400-661-5248

Введение и классификация

Орбитальная инспекционная машина, также известная как орбитальная инспекционная машина или орбитальная инспекционная машина, сокращенно именуемая орбитальной инспекционной машиной. Проверка геометрического состояния рельсов с помощью рельсовых транспортных средств является важным шагом на пути обеспечения безопасности железнодорожной эксплуатации. Основными элементами обнаружения деформации рельсов рельсовых вагонов являются ширина колеи, высота, направление орбиты, горизонт, треугольная яма, вибрационное ускорение и так далее. Неравномерность орбиты является ключевым фактором, непосредственно ограничивающим скорость поезда на линии. Неравномерность орбиты означает, что геометрические размеры двух рельсов отклоняются от их идеального положения по высоте и левому и правому направлениям. Существует четыре типа неровных орбит: 1. Высота до и после орбиты неравномерна. Относится к вертикальному геометрическому отклонению фактической центральной линии орбиты от идеальной центральной линии орбиты в направлении длины. 2. Неравномерность орбитального уровня. Разница в вертикальной высоте между левой и правой орбитами в направлении длины. Направление орбиты неравномерно. Относится к горизонтальному геометрическому отклонению фактической центральной линии орбиты от идеальной центральной линии орбиты в направлении длины. Колея неравномерна. Расхождение между фактической и номинальной колеями.

Figure 1 Schematic diagram of uneven track direction

Неравномерность орбиты можно разделить на периодическую неровность орбиты, случайную неровность и локальную неровность. Периодическая орбитальная нерегулярность вызвана нерегулярностью орбитальных соединений, которые формируются длиной волны орбиты. Случайные неровности возникают из - за ошибок при укладке, обслуживании и износе рельсов и изменяются со временем и местом. Локальная неровность вызвана конкретной структурой линии (например, стрелочными переводами, линиями переключения, боковыми линиями, кривыми разрядки, ответвлениями, мостами и т. Д.) или неожиданным положением (например, локальными дефектами линии). Неравномерность орбиты создает значительную движущую силу, которая не только повреждает саму структуру орбиты, но и напрямую влияет или ставит под угрозу безопасность высокоскоростного движения. Неравномерность траектории является внешним вмешательством в систему подвижного состава и основным источником вибрации системы подвижного состава. Функциональное описание закона случайного изменения неровности орбиты является важной основой для динамического анализа локомотивов и орбитальных систем. Этот динамический анализ является важным средством проектирования, обслуживания и оценки качества современных локомотивов и орбит.

В настоящем документе речь идет главным образом о неоднородности орбитальных неровностей в направлении средней орбиты (см. рисунок 1). Неравномерность направления траектории вызвана отклонениями в позиционировании центральной линии орбиты в ходе работ по укладке и капитальному ремонту, накоплением остаточной поперечной деформации рельсовой плиты, неравномерным износом боковой части головки рельса, отказом крепежных элементов и непоследовательностью поперечной упругости орбиты.

Существуют два основных метода определения плавности орбиты:

1. Инерционный метод отсчета,

2. Метод измерения короткими строками.

Инерциальный референцный метод - это метод измерения орбиты, основанный на принципе инерциальной навигации, который используется для описания траектории орбиты и определения геометрического состояния орбиты. Принцип такой же, как и у инерциальной навигационной системы. Дополнительные сведения см. в соответствующей литературе по инерциальной навигационной системе Jet. При использовании системы обычно требуется первоначальное выравнивание, чтобы определить матрицу направления между системой географических координат и системой координат носителя, а затем начать навигационные вычисления. Преимущество использования инерционного эталонного метода для определения условий орбиты заключается в том, что измерение происходит быстро, но недостатком является высокая стоимость.

Термометрия - это более ранний метод измерения плавности орбиты, обычно используемый для проверки транспортных средств на орбите. Среди них технология обнаружения шероховатости орбиты на основе волоконно - оптического гироскопа (FOG) является самым передовым методом обнаружения орбиты в текущих сериях измерений. Основной проблемой измерения направления орбиты с помощью гироскопа является точное измерение угла. На этой основе была установлена передаточная функция между изменением угла орбитального детектора и направлением орбиты, из которой была получена информация о шероховатости орбиты.

