高速磁浮交通线路线形的动态检测*

王悦婷

(上海申通地铁集团公司上海磁浮交通发展有限公司，201204，上海∥工程师)

随着轨道交通的不断发展，其线路线形的测量方法和技术也随之不断发展。传统线路线形的检测多采用静态测量方法，即对没有车载时的轨道进行测量。但事实上，车载作用下的线路线形检测才能反应线路的真实状态。因此，动态检测方法得到不断的重视和发展，铁路轨检车的检测就是基于上述技术不断更新换代。与轨道交通相似，高速磁浮交通线路线形的测量也历经着这样的变化。

对上海高速磁浮示范运营线线形的测量，早期采用的方法是大地测量法。这种静态测量方法基于光学原理获取相关数据，可以测量较大范围的线路线形，但是，测量点位的布置和测量结果易受外界环境影响，而且测量工作量较大。因此，高效、经济的动态测量方法的研究和应用得到了充分重视。本文阐述了高速磁浮交通线路线形动态检测的原理、测量系统的构成、检测数据和结果。

1 高速磁浮线路线形动态检测的原理

高速磁浮线路线形的动态检测是基于惯性基准的测量方法，借鉴了轮轨交通惯性基准法测量线路线形的经验。

如图1所示，当车轮不脱离钢轨时，车轮轴箱的上下运动的竖向位移值H 即轨面的前后高低不平顺值η，等于车体的上下运动的竖向位移值Z 及车体与轴箱间竖向相对位移W 之和。车体对其惯性基准线的位移Z 可用加速度传感器测出车体的加速度a，并经二次积分得到，W 可用位移传感器测得。即

图1 轮轨线路高低不平顺检测示意图

对基于惯性基准法的高速磁浮线路线形测量而言，其长波检测原理如图2所示。图2 中，h 表示磁浮轨道轮廓线;s 表示悬浮磁铁与轨道轮廓线之间的间隙;z 表示悬浮磁铁的位移(加速度a 的二次积分)曲线。s 相当于图1 中轴箱与车体之间的相对位移W。由此，惯性基准法则确定了高速磁浮线路线形动态检测系统的主要工作原理。因此，轨道轮廓线，即磁浮线路长波不平顺的表达式可以写成:

图2 高速磁浮线路轨道轮廓线检测示意图

2 高速磁浮线路线形动态检测系统的构成

动态检测系统的硬件主要由车载测量传感器和采集设备所组成。

2.1 车载测量传感器和采集设备

车载测量传感器和采集设备如图3所示。

图3 车载测量传感器和采集设备

为了能够测量磁浮轨道导向面和定子面的长波不平顺，悬浮架上安装了如图3a)所示的导向气隙传感器和导向加速度传感器，以及悬浮气隙传感器和悬浮加速度传感器;除此之外，悬浮架上还安装了速度信号传感器。传感器的信号传输至由输入输出采集板卡、一体化显示器及键盘、B ＆ K 加速度放大器、电源分配板卡、电源适配器等组成的车载采集机箱，并进行数据采集和存储。

2.2 采集软件

动态检测系统的软件采用3 层结构设计，具体见图4。采集系统的各项工作由输入输出采集机箱中的18 个labview 子程序以模块化形式编写，实现包括系统登录、数据采集、系统配置、系统管理、系统状态指示等5 个主要功能模块的功能。

图4 动态检测系统软件结构图

3 高速磁浮线路线形的动态检测

通过高速磁浮线路线形动态检测系统，可以得到磁浮轨道左右侧悬浮加速度、悬浮气隙、导向加速度、导向气隙和速度信号。根据磁浮线路长波不平顺的计算公式，可以得到磁浮线路的长波不平顺结果。

对磁浮线路全线的长波不平顺计算是通过相应的长波分析软件实现的。动态检测因受外界影响小，故具有良好的可重复性和稳定性，借助计算机技术，可以显示线路线形的多种信息，体现其高效性。

为了验证动态检测系统的稳定性和可重复性，对列车同一天往返于同一条轨道的线路线形，以及同一天不同时段的线路线形进行了对比，如图5所示。

图5 动态检测波形图

从图5 可看出，磁浮线路线形动态检测系统检测到的列车同一天往返于同一条轨道的线路动态线形，以及同一天不同时段的线路动态线形的长波不平顺一致性良好。

借助计算机技术，在软件界面中不仅可以显示线路全线的长波不平顺曲线，还可以根据线路设计数据库显示列车的通过速度、轨道的线路参数等信息。而且，在软件界面中，可以方便地实现不同时期长波不平顺测量结果的对比。

在全线长波不平顺的检测结果中，还可以提取得到支墩位置处的长波偏差值。

图6 是高速磁浮线路线形动态检测得到的轨道梁支墩位置处的长波偏差，可以用于指导线路线形的维护。与传统大地测量相比，动态检测可更方便地得到线路线形的实际状态。

图6 支墩位置的波形偏差

4 结语

通过对高速磁浮线路线形动态检测的阐述和分析，可以得到以下的结论:

1)高速磁浮线路线形动态检测受外界因素的影响小，且测量结果具有很高的稳定性、可靠性。

2)与传统大地测量相比，高速磁浮线路线形动态检测系统具有很高的工作效率，大大降低了线路线形检测的成本。

3)高速磁浮线路线形动态检测结果不仅可以用于检测磁浮线路线形的状态，还为线路维护提供了依据。

［1］吴祥明.磁浮列车［M］.上海:上海科学技术出版社，2003.

［2］钱立新.世界高速铁路技术［M］.北京:中国铁道出版社，2003.