13.3 Теоретичні основи механізованої виправки колії

13.3.1. Основні поняття та визначення

Внаслідок накопичення після пропуску потягів непружних деформацій баластної призми спостерігаються відступи натурного (фактичного) положення колії від його проектного положення (рис. 13.4). Відступи I ступеня не перевищують допусків на утримання колії, а відступи з II по IV ступеня − перевищують [77].

В результаті з'являється необхідність робити виправку колії − технологічну операцію по переміщенню РШР з натурного положення, що характеризується різною мірою відступів від допусків і норм утримання, в інше натурне положення, що назване проектним, характеризується зменшенням нерівномірності відступів І-го ступеня по рівню, в плані і просідання колії [51, 58, 77] (в межах допусків). В процесі виправки положення РШР має бути зафіксоване шляхом ущільнення баластного шару.

Залізнична колія виправляється в трьох координатних площинах. Виправка колії в плані - в площині OXY називається рихтуванням, в подовжній вертикальній площині OXZ - нівелюванням, в поперечній вертикальній площині OYZ - установкою рейкових ниток по рівню. З геометричної точки зору залізнична колія складена з трьох видів ліній: прямих; кругових кривих (ліві, праві); перехідних кривих (вхідні: ліві, праві; вихідні: ліві, праві).

У загальній сумі вони складають сім елементів, які утворюють шість спряжень (що не диференціюються в точках спряжень, що ускладнює рішення завдань по виправці).

Відповідно до конструкції РШР при зрушенні колії в плані зрушуються обидві рейкові нитки, пов'язані між собою шпалами. При цьому не відбувається зміни положення колії в подовжньому профілі і по рівню, тому рихтування виконується незалежно, а колійні машини оснащуються незалежними рихтувальними системами. Зрушення колії в плані можливе і управо і вліво.

Нівелювання повинне робитися по правій і лівій рейкових нитках, причому зміна положення по висоті однієї рейкової нитки в даному перерізі призводить до зміни положення по рівню, яке має бути відкориговане. Нівелювальні системи колійних машин обов'язково оснащені взаємозв'язаними системами виправки колії в подовжньому профілі і по рівню. Виправка подовжнього профілю виконується шляхом переміщення рейкових ниток вгору, тобто шляхом виправляльної підйомки з підведенням баластного матеріалу під підошви шпал (суфляж).

Колія в подовжньому профілі характеризується ухилами, що спрягаються один з одним, і вертикальними кривими сполучення. Геодезичний ухил - це різниця h_Z, м, рівнів початкової і кінцевої відміток ділянки, віднесена до довжини L_уч, м, по умовному напряму руху, тобто i=h_Z/L_уч. Основними геометричними характеристиками вертикального спряження кривої є радіус R_в кривої. Залежно від категорії лінії радіуси R_в нормовані в межах 3000-15000 м.

Положення колії в плані, з точки зору геометрії, має три характерні елементи: пряма, кругова і перехідні криві. Нехай криволінійна ділянка шляху (рис. 13.8, а) зв'язана з двома прямими підходами. На прямій ділянці колії радіус кривизни =, а кривизна K=1/=0. У круговій кривій =var, K=var, тобто змінюється залежно від пройденого шляху за певним законом. У перехідній кривій потрібно плавне наростання відцентрової сили рухомого складу від нуля в прямій до кінцевого значення.

У вихідній кривій  і K змінюються в протилежному напрямі, забезпечуючи плавне убування відцентрової сили.

Залежно від режимів руху потягів і інших умов радіуси кругових кривих нормовані в межах R=150-4000 м.

На вітчизняних залізницях у більшості випадків перехідна крива влаштовується по радіоїдальній спіралі, кривизни, що характеризується лінійним співвідношенням, від початку перехідної кривої (НПК):l=CK (де C=l_пкR – параметр перехідної кривої, м²; l_пк - довжина перехідної кривої, м). Радіоїдальна спіраль на практиці апроксимується кубічною параболою: y=x³/(6C). Для високошвидкісних магістралей перехідні криві влаштовуються по більш плавних напівсинусоїдальних залежностях.

У кривих ділянках шляху для гасіння відцентрової сили, за рахунок горизонтальної складової розкладання ваги рухомого складу, влаштовується підвищення зовнішньої рейкової нитки над внутрішньою. У круговій кривій h_к=const, в перехідній кривій h_пк наростає або спадає по довжині l_пк пропорційна зміні кривизни. Наростання підвищення характеризується відведенням підвищення, мм/м: i_ов=h_к/l_пк (де h_к, мм, довжина перехідної кривої l_gr в метрах).

