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1.引言
軌道檢查車是反映鐵路線路動(dòng)態(tài)行車質(zhì)量最真實(shí)、客觀的檢查工具，通過動(dòng)態(tài)軌檢工務(wù)系統(tǒng)才會(huì)更有針對(duì)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(yùn)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(yùn)行速度、檢測精度得到相應(yīng)的提高；抗干擾能力不斷加強(qiáng)，重復(fù)性、穩(wěn)定性也越來越好。但是，現(xiàn)階段出于對(duì)軌檢車時(shí)間上的延續(xù)和現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)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(jí)換代，對(duì)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(duì)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(gè)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(duì)它提出了一些改進(jìn)的辦法。
2.高低、水平、三角坑信號(hào)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(shí)速不超過120km/h，而且經(jīng)過一個(gè)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(jì)、加速度計(jì)）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(huì)造成三級(jí)以上的干擾信號(hào)。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(jì)信號(hào)的異常，對(duì)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(jì)和位移計(jì)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(hào)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(shí)作鉤就是一個(gè)典型的例子。這是由于在檢測圖上有一個(gè)幅值很大，波長很短的一個(gè)尖刺，我們應(yīng)該消掉，因?yàn)檫@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(gè)低通濾波電路；在進(jìn)入計(jì)算機(jī)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(hào)，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(duì)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(píng)定線路動(dòng)態(tài)情況是不夠準(zhǔn)確的。這是因?yàn)橐环矫妫本€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(píng)定動(dòng)態(tài)線路質(zhì)量，應(yīng)該得到的是線路動(dòng)態(tài)幾何尺寸的偏差，而不應(yīng)該含在既有設(shè)計(jì)下由車體運(yùn)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(píng)定線路動(dòng)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(duì)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(shí)產(chǎn)生未被平衡向心加速度，欠超高時(shí)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(yùn)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(shí)：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(shí)，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(shí)，a=1m/S2≈0.1g;即大約150mm的超高與列車通過曲線時(shí)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(diǎn)的條件下進(jìn)行的，沒有考慮車輛的彈簧裝置對(duì)未被平衡加速度的附加作用。實(shí)際上，當(dāng)存在過超高，列車通過曲線時(shí)，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(shí)，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(shí)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(shí)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(hào)，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(duì)水平和曲線的實(shí)際超高H，同時(shí)確定曲線實(shí)際半徑R。
由計(jì)算超高的理論公式
H=11.8V2/R （5）
得檢驗(yàn)欠、過超高的式子如下：（式中H為實(shí)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(shí)，計(jì)算機(jī)根據(jù)計(jì)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(shí)，計(jì)算機(jī)根據(jù)計(jì)算的Hg ，使ag與a方向相反，求和：a水=a+ag
a水―計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)能計(jì)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(yùn)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(xiàng)形成的匯總表，將是準(zhǔn)確反映系統(tǒng)動(dòng)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(dòng)態(tài)檢測更加合理，扣分比例更加符合線路實(shí)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(hù)維修工作。
經(jīng)過對(duì)DJ-3型軌檢車的改進(jìn)，增強(qiáng)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(jì)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(dòng)態(tài)變化，又緩解了經(jīng)濟(jì)壓力，對(duì)現(xiàn)場作業(yè)和鐵路保養(yǎng)維修更具有指導(dǎo)性的意義。
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