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09—32连续式捣固车起道抄平系统原理
作者：唐作勇
来源：《科技视界》2017年第33期
【摘 要】起道抄平系统是捣固车作业系统中最重要的组成部分之一，通过数学模型的建立然后以电路的形式实现起道抄平系统的补偿计算，达到线路的纵向抄平和横平修正的目的，最终和拨道系统一起做出符合理论参数的线路。 【关键词】起道抄平；补偿；线路；作业
09—32连续式捣固车起道抄平系统包括机械部分和电气部分。机械部分由F点前抄平杆，M点抄平小车，R点后超平杆以及左右两根抄平弦构成；电气部分主要由分别安装在F、M、R三个小车上的电子摆、前端输入输出系统、抄平模拟控制板、电子摆与沉降补偿板、卫星小车补偿板和B4、B33、B19、B9等超高差及起道表构成。下文将按各组成部分逐步介绍其工作原理。
捣固车的双弦抄平系统是独立进行起道作业的，两边的起道工作原理也是相同的，故在此取其中一侧进行介绍。前中后三根抄平杆和抄平弦，铁轨组成一个矩形模型。中间抄平杆上安装有抄平传感器。当M点钢轨和F，R点不在一个水平线上时，抄平传感器就会反馈一个值进入到起道系统，反映M点高出或者低于水平面的电压值，这个值最终转换成位移数据进入到抄平模拟板上进行起道计算。
前电子摆安装在F点的位置，用于记录前端左右铁轨的高差，在测量运行模式时前电子摆可以把测量的值送到计算机得到线路的横平数据。中间电子摆安装在M点小车上，记录的是作业位左右铁轨的高差。后电子摆安装在R点抄平杆的位置，记录的是作业后铁轨的高差。他们分别与前理论超高，作业位理论超高，后电子摆移动到作业位的理论超高的差值显示在前中后三个超高差的显示表上，方便操作人员观察操作。
前端输入输出系统中，跟起道抄平有关的部分有前电子摆、前端基本起道量、前端超高10毫米微调电位器等。其中前端基本起道量包括计算机给定的前端基本起道量、激光起道量和前端起道手动给定值三者的叠加。在这里需要说明的是激光的起道量是打开激光起道时，激光接受器会接收到激光信号，然后输出一个Y轴方向的数值进入到前端微处理器板，再根据前电子摆的值进行前摆的补偿计算后，输出一个激光的起道值来参与到前端基本起道量的计算。前电子摆的值与前端超高手动给定微调电位器的值以及作业位理论超高根据超高的选择分别叠加进入到左右抄平模拟控制板进行前摆的抄平补偿计算。由此可见，当前电子摆经过长时间使用，机械零点发生变化时候，可以通过10毫米超高微调电位器值来修正前电子摆产生的起道补偿误差。
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左右抄平模拟控制板是起道系统最终计算及输出的功能块。参与计算的有抄平传感器的值、前端基本起道量、前电子摆补偿、后电子摆补偿、沉降补偿以及卫星小车补偿。当左侧或者右侧的铁轨纵向不在一条水平线上时，抄平传感器就会以90mV/mm的当量输入电压值到抄平模拟控制板中。由于09-32连续式捣固车抄平系统只能进行起道抄平作业，而不具备落道功能，现实中作业线路的纵平总是处于一个高低起伏的一个状态，这时抄平传感器的值就可能引起总起道量会是正值或者负值，从而使起道系统不能一直工作在起道区。为了让抄平系统一直工作在起道区，这样一方面可以保证左右铁轨能起道到一个理论的值，另一方面有起道也能让拨道动作能更顺利地完成，我们会根据线路的情况预设一个前端的基本起道量，使整个作业过程都能保证正常的起拨道作业。前端基本起道量根据三个抄平杆的位置关系根据相似三角形的比例关系可以计算出来大约是3.28，这样我们在作业过程中前端基本起道量的给定就可以参照这样的比例关系大致的给出一个合适的值，从而使左右起道抄平系统能工作在起道区。 前电子摆补偿主要作用是消除前端未作业的线路对作业的影响。