Граничне значення ухилу відведення підвищення, при якому гарантується безпечний рух рухомого складу по умові перекосу ходової частини, складає 3,2 мм/м (при швидкості не вище 25 км/год). Динаміку вписування рухомого складу в перехідну криву характеризує швидкість підйому колеса, що йде по зовнішній рейці. Розрахунок за нормативними даними показує, що її допустимі значення знаходяться в межах Vпк=0,022−0,045 м/с. Великі значення відповідають середнім значенням швидкості рухомого складу [77].

Характеристики положення колії в плані і профілі. Залізнична колія в плані і профілі характеризується радіусом кривизни  і кривизною K. Безпосередній вимір цих параметрів в координатній системі 0xyz з метою отримання інформації для роботи путньої машини представляє складне технічне завдання.

Для виконання робіт по виправці залізничної колії, передусім, потрібно інформацію про фактичне (натурному) положення колії. Потрібно інформацію також про проектне положення колії, про параметри машини, методи і способи отримання інформації. Роботи по виправці виконуються вручну і машинним способом з використанням виправно-підбивочно-рихтовочних комплексів, що вимагають від операторів спеціалізованих знань і досвіду.

Рис. 13.8. Положення колії в плані: а – однорадіусна крива з двома перехідними кривими; НПК, КПК – відповідно початки та кінці перехідних кривих; 0 – точка відліку начала руху (роботи машини); x, y – координати вздовж колії; б – ізольована нерівність

При ручному способі виправки потрібно знати (рис. 13.8, б): вид виправки в цій точці колії (зсув, просадка, перекіс і тощо); абсцису нерівності (координату нерівності L_н); амплітуду нерівності по модулю (|Y_н|); фазу нерівності (+ - y_н(х). Для машинного способу виправки цю інформацію потрібно не лише знати, але й уміти її формалізувати в керуючий алгоритм. Для виконання цієї процедури необхідно прийняти якусь з визначальних величин за змінну опису стану системи виправки, а якусь - за змінну управління.

При отриманні початкової інформації про положення осі існуючої залізничної колії використовуються способи:

1) Положення осі колії визначається в декартовій системі (x, y) координат з розміткою на місцевості.

2) Спосіб виміру кутів повороту ..._n-1, _n, _n+1... хорд з боку лівого прямого підходу при розбитті ділянки колії на рівні по довжині відрізки ділення кривої, рівні а (рис. 13.9, а).

3) Спосіб виміру стріл вигину …h_n-1, h_n, h_n+1, … точок … n-1, n, n+1, … від кривої до хорди l=a+b, натягнутою між двома найближчими сусідніми точками кінців ділення кривої, рівні а (рис. 13.9, а).

4) Змішаний спосіб зйомки положення осі кривої, запропонований И.В. Гоникбергом [58]. Спосіб полягає в тому, що кути повороту хорд вимірюються при довжині дуги а'=100 м, а усередині кожного проміжку робиться розбиття на 20 метрових відрізків з виміром ординат осі кривої f_i від хорд, що стягують точки первинних ділень.

5) Спосіб зйомки колії з використанням нівелювальних оптичних приладів, наприклад, прилад для рихтування колії ПРКМ, вимірювальні комплекси з цифровим оптичним нівеліром [16, 51, 58].

6) Тахеометрична зйомка осі колії з використанням навігаційної супутникової системи (GPS). Визначаються глобальні (локальні) координати колії із заданим кроком квантування [19, 67].

Вимір завжди виконується відносно вимірювальної бази. Найпростіше реалізуються вимірювальні бази у вигляді прямої, що створюється: натягнутим тросом, жорсткою рамкою, інфрачервоним поляризованим оптичним або лазерним променем.

