09-32连续式捣固车起拨道的补偿关系

09-32连续式捣固车拨道系统的补偿原理作者：李石平王建宏摘要：本文首先介绍了08－32步进式捣固车拨道的基本原理，在这基础上详细讲述09-32连续式捣固车了拨道系统的补偿原理及其公式的推导过程，最后结合具体电路阐述补偿公式实现。关键词：09-32捣固车连续式作业拨道补偿1.前言随着经济的高速发展，国内铁路货运、客运量的剧增，铁路运输面临严峻的考验。为了保证提速后铁路运行的安全、准点的目标，我国从1989年以来引进了奥地利Plasser公司的08-32捣固车制造技术，极大的提高了铁路线路的养护质量和效率，并于2000年又引进了09-32型捣固车。09-32是PLASSER公司九十年代末的产品，采用了连续捣固的作业方式和ALC自动导航等新技术，使其精度和效率都要比08-32高。但是由于09-32型捣固车的作业装置在一个运动的小车上，位置是不确定的，为了达到精确作业的目的，控制系统中加入了一套补偿的装置。2.拨道的几何原理08-32捣固车的拨道测量系统包括A、B、C、D四个小车，作业时这四个小车通过汽缸的加载和钢轨紧密连接，小车的位置能反应出钢轨的几何形状。假设捣固车在圆曲线上作业，A、D之间有一根绷紧的钢弦，有两个传感器装在B、C两点，能测出曲线上B、C两点偏离钢弦的距离H2、H1（称正矢），具体如图1。图1在理想圆曲线上，圆弧上的点C点离响应弦线AD的距离H1有如下关系：RCDACH21（1）（其中R为圆曲线的半径）同理，可推出H2的值，而且他们之间有一个固定的比例关系i。而且，比例i是一个与圆曲线半径无关的常数。这一点同样也适用于半径无穷大的直线段。在四点法作业中，A、B点位于作业好的曲线上，C、D两点没有作业，也就是说A、B两点在圆曲线上，C、D偏离了圆。以H2作为测量基准，通过移动C点，直到正矢H1与H2的比例校正到等于比例常数i为止，C点会在理想曲线上。三点法时，只有B、C、D点，只要将C点拨到给定的值即可。但是在实际作业过程中，由于D点位于没有作业的线路上，其位置是不确定的，偏离理想曲线的距离Fd也会对C点作业产生影响，必须补偿值。3.09-32捣固车拨道补偿原理09-32捣固车为了达到更高的效率和操作人员的舒适性，采用了连续作业的方式。主要的作业装置装在一个可相对移动的小车上，在作业的过程中大车一直向前运动，工作小车通过制动系统停下来作业，完成后加速赶上大车。由于测量系统中C点随工作小车的位置不断变化而变化，C点的拨道正矢也随C点变化，因此为了准确拨道，必须加一个补偿值。由拨道的几何原理原理可知，补偿值的大小既小车移动的距离有关，也与C点正矢和D点的偏移量有关。下面就分四点法和三点法两种作业方式来讨论拨道补偿。3．1四点法设小车由C点移动x距离到达C’，C点正矢为H1，C’正矢为H1’，B点的正矢为H2，D点偏移距离Fd，如图2。图2正矢所产生的偏差设由于正矢所产生的补偿值ΔH1HA点和C’之间的弦线长度为CAxACCAD点和C’之间的弦线长度为CDxDCCD作业点C’的理论正矢为H1’RxDCxACH21）（）（相对C点所产生的正矢偏差值ΔH1111HHHHRxDCxACH21）（）（由RCDACH21RBDABH2221HBDABxDCxACBDABCDACHH）（）（（2）由前端偏移所产生的偏差设由D点位置的偏移所产生的补偿值ΔH1FFD在C点产生的误差设为FC由相似三角形可知DCFADACF同理，FD在C’点产生的误差设为FC’DCFADCAFDFADxAC所以CCFFFH1（3）DFADx总偏差由2式和3式可知，总补偿量ΔH1HFHHH111DFADxHBDABxDCxACCDAC2）（）（（4）由于AB、AC、BD、CD都是与C’位置无关的常量，4式可简写成C’点移动距离的函数，即：)2(11DFHxFH，，（5）在小车停下作业时，A、B、D的位置是确定的，x可通过小车和大车之间的线性距离传感器测出，H2可测量传感器测出，FD的值也已经由工务段测出，相对于定点作业中的正矢偏差即可算出。3．2三点法设小车由C点移动x距离到达C’，C点正矢为H1，C’实际正矢为H1’，D点偏移距离Fd，如图3。同理可推出图3正矢所产生的偏差（6）RxCDxBCHHH211）（）（由前端偏移所产生的偏差DFFBDxH1（7）总偏差由2式和3式可知，总补偿量ΔH1HFHHH111DFBDxHCDBCxDCxBCCDBC1）（）（（8）由于AB、AC、BD、CD都是与C位置无关的常量，8式可简写成C点移动距离的函数，即：)1(12DFHxFH，，（9）在小车停下作业时，B、D的位置是确定的，x可通过小车和大车之间的线性距离传感器测出，H1是系统给定，FD的值也已经由公务段测出，相对于定点作业中的正矢偏差即可算出。4.电路的实现09-32型捣固车的电气系统是在08车的基础上改进的，为了不过地改动已有的系统，09车只是通过模拟电路来完成以上的计算，并将补偿值加到08车拨道控制系统中。在模拟控制系统中，系统常按照同样的当量我可将长度转化成相应的电压值，长度的计算转化成电压的基本运算。加、减法和比例放大可通过设计合理的运放电路来实现，而乘法和除法则可通过乘法器来完成。在四点法作业的补偿公式4式中，x通过位移传感器转化成电压值，AC、DC可按照x的当量转化成固定的电压值，可分别通过运放减法和加法电路将（xAC）、（xDC）两式的值算出来，然后分别将结果送到乘法器的两端计算）（）（xDCxAC的值。CDAC也对应一个固定电压，对于式BDABx）DC（x）AC（CDAC可以将乘法器的输出送到带调零电路的比例（放大倍数是1/BDAB）放大电路计算，结果送到另外的乘法器的一端计算2HBDABxDCxACCDAC）（）（，具体电路如图4。图4同理，总补偿值DFADxHBDABxDCxACCDAC2）（）（即可的出。5.结束语09-32型连续式捣固车是我国引进的最先进的大型铁路养护机械，通过以上的补偿电路，克服了小车移动所带来的很多问题，保持了较高的作业精度，获得较高的性价比。由于09-32捣固车电气系统是以模拟电路主，存在有抗干扰能力差、系统庞大、调试繁琐等缺点，所以补偿采用以上电路。随着对捣固车技术的消化吸收，如果以后控制采用数字系统，实现以上补偿算法就会简单得多。参考文献韩志青，唐定全主编.抄平起拨道捣固车，中国铁道出版社，2001