我们把抄平系统放置在假定的标准直线上时，如果抄平系统没有其他输入值，那左右总起道量应该都为0，不需要进行起道作业。此时我们将前小车右轮下垫一个H高的一个垫块，即模拟前端线路是不理想的。那么此时有抄平杆就会上升一个高度h，抄平传感器就会有一个h/3.28的落道值，此时前电子摆的补偿就会抵消这样一个落道值从而使总起道量仍为0。因前电子摆检测的是D点小车轮子处的超高，而F点与D点有一段FD的距离，所以前抄平杆的高度提升与前电子摆值存在一个比例关系，根据前小车的结构计算出前摆补偿的补偿率大约为3.55。在实际线路中，我们是用前电子摆的值和作业位理论超高的差值来参与到前摆补偿计算的，其中可以用前端超高微调电位器来修正前摆的机械误差。而后电子摆补偿的原理跟前摆补偿类似，它是用后电子摆的值与作业位理论超高的差值来补偿超高侧的起道量，它和前摆补偿一起消除线路产生的起道误差，后摆补偿的补偿率经过计算大约为1.44。前摆补偿和后摆补偿一起构成把作业位超高做成作业位理论超高的起道量，即实现横平精度。
沉降补偿即是对捣固车在起道量大的一侧进行的起道补偿值。我们在进行起道作业时通常会有一个钢轨的回弹动作，这样的回弹量会对起道精度产生一定影响，所以根据线路的情况可以设置沉降补偿的比例。本车通过沉降补偿板先计算左右起道的差值U存储在C15电容中，当捣固下插信号产生时，这个电容中的电压值U就作为沉降补偿电位器的输入端，使其补偿值能在0到U变化，也就是左右起道量差值的0到100%的补偿量，从而可以根据需要实现更为精确的横平和抄平的修正。
卫星小车补偿是根据卫星小车的位移来计算的一个起道补偿量。当卫星小车在不同的位置时，前端的基本起道量作用到作业区的值是不一样的，这就会产生不同的起道量，所以这个时候就需要一个补偿值来比较精确地计算出作业区当前的左右理论起道值来。卫星小车位移传感器的值经工作小车走行控制板后转化为位移信号23mV/mm到卫星小车补偿板，最终转化为8mV/mm的当量进入到MUL4乘法器与前端的基本起道量进行比例运算，输出值进入到抄平模拟板修正到-187mV/mm的起道量。这样就把卫星小车在不同位置时对前端起道和抄平传感器的影响值消除掉，达到精确的起道。
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经过长时间的使用，起道系统机械部分会发生少许的位移、磨损和形变等，这样抄平传感器的测量值就会发生误差，当左右两个抄平传感器的测量误差不一致的时候，就会造成作业横平值的偏差，而在某一段时间内这种偏差往往是比较固定的，这时我们就可以利用起道调零电位器来进行起道补偿。通常情况下，左右起道误差差值都会在比较小的一个范围内，所以5mm的最大补偿量是足够使用的。这种情况下，起道补偿电位器的使用就可以消除左右起道误差不一致而产生的横平误差了。
在捣固车进行起道作业时，我们的1号位操作人员会时刻观察左右起道表、作业位超高差表和后超高差表的指示情况，进而采取合适措施。观察起道表的回中情况，一方面可以看到是否有起道动作，另一方面可以判断起道伺服阀机械零点起道电气零点是否有偏移；观察作业位超高差表可以检查当前的起道横平是否正常，然后可以进行适当的起道调零补偿；观察后超高差表可以看到作业后线路的横平情况，同时可以检测到调零电位器的补偿是否到位，继而进一步判断中摆、后摆等传感器是否需要重新标定等等。结合起道系统的设计工作的原理，就能很好地完成起道系统的检查和调试，最大限度的提高作业精度。
至此，本文就基本介绍完09-32连续式捣固车的起道系统的基本设计工作原理。前端系统、抄平系统、补偿计算以及人工修正共同参与到起道抄平作业中，最终实现准确消除误差，达到精确作业的效果。因本文作者专业知识和经验有限，文中如有错误或存在不足在所难免，望读者批评指正。