軌道幾何形位的糾正探析

文/孫艷英

為保障城市軌道交通列車運行的平穩(wěn)性和安全性，普遍采用各種技術(shù)手段對軌道幾何狀態(tài)進行監(jiān)控。對線路進行全方位檢測，保障軌道幾何形位的平順性和穩(wěn)定性，是保證城市軌道交通系統(tǒng)安全運營的關(guān)鍵。軌道不平順檢測能科學(xué)引導(dǎo)線路維護工作，是確保乘客安全、行車安全、提高線路運行質(zhì)量的基礎(chǔ)。城市軌道交通系統(tǒng)維修部門必須對軌道幾何形位的偏移進行糾正，并作為日常線路維修養(yǎng)護的重要事項來抓。通過對相關(guān)文獻進行研究，對幾何不平順的糾正措施及設(shè)備進行了研究；對激光撥道系統(tǒng)原理、撥道幾何原理以及撥道補償原理進行了設(shè)計分析。文章可作為從業(yè)人員和研究人員的參考資料，為今后的研究方向提供一定的借鑒意義。

軌道結(jié)構(gòu)的平順性影響著車輪、鋼軌之間的關(guān)系，軌道結(jié)構(gòu)平順與否決定著軌道的質(zhì)量狀態(tài)，平順性與否是表明軌道載荷水平和整體水平的指標，是維修部門落實維保計劃的依據(jù)。為了確保列車運行的舒適性、安全性和平穩(wěn)性，軌道結(jié)構(gòu)應(yīng)保證能提供較高平順性的基礎(chǔ)。軌道不平順將對行車安全和平穩(wěn)有影響，車輪和鋼軌間的動力作用增大，維修時間、成本加大，列車和線路設(shè)備的壽命將縮短。如果軌道不平順不能及時的診改維護，軌道結(jié)構(gòu)病害將越來越嚴重。所以，城市軌道交通系統(tǒng)維修部門應(yīng)對軌道幾何形位的不平順進行糾正。

1.軌道幾何形位糾正的設(shè)備。

軌道幾何形位要素都各有標準值及其容許偏差，在設(shè)置線路時按照標準值進行設(shè)置，后期隨著列車運行及線路的使用，軌道幾何形位或多或少將產(chǎn)生偏移量。軌道幾何形位的偏移若在容許偏差范圍內(nèi)，則不需要糾正；若軌道幾何形位的偏移超出了容許偏差，則需要進一步糾正，以滿足線路平順性的要求。在維持軌道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的條件下，首先選用撥道的方法進行軌道不平順的糾正，如果不能滿足，可以采用起道、改道的方法。撥道、改道、起道作業(yè)的設(shè)備主要有搗固車、小型機具等，使得軌向、水平、高低、軌距等幾何形位符合標準值。

1.1 小型機具（起道機、撬棍）。使用小型機具進行作業(yè)時，主要是根據(jù)經(jīng)驗?zāi)繙y相關(guān)位移量的多少，偶爾存在一定的偏差量，效率較低，對作業(yè)人員技術(shù)水平要求相當(dāng)高，需要的人力較多。如果某一地段需要的作業(yè)量較大時，小型機具由于自身的限制是無法完成的。但是，在鋼軌接頭錯接的線路區(qū)段，無法使用大型機械進行作業(yè)，這時就需要使用小型機具進行相關(guān)作業(yè)。

1.2 搗固車。搗固車是大型養(yǎng)路機械的一種，適用于鐵路線路的新線施工、既有線大中修清篩作業(yè)后和運營線路維修作業(yè)，對軌道進行自動抄平、起撥道、道碴搗固作業(yè)，提高道床石碴的密實度，增加軌道的穩(wěn)定性，消除軌道的方向偏差，左、右水平偏差和前、后高低偏差，使軌道線路達到線路設(shè)計標準和線路維修規(guī)則的要求，保證列車的安全運行。搗固車是線路自動化養(yǎng)護的大型機器，可以實現(xiàn)撥道、搗固等功能[1]。使用搗固車時，檢測過程大部分都是自動完成的，但是在變坡點、緩和曲線地段測量的矢距需要調(diào)整。

2.軌道幾何形位的糾正方法

2.1 起撥改道原理。撥道是把一根鋼弦當(dāng)成參照物，靠近搗固車的后端為設(shè)計坐標，前端用測量撥道值校正偏差；以鋼弦兩端點為基準，使用水平位移傳感器測量偏差，此偏差值與理論設(shè)計值進行比較，當(dāng)偏差為零時作業(yè)完成[2]。起道是將線路低洼處所起高，以找平軌面、消滅或減少軌道下沉的殘余變形，改善道床彈性。改道是為了改正超限或接近超限的軌距及其變化率，消除線路方向不良，直線以左股為標準股，曲線以上股為標準股，按規(guī)定的軌距值改動另一股鋼軌位置的作業(yè)。

