢測的原理、測量系統(tǒng)的構(gòu)成、檢測數(shù)據(jù)和結(jié)果。

1 高速磁浮線路線形動態(tài)檢測的原理

高速磁浮線路線形的動態(tài)檢測是基于慣性基準的測量方法，借鑒了輪軌交通慣性基準法測量線路線形的經(jīng)驗。

如圖1所示，當車輪不脫離鋼軌時，車輪軸箱的上下運動的豎向位移值H 即軌面的前后高低不平順值η，等于車體的上下運動的豎向位移值Z 及車體與軸箱間豎向相對位移W 之和。車體對其慣性基準線的位移Z 可用加速度傳感器測出車體的加速度a，并經(jīng)二次積分得到，W 可用位移傳感器測得。即

圖1 輪軌線路高低不平順檢測示意圖

對基于慣性基準法的高速磁浮線路線形測量而言，其長波檢測原理如圖2所示。圖2 中，h 表示磁浮軌道輪廓線;s 表示懸浮磁鐵與軌道輪廓線之間的間隙;z 表示懸浮磁鐵的位移(加速度a 的二次積分)曲線。s 相當于圖1 中軸箱與車體之間的相對位移W。由此，慣性基準法則確定了高速磁浮線路線形動態(tài)檢測系統(tǒng)的主要工作原理。因此，軌道輪廓線，即磁浮線路長波不平順的表達式可以寫成:

圖2 高速磁浮線路軌道輪廓線檢測示意圖

2 高速磁浮線路線形動態(tài)檢測系統(tǒng)的構(gòu)成

動態(tài)檢測系統(tǒng)的硬件主要由車載測量傳感器和采集設(shè)備所組成。

2.1 車載測量傳感器和采集設(shè)備

車載測量傳感器和采集設(shè)備如圖3所示。

圖3 車載測量傳感器和采集設(shè)備

為了能夠測量磁浮軌道導(dǎo)向面和定子面的長波不平順，懸浮架上安裝了如圖3a)所示的導(dǎo)向氣隙傳感器和導(dǎo)向加速度傳感器，以及懸浮氣隙傳感器和懸浮加速度傳感器;除此之外，懸浮架上還安裝了速度信號傳感器。傳感器的信號傳輸至由輸入輸出采集板卡、一體化顯示器及鍵盤、B ＆ K 加速度放大器、電源分配板卡、電源適配器等組成的車載采集機箱，并進行數(shù)據(jù)采集和存儲。

2.2 采集軟件

動態(tài)檢測系統(tǒng)的軟件采用3 層結(jié)構(gòu)設(shè)計，具體見圖4。采集系統(tǒng)的各項工作由輸入輸出采集機箱中的18 個labview 子程序以模塊化形式編寫，實現(xiàn)包括系統(tǒng)登錄、數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)配置、系統(tǒng)管理、系統(tǒng)狀態(tài)指示等5 個主要功能模塊的功能。

圖4 動態(tài)檢測系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖

3 高速磁浮線路線形的動態(tài)檢測

通過高速磁浮線路線形動態(tài)檢測系統(tǒng)，可以得到磁浮軌道左右側(cè)懸浮加速度、懸浮氣隙、導(dǎo)向加速度、導(dǎo)向氣隙和速度信號。根據(jù)磁浮線路長波不平順的計算公式，可以得到磁浮線路的長波不平順結(jié)果。

對磁浮線路全線的長波不平順計算是通過相應(yīng)的長波分析軟件實現(xiàn)的。動態(tài)檢測因受外界影響小，故具有良好的可重復(fù)性和穩(wěn)定性，借助計算機技術(shù)，可以顯示線路線形的多種信息，體現(xiàn)其高效性。

為了驗證動態(tài)檢測系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可重復(fù)性，對列車同一天往返于同一條軌道的線路線形，以及同一天不同時段的線路線形進行了對比，如圖5所示。

圖5 動態(tài)檢測波形圖

從圖5 可看出，磁浮線路線形動態(tài)檢測系統(tǒng)檢測到的列車同一天往返于同一條軌道的線路動態(tài)線形，以及同一天不同時段的線路動態(tài)線形的長波不平順一致性良好。

借助計算機技術(shù)，在軟件界面中不僅可以顯示線路全線的長波不平順曲線，還可以根據(jù)線路設(shè)計數(shù)據(jù)庫顯示列車的通過速度、軌道的線路參數(shù)等信息。而且，在軟件界面中，可以方便地實現(xiàn)不同時期長波不平順測量結(jié)果的對比。

在全線長波不平順的檢測結(jié)果中，還可以提取得到支墩位置處的長波偏差值。

圖6 是高速磁浮線路線形動態(tài)檢測得到的軌道梁支墩位置處的長波偏差，可以用于指導(dǎo)線路線形的維護。與傳統(tǒng)大地測量相比，動態(tài)檢測可更方便地得到線路線形的實際狀態(tài)。

圖6 支墩位置的波形偏差

4 結(jié)語

通過對高速磁浮線路線形動態(tài)檢測的闡述和分析，可以得到以下的結(jié)論:

1)高速磁浮線路線形動態(tài)檢測受外界因素的影響小，且測量結(jié)果具有很高的穩(wěn)定性、可靠性。

2)與傳統(tǒng)大地測量相比，高速磁浮線路線形動態(tài)檢測系統(tǒng)具有很高的工作效率，大大降低了線路線形檢測的成本。

3)高速磁浮線路線形動態(tài)檢測結(jié)果不僅可以用于檢測磁浮線路線形的狀態(tài)，還為線路維護提供了依據(jù)。

［1］吳祥明.磁浮列車［M］.上海:上海科學(xué)技術(shù)出版社，2003.

［2］錢立新.世界高速鐵路技術(shù)［M］.北京:中國鐵道出版社，2003.