Рис. 13.9. Положення колії в плані та профілі: а − вимірювання кривизни колії через стріли прогину hn відносно хорди й кута повороту суміжних хорд n; б − графіки натурних 5 і теоретичних 1−2−3−4−1 (проектних) стріл прогину колії; в – нівелювання ділянки колії: …, n−1, n, n+1,… − фіксовані точки колії; …, hn−1, hn, hn+1,… − стріли прогину в фіксованих точках колії, м; …, fn-1, fn, fn+1,… − суміжні кути вимірювальних хорд, град; … fn−1, fn, fn+1,… − стріли прогину колії в фіксованих точках, м; 1, 2, 3, 4 − графіки проектних стріл прогину прямої, вхідної перехідної, кругової та вхідної перехідної кривої, відповідно; 5 − графік натурних стріл прогину; Hп − проектна стріла кругової кривої; a, b − плечі вимірювальної бази l, м

Виправка прямої ділянки колії в плані.

Нехай в перерізі х (див. рис. 13.8, б) є нерівність y_н (х). Якщо відомий напрям колії, що виправляється, в створі (вісь 2), співпадаючою з вимірювальною базою, то виправка нерівності, полягатиме в переміщенні точок нерівності на вимірювальну базу, тобто y_н(х)=0. Отже, переміщаючи (зрушуючи) нерівності у фіксованих точках x_i колії на вимірювальну базу, ми забезпечуємо виправку колії. Іншими словами, для виправки прямих досить мати напрям вимірювальної бази відліку і величини зрушень, виміряних у фіксованих точках колії.

Виправка шляху в подовжньому профілі.

У вимірі ділянки колії (рис. 13.9, в) беруть участь три елементи: − візирний прилад (випромінювач), наприклад, колієрихтувальний прилад ПРКМ; − мітка (приймач); − вимірювальна рейка (переривник). Випромінювач-приймач створюють нерухому (абсолютну) вимірювальну базу, а рейка утворює третю точку в системі і виконує функцію виміру. В результаті утворюється триточкова вимірювальна система виправки подовжнього профілю, вживана на сучасних машинах.

Використовуючи лінію візування як нерухому вимірювальну базу (репер) можна виправляти колію в подовжньому профілі вручну або машинним способом. У останньому випадку до виправки потрібно знати величини просадок f_i і їх координати уздовж колії, записані на носії

Для визначення положення колії в поперечній площині (по рівню) є природна база відліку: вертикаль фізичного маятника і рідинний рівень горизонту, широко використовувані на практиці. Виправка колії в поперечному профілі, не викликає особливих труднощів.

Для положення колії в плані і подовжньому профілі природної бази відліку немає. У практиці пошуку параметрів опису і управління положення колії в плані (подовжньому профілі) і необхідних вимірювальних баз відліку, були запропоновані моделі:

1 - крива колії представляється сукупністю точок з координатами (х, у) в декартовій системі координат;

2 - крива шляху представляється графіком зміни кута повороту дотичної до кривої відносно лівого прямого підходу; графік називається − углограммой;

3 - крива колії представляється графіком зміни кривизни по довжині кривій; графік називається − епюрою кривизни (графіком натурних стріл);

4 - метод фіктивних навантажень, опублікований в 1915 р. инж. И.М.Зубовим [58], перетвориться в третю.

На практиці положення РШР в плані визначається опосередковано стрілами вигину h_i (рис. 13.9, а) базової рейкової нитки відносно базових ліній - вимірювальних хорд постійної довжини або кутами повороту _I цих хорд, розташованих зі зміщенням один відносно одного на крок ділення …n−1, n, n+1… колії. Довжина стандартної розрахункової вимірювальної хорди 20 м. вибрана з умови: при зрушенні колії в середній точці хорди півхвилі зрушення рейкових ниток не повинні досягати сусідніх точок ділення колії. Цим забезпечується однозначність виправки колії.

У круговій кривій стріла h_n вигину, виміряна від хорди l, наприклад, в точці n ділення її на відрізки a, b визначається при малому центральному куті, що стягує хорду, по наближеній формулі:

, (13.10)

де h_n - стріла вигину рейкової нитки у фіксованій точці хорди, м;

a, b - плечі вимірювальної хорди, м;

R - радіус кругової кривої, м.

Для виміру стріл вигину плану застосовуються пристрої - стрілографи, що мають вимірювальну базу l=a+b і датчик виміру стріли. При постійних плечах хорди a і b стріла вигину h однозначно визначає радіус кругової кривої R. У прямій R= та h=0. У перехідній кривій =var, відповідно змінюється і стріла вигину. Величина F=ab/2 - постійний коефіцієнт, кривизна K=1/ (у круговій кривій K=1/R). Тому стріла вигину h=FK прямо пропорційна кривизні. Розглянемо рух хорди l по сполученню прямої і кривої (див. рис. 13.9, а) та побудуємо графік стріл вигину h у функції пройденої колії x від початку руху в точці O (рис. 13.9, б). Як видно з графіку, на ділянках 1 (прямі) h=0, на ділянці 3 (кругова крива) h=const, а на ділянках 2 і 4 (перехідні криві) h змінюється. Якщо перехідні криві влаштовані по радиоидальной спіралі, то кривизна наростає пропорційно наростанню координати, що на графіці відбивається похилими прямими.

