09—32連續(xù)式搗固車起道抄平系統(tǒng)原理

唐作勇

【摘 要】起道抄平系統(tǒng)是搗固車作業(yè)系統(tǒng)中最重要的組成部分之一，通過(guò)數(shù)學(xué)模型的建立然后以電路的形式實(shí)現(xiàn)起道抄平系統(tǒng)的補(bǔ)償計(jì)算，達(dá)到線路的縱向抄平和橫平修正的目的，最終和撥道系統(tǒng)一起做出符合理論參數(shù)的線路。

【關(guān)鍵詞】起道抄平；補(bǔ)償；線路；作業(yè)

09—32連續(xù)式搗固車起道抄平系統(tǒng)包括機(jī)械部分和電氣部分。機(jī)械部分由F點(diǎn)前抄平桿，M點(diǎn)抄平小車，R點(diǎn)后超平桿以及左右兩根抄平弦構(gòu)成；電氣部分主要由分別安裝在F、M、R三個(gè)小車上的電子擺、前端輸入輸出系統(tǒng)、抄平模擬控制板、電子擺與沉降補(bǔ)償板、衛(wèi)星小車補(bǔ)償板和B4、B33、B19、B9等超高差及起道表構(gòu)成。下文將按各組成部分逐步介紹其工作原理。

搗固車的雙弦抄平系統(tǒng)是獨(dú)立進(jìn)行起道作業(yè)的，兩邊的起道工作原理也是相同的，故在此取其中一側(cè)進(jìn)行介紹。前中后三根抄平桿和抄平弦，鐵軌組成一個(gè)矩形模型。中間抄平桿上安裝有抄平傳感器。當(dāng)M點(diǎn)鋼軌和F，R點(diǎn)不在一個(gè)水平線上時(shí)，抄平傳感器就會(huì)反饋一個(gè)值進(jìn)入到起道系統(tǒng)，反映M點(diǎn)高出或者低于水平面的電壓值，這個(gè)值最終轉(zhuǎn)換成位移數(shù)據(jù)進(jìn)入到抄平模擬板上進(jìn)行起道計(jì)算。

前電子擺安裝在F點(diǎn)的位置，用于記錄前端左右鐵軌的高差，在測(cè)量運(yùn)行模式時(shí)前電子擺可以把測(cè)量的值送到計(jì)算機(jī)得到線路的橫平數(shù)據(jù)。中間電子擺安裝在M點(diǎn)小車上，記錄的是作業(yè)位左右鐵軌的高差。后電子擺安裝在R點(diǎn)抄平桿的位置，記錄的是作業(yè)后鐵軌的高差。他們分別與前理論超高，作業(yè)位理論超高，后電子擺移動(dòng)到作業(yè)位的理論超高的差值顯示在前中后三個(gè)超高差的顯示表上，方便操作人員觀察操作。

前端輸入輸出系統(tǒng)中，跟起道抄平有關(guān)的部分有前電子擺、前端基本起道量、前端超高10毫米微調(diào)電位器等。其中前端基本起道量包括計(jì)算機(jī)給定的前端基本起道量、激光起道量和前端起道手動(dòng)給定值三者的疊加。在這里需要說(shuō)明的是激光的起道量是打開激光起道時(shí)，激光接受器會(huì)接收到激光信號(hào)，然后輸出一個(gè)Y軸方向的數(shù)值進(jìn)入到前端微處理器板，再根據(jù)前電子擺的值進(jìn)行前擺的補(bǔ)償計(jì)算后，輸出一個(gè)激光的起道值來(lái)參與到前端基本起道量的計(jì)算。前電子擺的值與前端超高手動(dòng)給定微調(diào)電位器的值以及作業(yè)位理論超高根據(jù)超高的選擇分別疊加進(jìn)入到左右抄平模擬控制板進(jìn)行前擺的抄平補(bǔ)償計(jì)算。由此可見，當(dāng)前電子擺經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間使用，機(jī)械零點(diǎn)發(fā)生變化時(shí)候，可以通過(guò)10毫米超高微調(diào)電位器值來(lái)修正前電子擺產(chǎn)生的起道補(bǔ)償誤差。