Измерение неровности орбиты производится с использованием нескольких длин струн, таких как 10 м, 20 м, 30 м, 70 м и 300 м, также известных как длина волны, каждая длина волны имеет соответствующую неровность орбиты, допускающую отклонение. Отклонения коротких длин волн оказывают значительное влияние на низкоскоростное вождение, в то время как отклонения длинных длин волн оказывают значительное влияние на высокоскоростное вождение.

В этой статье основное внимание будет уделено использованию метода измерения струн на основе волоконно - оптического гироскопа в качестве основного метода измерения для определения плавности орбиты.

Принцип работы

принцип измерения орбиты волоконно - оптического гироскопа

Волоконно - оптический гироскоп (FOG) - это новый полностью твердотельный гироскоп, основанный на эффекте Сагнака. Это инерционный измерительный элемент без механических вращающихся компонентов, который имеет преимущества устойчивости к ударам, высокой чувствительности, долголетия, низкого энергопотребления и надежной интеграции. Это идеальное инерционное устройство в инерциальной навигационной системе нового поколения.

Определение направления орбиты на рисунке 2

Эта статья основана на принципе использования измерения струн для определения траектории, выводит алгоритм траектории гироскопической системы измерения угла. Основополагающие принципы канатного метода показаны на рисунке 2: с обеих сторон устройства орбитального обнаружения имеются два направляющих колеса 1, 3 и 4, 6; Измерительные колеса 2, 5. Линия, соединяющая точки соприкосновения колеи первого и последнего колес, используется в качестве струны, а расстояние между точкой соприкосновения колеи среднего колеса и струной - в качестве измерения направления орбиты. Направление траектории в методе последовательного измерения определяется следующим образом:

В уравнениях (1) и (2) и обозначены шесть измерений расстояния между поворотом и центром кузова соответственно.

На рисунке 3 показана модель расчета теоретических значений измерения струн, когда направление измеренной струны на орбите с радиусом кривой R не гладкое. Из геометрических отношений можно сделать вывод:

Методы

Игнорировать элемент H2 в уравнении.

Если измерить две строки различной длины, то l1 = nl2 (n - целое число), h1 = n2h2 (5)

Международный метод измерения верхней струны обычно использует передаточную функцию от малого до большого измерения в качестве ежедневной железнодорожной формулы, основным содержанием которой является: когда l1 = nl2 (n = 2,4,8,16...),

Среди них VL1 - это измерение длины струны l1, а Vi - измерение длины струны l2 в точке I.

В технике обычно используется схема измерения l1 = 10m и l2 = 1,25m, т. е. n = 8. С интервалом измерения l2 / 2 последовательно измеряется значение струн 1,25 м для каждой точки измерения. Затем, используя функцию передачи от малого к большому, орбитальная неровность струны 1,25 м преобразуется в орбитальную неровность струны 10 м. Формула измерения 10 - метровой колонны выглядит следующим образом:

V10m = V1 + 2V2 + 3V3 + 4V4 + 5V5 + 6V6 + 7V7 + 8V8 + 7V9 + 6V10 + 5V11 + 4V12 + 3V13 + 2V14 + V15 (7)

Процесс измерения показан на рисунке 4:

Рисунок 4 Схема получения результатов измерений 10 - метровой колонны из 1,25 - метровой колонны

передаточная функция траектории гироскопического угла

В основе метода измерения траектории на основе гироскопа лежит измерение угла с помощью гироскопа. Система угловых измерений измеряет направление орбиты без струнного зондирования. Когда гироскоп измеряет угол, система собирает угол вращения гироскопа каждые 2 / 2. Если угол первого сбора составляет A (i + 1), угол вращения каждой соседней точки составляет A (i + 1) - A (i), как показано на рисунке 5.