Теоретичний графік 1-2-3-4-1, отриманий шляхом руху вимірювальної хорди по ідеальній ділянці колії, називається графіком кривизни або графіком проектних стріл і має вигляд трапеції. Якщо за допомогою тієї ж хорди обійти натурну ділянку колії, що має нерівності в плані, і записати стріли вигину, то на графік проектних стріл накладеться графік 5 натурних стред вигину колії, що відбиває наявні нерівності положення РШР в плані відносно проектного і має випадковий пилкоподібний.

Початкова інформація про положення РШР в плані, що міститься в h, не може бути безпосередньо використана системою управління машини для реалізації необхідних зміщень, що називаються зрушеннями, а має бути заздалегідь перетворена в сигнали, що управляють, на зміщення РШР в поточному перерізі з урахуванням способу вимірів і пружних властивостей рейкової колії при її зрушенні. Дійсно, стріла вигину, виміряна в кожній точці …n-1, n, n+1... ділення кривої, залежить від положення самої точки і сусідніх з нею точок ділення.

Суцільними лініями на рис. 10.12, а, би показано положення рейкової нитки і вимірювальної бази до рихтування, а штриховими - положення після зрушення точки n. При зрушенні точки n на en стріла вигину в цій точці збільшилася на en, а стріли в сусідніх точках зменшилися на en/2 (зрушення назовні колії позитивні, а всередину - негативні). Відстані між точками ділення і бази виміру вибираються з урахуванням пружних властивостей РШР, прилеглою до точки зрушення, тобто при зрушенні точки n на величину en, точки n - 1 і n 1 не повинні зрушуватися (en - 1 = 0 і en 1 = 0).

Исходная информация о положении РШР в плане, содержащаяся в h, не может быть непосредственно использована системой управления машины для реализации требуемых смещений, называемых сдвигами, а должна быть предварительно преобразована в управляющие сигналы на смещения РШР в текущем сечении с учетом способа измерений и упругих свойств рельсовой колеи при ее сдвиге. Действительно, стрела изгиба, измеренная в каждой точке … n – 1, n, n + 1 … деления кривой, зависит от положения самой точки и соседних с ней точек деления. Сплошными линиями на рис. 10.12, а, б показано положение рельсовой нити и измерительной базы до рихтовки, а штриховыми – положение после сдвижки точки n. При сдвиге точки n на +e_n стрела изгиба в этой точке увеличилась на e_n, а стрелы в соседних точках уменьшились на e_n/2 (сдвиги наружу колеи положительные, а внутрь – отрицательные). Расстояния между точками деления и базы измерения выбираются с учетом упругих свойств РШР, прилегающей к точке сдвига, т.е. при сдвиге точки n на величину +e_n, точки n – 1 и n + 1 не должны сдвигаться (e_n-1 = 0 и e_n+1 = 0).

При зміщенні трьох точок (рис. 10.12, в), що поруч лежать, проектну стрілу в середній точці визначають, при малому центральному вугіллі що стягує вимірювальну хорду, по формулі, запропонованою И.М. Зубовим (1915 р.) :

При смещении трех рядом лежащих точек (рис. 10.12, в) проектную стрелу в средней точке определяют, при малом центральном угле стягивающем измерительную хорду, по формуле, предложенной И.М. Зубовым (1915 г.):

(10.11)

де Hn, hn - стріли в точці до і після виправки, мм; en, en - 1, en 1 - зрушення, мм, відповідно в точках n, n - 1 і n 1.

Для реалізації технологічного процесу виправки шляху машина повинна мати систему, яка дозволяє зробити виміри положення шляху до виправки, в процесі виправки і після виправки відносно бази відліку. Бази мають певний конструктивний пристрій і використовують елементи і фізичні явища, що дозволяють побудувати прямолінійні вимірювальні хорди, пов'язані з положенням шляху в заданих перерізах, для оцінки відхилень осі шляху через стріли вигину або кути між хордами. Наприклад, на рис. 10.