左右抄平模擬控制板是起道系統(tǒng)最終計(jì)算及輸出的功能塊。參與計(jì)算的有抄平傳感器的值、前端基本起道量、前電子擺補(bǔ)償、后電子擺補(bǔ)償、沉降補(bǔ)償以及衛(wèi)星小車補(bǔ)償。當(dāng)左側(cè)或者右側(cè)的鐵軌縱向不在一條水平線上時(shí)，抄平傳感器就會(huì)以90mV/mm的當(dāng)量輸入電壓值到抄平模擬控制板中。由于09-32連續(xù)式搗固車抄平系統(tǒng)只能進(jìn)行起道抄平作業(yè)，而不具備落道功能，現(xiàn)實(shí)中作業(yè)線路的縱平總是處于一個(gè)高低起伏的一個(gè)狀態(tài)，這時(shí)抄平傳感器的值就可能引起總起道量會(huì)是正值或者負(fù)值，從而使起道系統(tǒng)不能一直工作在起道區(qū)。為了讓抄平系統(tǒng)一直工作在起道區(qū)，這樣一方面可以保證左右鐵軌能起道到一個(gè)理論的值，另一方面有起道也能讓撥道動(dòng)作能更順利地完成，我們會(huì)根據(jù)線路的情況預(yù)設(shè)一個(gè)前端的基本起道量，使整個(gè)作業(yè)過(guò)程都能保證正常的起撥道作業(yè)。前端基本起道量根據(jù)三個(gè)抄平桿的位置關(guān)系根據(jù)相似三角形的比例關(guān)系可以計(jì)算出來(lái)大約是3.28，這樣我們?cè)谧鳂I(yè)過(guò)程中前端基本起道量的給定就可以參照這樣的比例關(guān)系大致的給出一個(gè)合適的值，從而使左右起道抄平系統(tǒng)能工作在起道區(qū)。

前電子擺補(bǔ)償主要作用是消除前端未作業(yè)的線路對(duì)作業(yè)的影響。我們把抄平系統(tǒng)放置在假定的標(biāo)準(zhǔn)直線上時(shí)，如果抄平系統(tǒng)沒(méi)有其他輸入值，那左右總起道量應(yīng)該都為0，不需要進(jìn)行起道作業(yè)。此時(shí)我們將前小車右輪下墊一個(gè)H高的一個(gè)墊塊，即模擬前端線路是不理想的。那么此時(shí)有抄平桿就會(huì)上升一個(gè)高度h，抄平傳感器就會(huì)有一個(gè)h/3.28的落道值，此時(shí)前電子擺的補(bǔ)償就會(huì)抵消這樣一個(gè)落道值從而使總起道量仍為0。因前電子擺檢測(cè)的是D點(diǎn)小車輪子處的超高，而F點(diǎn)與D點(diǎn)有一段FD的距離，所以前抄平桿的高度提升與前電子擺值存在一個(gè)比例關(guān)系，根據(jù)前小車的結(jié)構(gòu)計(jì)算出前擺補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償率大約為3.55。在實(shí)際線路中，我們是用前電子擺的值和作業(yè)位理論超高的差值來(lái)參與到前擺補(bǔ)償計(jì)算的，其中可以用前端超高微調(diào)電位器來(lái)修正前擺的機(jī)械誤差。而后電子擺補(bǔ)償?shù)脑砀皵[補(bǔ)償類似，它是用后電子擺的值與作業(yè)位理論超高的差值來(lái)補(bǔ)償超高側(cè)的起道量，它和前擺補(bǔ)償一起消除線路產(chǎn)生的起道誤差，后擺補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償率經(jīng)過(guò)計(jì)算大約為1.44。前擺補(bǔ)償和后擺補(bǔ)償一起構(gòu)成把作業(yè)位超高做成作業(yè)位理論超高的起道量，即實(shí)現(xiàn)橫平精度。

