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1.引言
軌道檢查車是反映鐵路線路動態(tài)行車質(zhì)量最真實、客觀的檢查工具，通過動態(tài)軌檢工務(wù)系統(tǒng)才會更有針對性的進(jìn)行日常維修保養(yǎng)，進(jìn)而從線路設(shè)備最薄弱處著手、改善既有設(shè)備質(zhì)量、提高線路運營質(zhì)量。基于此，軌道檢查車在不斷的更新?lián)Q代，從DJ-3型以至發(fā)展到DJ-5型，軌檢車的運行速度、檢測精度得到相應(yīng)的提高；抗干擾能力不斷加強，重復(fù)性、穩(wěn)定性也越來越好。但是，現(xiàn)階段出于對軌檢車時間上的延續(xù)和現(xiàn)有經(jīng)濟能力問題的考慮，DJ-3型軌道檢查車仍然使用在上為我國的鐵路作著貢獻(xiàn)，因此，做好DJ-3型軌道檢查車的升級換代，對于我國的鐵路系統(tǒng)網(wǎng)來說有著重要的意義。DJ-3型軌檢車叫三型改造型車，是2004年12月經(jīng)部鐵科院改造后的軌檢車，就西安鐵路局來說，承擔(dān)了西安鐵路局的大量任務(wù)，因而我們對它做了大量的改進(jìn)型研究。DJ-3改進(jìn)型軌檢車成功研制后通過這三個月的使用，我們發(fā)現(xiàn)檢測設(shè)備還存在不足之處，就這些問題本文對它提出了一些改進(jìn)的辦法。
2.高低、水平、三角坑信號異常的處理方法
由于DJ-3型改造型車的車體是采用209型轉(zhuǎn)向架，最高時速不超過120km/h，而且經(jīng)過一個十年大修期，減震差，影響到檢測精度。DJ-3型改造型車高低的檢測原件（位移計、加速度計）安裝在車箱地板之上，使得高低、水平檢測系統(tǒng)抗干擾差，易受外界撞擊力影響，比如用力走路就會造成三級以上的干擾信號。我們發(fā)現(xiàn)，造成干擾的是車箱木地板受沖力而變形，從而影響到固定在木板上的加速度計信號的異常，對于出現(xiàn)的這種情況我們可以通過改變固定高低加速度計和位移計支座的位置，即將其直接固定在車箱的鋼支架（在原有的位置上）上，避開與地木板接觸從而消除干擾，如下圖1、圖2：
圖1 檢測原件在車箱地板 圖2檢測原件在鋼支架上
3.垂直加速度干擾的排除
垂直加速度的信號是車體垂直方向力的檢測。有些是正常的垂直方向的力，比如，鋼軌幾何尺寸、道床的彈性造成的力，有些是異常的垂直方向的力，不能正確反映線路縱斷面的情況，倒掛時作鉤就是一個典型的例子。這是由于在檢測圖上有一個幅值很大，波長很短的一個尖刺，我們應(yīng)該消掉，因為這不是線路縱斷面尺寸造成的，所以我們可以在垂直檢測控制板上增加一個低通濾波電路；在進(jìn)入計算機進(jìn)行處理之前首先濾除掉這些頻率高，而且波幅值大的不正常信號，從而使我們的檢測數(shù)據(jù)客觀、精確。該低通濾波電路如圖3：
圖3 低通濾波器
其中R、C分別為電阻和電容，X(t)為輸入、Y(t)為輸出。
4.對軌檢車水平加速度檢測的改進(jìn)
水平加速度數(shù)據(jù)是車體橫向力的體現(xiàn)，但是僅僅用車體橫向力所反映的數(shù)據(jù)來評定線路動態(tài)情況是不夠準(zhǔn)確的。這是因為一方面，直線線路、線路軌向不好、鋼軌狀態(tài)不好（有死彎）都能產(chǎn)生車體橫向力，從而產(chǎn)生車體水平加速度；另一方面，在曲線線路段，既有線路軌向不好造成的橫向力，也有欠超高與過超高造成的車體橫向力。用軌檢車的水平力加速度數(shù)據(jù)評定動態(tài)線路質(zhì)量，應(yīng)該得到的是線路動態(tài)幾何尺寸的偏差，而不應(yīng)該含在既有設(shè)計下由車體運行速度造成欠超高、過超高產(chǎn)生偏差。雖然這些偏差影響旅客的舒適度，但不應(yīng)該用來評定線路動態(tài)偏差。所有列車是以各種不同的速度通過曲線的，所設(shè)置的超高不可能適應(yīng)每一列火車，使所產(chǎn)生的離心力完全得到平衡，因而對每一列列車而言，普遍存在著過超高或欠超高的現(xiàn)象。過超高時產(chǎn)生未被平衡向心加速度，欠超高時產(chǎn)生未被平衡的離心加速度，向心加速度、離心加速度都是水平加速度，這些水平加速度的偏差值，不是線路幾何尺寸狀態(tài)不好引起的，而是運行車速引起的。DJ-3型改造車水加檢測原理是橫向力的檢測，包括欠超高、過超高引起的水平加速度，以下分析未被平衡超高與未被平衡加速度。