13 показані: (а) абсолютна (нерухома), рухлива (б) і поєднана (в) бази виміру.

где H_n, h_n – стрелы в точке до и после выправки, мм; e_n, e_n-1, e_n+1 – сдвиги, мм, соответственно в точках n, n – 1 и n + 1.

Для реализации технологического процесса выправки пути машина должна иметь систему, которая позволяет произвести измерения положения пути до выправки, в процессе выправки и после выправки относительно базы отсчета. Базы имеют определенное конструктивное устройство и используют элементы и физические явления, позволяющие построить прямолинейные измерительные хорды, связанные с положением пути в заданных сечениях, для оценки отклонений оси пути через стрелы изгиба или углы между хордами. Например, на рис. 10.13 показаны: (а) абсолютная (неподвижная), подвижная (б) и совмещенная (в) базы измерения.

У випадку (а) підйомно-рихтуючий пристрій (ПРУ) в процесі виправки шляху встановлюється на базову вісь візування 3. Положення ПРУ контролюється за свідченнями датчика 4. У випадку (б) хорда 9 рухається з машиною 6, передньою точкою 8 повторюючи наявні нерівності шляху. Можна сказати, що система має викривлену відповідно до нерівностей шляху до виправки "лінію візування", що відстежується передньою точкою 8. Положення ПРУ 5 встановлюється за свідченнями датчика 10 стріл вигину шляху системою управління по закладеному алгоритму виправки.

Нерівності положення шляху до виправки проявляють себе у вигляді залишкових нерівностей після виправки. Такі системи проявляють властивості фільтру довгих нерівностей (нерівності, сумірні по довжині з вимірювальною базою виправляються, а що значно перевершують її по довжині не виправляються).

В случае (а) подъемно-рихтующее устройство (ПРУ) в процессе выправки пути устанавливается на базовую ось визирования 3. Положение ПРУ контролируется по показаниям датчика 4. В случае (б) хорда 9 движется с машиной 6, передней точкой 8 повторяя имеющиеся неровности пути. Можно сказать, что система имеет искривленную в соответствии с неровностями пути до выправки "линию визирования", отслеживаемую передней точкой 8. Положение ПРУ 5 устанавливается по показаниям датчика 10 стрел изгиба пути системой управления по заложенному алгоритму выправки. Неровности положения пути до выправки проявляют себя в виде остаточных неровностей после выправки. Такие системы проявляют свойства фильтра длинных неровностей (неровности, соизмеримые по длине с измерительной базой выправляются, а значительно превосходящие ее по длине не выправляются).

У випадку (в) хорда також рухається разом з машиною, а положення ПРУ 5 встановлюється відносно хорди системою управління через датчик 10 стріл вигину шляху. На відміну від випадку б передня кінцева точка 12 відстежує положення правильною за формою, не спотвореною початковим нерівностями, лінії візування 3 шляхом зміщення її в поперечному відносно шляхи напрямі, як умовно показано стрілкою. Точка 12 спрямовується сама і направляє виправляльну систему в цілому по проектній осі шляху.

В цьому випадку вимагається заздалегідь виміряти відхилення фактичної осі шляху від проектної осі.

В случае (в) хорда также движется вместе с машиной, а положение ПРУ 5 устанавливается относительно хорды системой управления через датчик 10 стрел изгиба пути. В отличие от случая б передняя концевая точка 12 отслеживает положение правильной по форме, не искаженной исходным неровностями, линии визирования 3 путем смещения её в поперечном относительно пути направлении, как условно показано стрелкой. Точка 12 направляется сама и направляет выправочную систему в целом по проектной оси пути. В этом случае требуется предварительно измерить отклонения фактической оси пути от проектной оси.

Системи, у яких передня точка рухливої вимірювальної бази переміщається по дорозі до виправки і є такою, що направляє для системи в цілому (див. рис. 10.13, б), є системами згладжуючого типу. Системи, що реалізовують методи виправки з використанням нерухомих відносно шляху баз (див. рис. 10.13, а, в) - ліній візування, називаються системами, працюючими по точному методу (метод фіксованих точок). Універсальні виправляльні системи містять в собі елементи систем згладжування і систем виправки відносно нерухомої бази виміру.