沉降補(bǔ)償即是對(duì)搗固車在起道量大的一側(cè)進(jìn)行的起道補(bǔ)償值。我們?cè)谶M(jìn)行起道作業(yè)時(shí)通常會(huì)有一個(gè)鋼軌的回彈動(dòng)作，這樣的回彈量會(huì)對(duì)起道精度產(chǎn)生一定影響，所以根據(jù)線路的情況可以設(shè)置沉降補(bǔ)償?shù)谋壤?。本車通過(guò)沉降補(bǔ)償板先計(jì)算左右起道的差值U存儲(chǔ)在C15電容中，當(dāng)搗固下插信號(hào)產(chǎn)生時(shí)，這個(gè)電容中的電壓值U就作為沉降補(bǔ)償電位器的輸入端，使其補(bǔ)償值能在0到U變化，也就是左右起道量差值的0到100%的補(bǔ)償量，從而可以根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)更為精確的橫平和抄平的修正。

衛(wèi)星小車補(bǔ)償是根據(jù)衛(wèi)星小車的位移來(lái)計(jì)算的一個(gè)起道補(bǔ)償量。當(dāng)衛(wèi)星小車在不同的位置時(shí)，前端的基本起道量作用到作業(yè)區(qū)的值是不一樣的，這就會(huì)產(chǎn)生不同的起道量，所以這個(gè)時(shí)候就需要一個(gè)補(bǔ)償值來(lái)比較精確地計(jì)算出作業(yè)區(qū)當(dāng)前的左右理論起道值來(lái)。衛(wèi)星小車位移傳感器的值經(jīng)工作小車走行控制板后轉(zhuǎn)化為位移信號(hào)23mV/mm到衛(wèi)星小車補(bǔ)償板，最終轉(zhuǎn)化為8mV/mm的當(dāng)量進(jìn)入到MUL4乘法器與前端的基本起道量進(jìn)行比例運(yùn)算，輸出值進(jìn)入到抄平模擬板修正到-187mV/mm的起道量。這樣就把衛(wèi)星小車在不同位置時(shí)對(duì)前端起道和抄平傳感器的影響值消除掉，達(dá)到精確的起道。

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的使用，起道系統(tǒng)機(jī)械部分會(huì)發(fā)生少許的位移、磨損和形變等，這樣抄平傳感器的測(cè)量值就會(huì)發(fā)生誤差，當(dāng)左右兩個(gè)抄平傳感器的測(cè)量誤差不一致的時(shí)候，就會(huì)造成作業(yè)橫平值的偏差，而在某一段時(shí)間內(nèi)這種偏差往往是比較固定的，這時(shí)我們就可以利用起道調(diào)零電位器來(lái)進(jìn)行起道補(bǔ)償。通常情況下，左右起道誤差差值都會(huì)在比較小的一個(gè)范圍內(nèi)，所以5mm的最大補(bǔ)償量是足夠使用的。這種情況下，起道補(bǔ)償電位器的使用就可以消除左右起道誤差不一致而產(chǎn)生的橫平誤差了。

在搗固車進(jìn)行起道作業(yè)時(shí)，我們的1號(hào)位操作人員會(huì)時(shí)刻觀察左右起道表、作業(yè)位超高差表和后超高差表的指示情況，進(jìn)而采取合適措施。觀察起道表的回中情況，一方面可以看到是否有起道動(dòng)作，另一方面可以判斷起道伺服閥機(jī)械零點(diǎn)起道電氣零點(diǎn)是否有偏移；觀察作業(yè)位超高差表可以檢查當(dāng)前的起道橫平是否正常，然后可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)钠鸬勒{(diào)零補(bǔ)償；觀察后超高差表可以看到作業(yè)后線路的橫平情況，同時(shí)可以檢測(cè)到調(diào)零電位器的補(bǔ)償是否到位，繼而進(jìn)一步判斷中擺、后擺等傳感器是否需要重新標(biāo)定等等。結(jié)合起道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作的原理，就能很好地完成起道系統(tǒng)的檢查和調(diào)試，最大限度的提高作業(yè)精度。

至此，本文就基本介紹完09-32連續(xù)式搗固車的起道系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)工作原理。前端系統(tǒng)、抄平系統(tǒng)、補(bǔ)償計(jì)算以及人工修正共同參與到起道抄平作業(yè)中，最終實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確消除誤差，達(dá)到精確作業(yè)的效果。因本文作者專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)有限，文中如有錯(cuò)誤或存在不足在所難免，望讀者批評(píng)指正。endprint