2.2 起撥道作業(yè)流程。全自動智能起撥道作業(yè)流程為：先將起撥道搗固車設(shè)置為工作狀態(tài)，把激光發(fā)射小車放到發(fā)射位置；將激光發(fā)射器的坐標調(diào)整到標準位置，通過L尺測定激光發(fā)射處基準軌坐標與標準坐標的偏移量；將圖像接收器的坐標調(diào)整到標準位置，通過L尺測定圖像接收處基準軌坐標與標準坐標的偏移量。將幾何形位參數(shù)存入數(shù)據(jù)處理電腦后啟動作業(yè)，搗固車每前進5 m，系統(tǒng)收集一次起、撥道量數(shù)據(jù)，GVA系統(tǒng)輸出起、撥道量數(shù)據(jù)控制作業(yè)，GVA系統(tǒng)的作業(yè)反饋測量系統(tǒng)反饋起、撥道量數(shù)據(jù)，如果反饋數(shù)據(jù)是零，停止該項作業(yè)。如此循環(huán)，進入下一個作業(yè)。當(dāng)搗固車距離激光發(fā)射器5 m時，作業(yè)結(jié)束。全自動智能起撥道作業(yè)利用激光測量系統(tǒng)，采用繩正法改善軌道平順性，消除長波不平順，改善乘客舒適度，避免了工序銜接之間的人為失誤，作業(yè)質(zhì)量由設(shè)備自身嚴格保證，至此起撥道施工技術(shù)有了新的突破。

2.3 激光撥道系統(tǒng)原理。搗固車撥道系統(tǒng)是一個閉環(huán)的電液伺服系統(tǒng)，其原理是將實際線路和理想線路水平方向的偏差轉(zhuǎn)換成電流信號，控制電液伺服閥，然后控制執(zhí)行機構(gòu)將鋼軌撥回到設(shè)計位置[3]。在實際的撥道過程中，需要找出作業(yè)點相對于設(shè)計位置的偏差。為便于自動測量出偏差，在直線地段使用激光撥道方法，而在曲線地段需要配備專用設(shè)備。激光撥道系統(tǒng)原則上是通過激光自動測定實際線路與設(shè)計線路在水平面上的偏移量，然后把偏移量自動輸入到撥道伺服系統(tǒng)，繼而機器能實現(xiàn)自動撥道作業(yè)。如圖1（a）所示，AB段直線線路為例，實線段代表設(shè)計直線線路，虛線段代表實際線路，假設(shè)B點為已經(jīng)撥過道的軌道點，機器從B向A方向作業(yè)，到A軌道點時，要求輸入A點設(shè)計參數(shù)，讀取傳感器測量實際值，計算偏差fd并輸入系統(tǒng)[4]。要借助激光自動測量出fd值，可先在機器前方C點找到線路理想中心位置并放置一氦—氖激光器[如圖1（b）所示]，再在撥道工作位置A點機器上放置一個可以自動左右平滑移動的平面光電接收器（如圖2所示）；因為激光的光束傳輸?shù)綆坠锿庵挥泻撩准壍墓獍咂?，基本不受外界影響，而平面光電接收器的感光面由光電池?gòu)成，對激光敏感而對自然光不敏感，接收器內(nèi)部有光電轉(zhuǎn)換電路能自動識別激光照射的位置，所以從C點發(fā)射的激光照到A點位置的接收器上，接收器可以判斷出A點相對C點是偏左、偏右、還是正對。如果偏左，則接收器輸出信號控制驅(qū)動一小電機帶動接收器向右移動直到正對為止，與此同時由小電機帶動的電位器反應(yīng)出接收器向右移動的量，這個量就是前面所說的fd偏差。如果偏右，則反之。這樣一來，在對AC段線路撥道時，機器從A點出發(fā)向C點前進，每撥道一個點激光系統(tǒng)就自動測量其fd值，不需要人工測量和輸入。

圖1 BA段直線線路簡圖

圖2 激光撥道原理說明簡圖

2.4 撥道的幾何原理。撥道測量系統(tǒng)由A、B、C、D四個小車組成，作業(yè)時它們與鋼軌貼緊，小車的位置可以顯示鋼軌的幾何狀態(tài)[5]。在曲線地段作業(yè)時，將傳感器安裝于B、C點，A、D間形成繃緊的鋼弦，可以測出B、C點距離鋼弦的距離H1、H2（稱矢距），如圖3所示。

圖3 撥道幾何原理

H1、H2計算公式如下其中R為圓曲線半徑） （式1）

3.總結(jié)：

軌道結(jié)構(gòu)的不平順將使車輪、鋼軌之間產(chǎn)生激擾源，將增加振動和動作用力，增加軌道結(jié)構(gòu)的振動，降低列車運行的平穩(wěn)性、舒適性，增加噪聲的影響，縮短設(shè)備的使用壽命，嚴重時將影響列車運行安全，對乘客安全有威脅[6]。文章對幾何形位糾正技術(shù)進行了探索，重點對激光撥道系統(tǒng)原理、撥道幾何原理以及撥道補償原理進行了闡明及探索，通過對補償量進行計算，軌道幾何形位得以糾正。C