高速磁浮交通線路線形的動態檢測*

王悅婷

(上海申通地鐵集團公司上海磁浮交通發展有限公司，201204，上海∥工程師)

隨著軌道交通的不斷發展，其線路線形的測量方法和技術也隨之不斷發展。傳統線路線形的檢測多采用靜態測量方法，即對沒有車載時的軌道進行測量。但事實上，車載作用下的線路線形檢測才能反應線路的真實狀態。因此，動態檢測方法得到不斷的重視和發展，鐵路軌檢車的檢測就是基于上述技術不斷更新換代。與軌道交通相似，高速磁浮交通線路線形的測量也歷經著這樣的變化。

對上海高速磁浮示范運營線線形的測量，早期采用的方法是大地測量法。這種靜態測量方法基于光學原理獲取相關數據，可以測量較大范圍的線路線形，但是，測量點位的布置和測量結果易受外界環境影響，而且測量工作量較大。因此，高效、經濟的動態測量方法的研究和應用得到了充分重視。本文闡述了高速磁浮交通線路線形動態檢測的原理、測量系統的構成、檢測數據和結果。

1 高速磁浮線路線形動態檢測的原理

高速磁浮線路線形的動態檢測是基于慣性基準的測量方法，借鑒了輪軌交通慣性基準法測量線路線形的經驗。

如圖1所示，當車輪不脫離鋼軌時，車輪軸箱的上下運動的豎向位移值H 即軌面的前后高低不平順值η，等于車體的上下運動的豎向位移值Z 及車體與軸箱間豎向相對位移W 之和。車體對其慣性基準線的位移Z 可用加速度傳感器測出車體的加速度a，并經二次積分得到，W 可用位移傳感器測得。即

圖1 輪軌線路高低不平順檢測示意圖

對基于慣性基準法的高速磁浮線路線形測量而言，其長波檢測原理如圖2所示。圖2 中，h 表示磁浮軌道輪廓線;s 表示懸浮磁鐵與軌道輪廓線之間的間隙;z 表示懸浮磁鐵的位移(加速度a 的二次積分)曲線。s 相當于圖1 中軸箱與車體之間的相對位移W。由此，慣性基準法則確定了高速磁浮線路線形動態檢測系統的主要工作原理。因此，軌道輪廓線，即磁浮線路長波不平順的表達式可以寫成:

圖2 高速磁浮線路軌道輪廓線檢測示意圖

2 高速磁浮線路線形動態檢測系統的構成

動態檢測系統的硬件主要由車載測量傳感器和采集設備所組成。

2.1 車載測量傳感器和采集設備

車載測量傳感器和采集設備如圖3所示。

圖3 車載測量傳感器和采集設備

為了能夠測量磁浮軌道導向面和定子面的長波不平順，懸浮架上安裝了如圖3a)所示的導向氣隙傳感器和導向加速度傳感器，以及懸浮氣隙傳感器和懸浮加速度傳感器;除此之外，懸浮架上還安裝了速度信號傳感器。傳感器的信號傳輸至由輸入輸出采集板卡、一體化顯示器及鍵盤、B ＆ K 加速度放大器、電源分配板卡、電源適配器等組成的車載采集機箱，并進行數據采集和存儲。

2.2 采集軟件

動態檢測系統的軟件采用3 層結構設計，具體見圖4。采集系統的各項工作由輸入輸出采集機箱中的18 個labview 子程序以模塊化形式編寫，實現包括系統登錄、數據采集、系統配置、系統管理、系統狀態指示等5 個主要功能模塊的功能。

圖4 動態檢測系統軟件結構圖

3 高速磁浮線路線形的動態檢測

通過高速磁浮線路線形動態檢測系統，可以得到磁浮軌道左右側懸浮加速度、懸浮氣隙、導向加速度、導向氣隙和速度信號。根據磁浮線路長波不平順的計算公式，可以得到磁浮線路的長波不平順結果。

對磁浮線路全線的長波不平順計算是通過相應的長波分析軟件實現的。動態檢測因受外界影響小，故具有良好的可重復性和穩定性，借助計算機技術，可以顯示線路線形的多種信息，體現其高效性。

為了驗證動態檢測系統的穩定性和可重復性，對列車同一天往返于同一條軌道的線路線形，以及同一天不同時段的線路線形進行了對比，如圖5所示。

圖5 動態檢測波形圖

從圖5 可看出，磁浮線路線形動態檢測系統檢測到的列車同一天往返于同一條軌道的線路動態線形，以及同一天不同時段的線路動態線形的長波不平順一致性良好。

借助計算機技術，在軟件界面中不僅可以顯示線路全線的長波不平順曲線，還可以根據線路設計數據庫顯示列車的通過速度、軌道的線路參數等信息。而且，在軟件界面中，可以方便地實現不同時期長波不平順測量結果的對比。

在全線長波不平順的檢測結果中，還可以提取得到支墩位置處的長波偏差值。

圖6 是高速磁浮線路線形動態檢測得到的軌道梁支墩位置處的長波偏差，可以用于指導線路線形的維護。與傳統大地測量相比，動態檢測可更方便地得到線路線形的實際狀態。

圖6 支墩位置的波形偏差

4 結語

通過對高速磁浮線路線形動態檢測的闡述和分析，可以得到以下的結論:

1)高速磁浮線路線形動態檢測受外界因素的影響小，且測量結果具有很高的穩定性、可靠性。

2)與傳統大地測量相比，高速磁浮線路線形動態檢測系統具有很高的工作效率，大大降低了線路線形檢測的成本。

3)高速磁浮線路線形動態檢測結果不僅可以用于檢測磁浮線路線形的狀態，還為線路維護提供了依據。

［1］吳祥明.磁浮列車［M］.上海:上海科學技術出版社，2003.

［2］錢立新.世界高速鐵路技術［M］.北京:中國鐵道出版社，2003.