Благодаря геометрическим отношениям можно получить

B = 1 / 2 [A (i + 1) - A (i)] (i)] (8)

Затем:

Радиус R типичных железнодорожных путей рассчитывается в километрах. Таким образом, угол вращения гироскопа минимален между двумя точками измерения длины шага l2 / 2 (для повышения точности можно уменьшить длину шага l2). Измерение длины струны l2, соответствующей углу вращения струны l2 A (i + 1) - A (i), составляет:

Замена (7) получает:

В формуле l2 = 1,25m. Эта передаточная функция может собирать угол на l2 / 2, а затем вычислять значение измерения струны на 10 - метровой струне, то есть формулу расчета траектории.

Рисунок 5 Принципы измерения струн по углам

Влияние углового дрейфа гироскопа на направление орбиты

Когда гироскоп находится в состоянии покоя, какова максимальная погрешность измерения 10 - метровой струны, вызванная угловым дрейфом. Во - первых, гипотеза:

Гироскоп работает на прямой орбите с нулевой теоретической угловой скоростью

Равномерный дрейф угловой скорости в одном направлении

3. Скорость движения рельсового контрольно - измерительного автомобиля составляет 1,25 / с

Согласно гипотетическим условиям, автомобиль проезжает 1,25 метра в секунду. Если известен угол дрейфа гироскопа в секунду, то по формуле можно вычислить дрейф струн 1,25 метра. Автомобиль, движущийся по идеальной прямой орбите, можно понять как неподвижный.

Коэффициент угловой случайной прогулки волоконно - оптического гироскопа AgileLight

Нестабильность смещения как

S Ом (f) - функция спектральной плотности мощности шума. Смещение угла, вызванное случайной ходьбой под углом в течение 1 секунды, составляет:

Нестабильность смещения вызывает угловое отклонение

Согласно формуле, погрешность в секундной последовательности измерений, вызванная дрейфом гироскопа, составляет

В том числе, Это означает, что гироскоп дрейфует под углом в секунду.

Таким образом, мы получили измерение 10 - метровой колонны, Это значительно меньше заданного значения погрешности 1 мм.

Основываясь на приведенном выше теоретическом анализе, угловой дрейф гироскопа оказывает незначительное влияние на измерение струн. На самом деле, угловой дрейф имеет как положительные, так и негативные последствия, которые в значительной степени компенсируют друг друга. При измерении 10 - метровой колонны вероятность дрейфа более 0135 мм почти равна нулю. На самом деле, случайность углового дрейфа приводит к положительной или отрицательной ошибке между измеренным значением и фактическим значением последовательного измерения, обычно менее 0,1 мм. Таким образом, показатели точности гироскопа AgileLight полностью соответствуют требованиям точности для проверки транспортных средств на орбите.

Преимущества использования волоконно - оптических гироскопов серии AgileLight на рельсах

Системы, используемые для проверки транспортных средств на орбите, как правило, представляют собой инерционные навигационные системы. По сравнению с малой орбитальной системой обнаружения инерциальная навигационная система Jet сталкивается с двумя непреодолимыми препятствиями: 1) проблема объема. Хотя система Jet намного меньше, чем система платформы, ее размер все еще слишком велик, чтобы позволить орбитальным зондам; 2) Вопрос цены. Стоимость инерциальной системы Jet исчисляется в миллионах долларов, а рыночное позиционирование орбитального аппарата исчисляется в десятках тысяч долларов, и между ними существует количественная зависимость. Поэтому гироскопы, используемые в приборах для обнаружения орбиты, должны быть относительно дешевыми, и наш AgileLight имеет значительное ценовое преимущество.

По сравнению с российским VG951, обычно используемым на рынке, VG951 является аналоговым выходом, который требует дополнительной цифровой схемы для использования. AgileLight - это цифровой выход, который позволяет напрямую получать данные измерений угла. Кроме того, показатели дрейфа и случайного блуждания были меньше, а угловые измерения были более точными, а время безотказного использования составило 55 000 часов, что примерно в три раза больше, чем 20 000 часов использования гироскопа VG951. Таким образом, AgileLight имеет очевидные преимущества с точки зрения затрат.

Выводы

Волоконно - оптические гироскопы серии AgileLight, выпускаемые компанией Wuxi Union Information Technology Co., Ltd. обладают отличными характеристиками и могут противостоять ударам и различным суровым условиям, особенно для приборов обнаружения орбиты.