未被平衡超高與未被平衡加速度時：由
H=S/g×V2/R=1500/9.8×V2/R=153×V2/R （1）
這一超高表達(dá)式可以看出，當(dāng)通過曲線的列車速度為V時，該曲線應(yīng)設(shè)置的超高度H與列車通過曲線所產(chǎn)生的離心加速度a=V2/R乘以常數(shù)153相等，即：
H=153a （2）
所以
a=H/153≈1/150H （3）
由上式得知，當(dāng)H=150mm時，a=1m/S2≈0.1g;即大約150mm的超高與列車通過曲線時產(chǎn)生1m/S2的離心加速度相平衡，亦即15mm的欠或過超高相當(dāng)于存在未被平衡離心或向心加速度0.1m/S2（0.01g）。
上述分析是在假設(shè)列車為一剛體質(zhì)點的條件下進(jìn)行的，沒有考慮車輛的彈簧裝置對未被平衡加速度的附加作用。實際上，當(dāng)存在過超高，列車通過曲線時，車輛內(nèi)側(cè)彈簧被壓縮，相當(dāng)于增大了未被平衡向心加速度；當(dāng)存在欠超高時，車體外側(cè)彈簧壓縮，相當(dāng)于增大了未被平衡離心加速度。所以，實際的未被平衡加速度ak為：
ak=（1+k）*a （4）
式中k―彈簧系數(shù)，一般為0.2左右。
從以上分析我們可以知道曲線上未被平衡的加速度a是客觀存在的，理論值還略小于實際的未被平衡加速度ak。
因此，我們建議DJ-3型車采用以下兩種辦法濾掉未被平衡的加速度，得到線路幾何偏差引起的水平加速度值：
a、增加高通濾波電路，在進(jìn)入數(shù)據(jù)處理前，濾掉波長較長（一般在5m以上）、頻率低的水平加速度信號，做數(shù)據(jù)的平滑處理，如下圖：
圖4高通濾波電路
其中R、C分別為電阻和電容，X(t)為輸入、Y(t)為輸出。
b、增加陀螺儀檢測設(shè)備，確定曲線的絕對水平和曲線的實際超高H，同時確定曲線實際半徑R。
由計算超高的理論公式
H=11.8V2/R （5）
得檢驗欠、過超高的式子如下：（式中H為實際超高，Hg為過超高，Hc為欠超高）
Hc =11.8 V2/R-H Hc=150ac （6）
Hg =H-11.8 V2/ Hg = 150ag (7)
其中：a的單位是(m/s2)
當(dāng)Hc=75mm，有a=0.50，ak=0.60，未被平衡的離心加速度數(shù)據(jù)處理時，計算機根據(jù)計算的Hc，使ac取反與a求和：a水=a+ac
當(dāng)Hg=50mm，有a=1/3，ak=0.4，未被平衡的向心加速度數(shù)據(jù)處理時，計算機根據(jù)計算的Hg ，使ag與a方向相反，求和：a水=a+ag
a水―計算機輸出的水平加速度，
a ―橫向力產(chǎn)生的水平加速度，
ac ―Hc產(chǎn)生未被平衡的加速度，方向與a相反，
ag ―Hg產(chǎn)生未被平衡的加速度，方向與a相反，
Hc=75mm，ac取0.50。
陀螺儀能確定曲線半徑R，曲線超高H，計算機能計算出ac和ag，經(jīng)過合成數(shù)據(jù)，我們可以得到不受欠或過超高的的a水值，a水將能準(zhǔn)確反映車體運行中，由線路幾何偏差造成橫向力，這正是我們所想要得到的，如下圖：
圖5 流程圖
5.結(jié)論
這樣得到的水平加速度a水與高低、水平、三角坑、軌距、軌向、垂加各項形成的匯總表，將是準(zhǔn)確反映系統(tǒng)動態(tài)情況的匯總表。而不象以前，在管轄曲線過多的工務(wù)段中，匯總表中水平加速度比例過大、扣分過多，這樣山區(qū)小半徑曲線多的線路動態(tài)檢測更加合理，扣分比例更加符合線路實際情況，檢測的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠，使DJ-3型軌檢車更好地指導(dǎo)線路養(yǎng)護維修工作。
經(jīng)過對DJ-3型軌檢車的改進(jìn)，增強了檢查車的穩(wěn)定性，并且合理有效地利用和改善了當(dāng)前經(jīng)濟上的不足，既使檢查結(jié)果更能客觀反映線路幾何尺寸的動態(tài)變化，又緩解了經(jīng)濟壓力，對現(xiàn)場作業(yè)和鐵路保養(yǎng)維修更具有指導(dǎo)性的意義。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號