Системы, у которых передняя точка подвижной измерительной базы перемещается по пути до выправки и является направляющей для системы в целом (см. рис. 10.13, б), являются системами сглаживающего типа.

Системы, реализующие методы выправки с использованием неподвижных относительно пути баз (см. рис. 10.13, а, в) – линий визирования, называются системами, работающими по точному методу (метод фиксированных точек).

Универсальные выправочные системы содержат в себе элементы систем сглаживания и систем выправки относительно неподвижной базы измерения.

10.2.2. Структура системы выправки путевой машины,

предъявляемые требования

Путевая машина, оснащенная системой выправки, вместе с персоналом управления представляет собой комплексную систему «человек − машина» с прямыми и обратными каналами передачи информации. Персонал в этой системе выполняет активную роль управления машиной. В любой работоспособной системе выправки должны содержаться следующие составные части (рис. 10.14).

Путня машина, оснащена системою виправки, разом з персоналом управління є комплексною системою "Людина − машина" з прямими і зворотними каналами передачі інформації. Персонал в цій системі виконує активну роль управління машиною. У будь-якій працездатній системі виправки повинні міститися наступні складові частини (рис. 10.14).

1. Система виміру фактичного положення шляху в процесі виправки, яка називається стрелографом. Теоретична геометрична схема виміру стріли вигину шляху h2 в точці виправки (а) відносно прямолінійної хорди завдовжки a b реалізована у вигляді двох кінцевих візків: передньою I і задньою III (б). Між візками натягнутий трос. У середній частині хорди встановлюється вимірювальний візок II з датчиком (Д) стріли вигину шляху.

Цей датчик фактично вимірює зміщення візка відносно троса-хорди I - III, рівне стрілі вигину, і перетворить його в електричний сигнал у більшості випадків у вигляді постійної напруги, що має полярність відповідно до напряму зміщення візка II і величину, пропорційну виміряній стрілі вигину h2.

1. Система измерения фактического положения пути в процессе выправки, которая называется стрелографом. Теоретическая геометрическая схема измерения стрелы изгиба пути h₂ в точке выправки (а) относительно прямолинейной хорды длиной a+b реализована в виде двух концевых тележек: передней I и задней III (б). Между тележками натянут трос. В средней части хорды устанавливается измерительная тележка II с датчиком (Д) стрелы изгиба пути. Этот датчик фактически измеряет смещение тележки относительно троса-хорды I-III, равное стреле изгиба, и преобразует его в электрический сигнал в большинстве случаев в виде постоянного напряжения, имеющего полярность в соответствии с направлением смещения тележки II и величину, пропорциональную измеренной стреле изгиба h₂.

2. Система перетворення первинної інформації виміру в сигнали управління ПРУ, яке робить необхідні переміщення РШР. До складу системи входять задаючі пристрої (З) для вироблення задаючого або настановного сигналу. Сигнали датчиків і задатчиков поступають на нуль-орган, або орган порівняння (АЛЕ). Звичайно це друкована плата з електронною системою на основі операційних підсилювачів. На виході нуль-органа формується сигнал розузгодження, що управляє, у вигляді постійної напруги певної полярності і величини.

Далі вихідний сигнал посилюється і перетворюється в системі посилення і перетворення (У). В результаті включається привід ПРУ. ПРУ робить необхідні переміщення РШР. Стійка стежача автоматична система завжди відпрацьовує виникаючі розузгодження у бік їх зменшення. У системі виправки ПРУ зрушує шлях разом з візком в точці II так, щоб сигнал датчиків (Д), що змінюється, урівноважив би сигнал задаючих пристроїв (З) і сигнал розузгодження став би менше зони нечутливості системи.

З огляду на те, що через РШР відбувається зміщення візка II і одночасно змінюється сигнал датчиків (Д), РШР служить інформаційним каналом негативного зворотного зв'язку в загальній системі. Утворюється стійка ациклічна стежача автоматична система із зворотним зв'язком, який відстежує стріли вигину шляху, що задаються [32, 72]. Управління технологічним процесом виправки це у більшій частині управління стрілами вигину шляху.

2. Система преобразования первичной информации измерения в сигналы управления ПРУ, которое производит необходимые перемещения РШР. В состав системы входят задающие устройства (З) для выработки задающего или установочного сигнала. Сигналы датчиков и задатчиков поступают на нуль-орган, или орган сравнения (НО). Обычно это печатная плата с электронной системой на основе операционных усилителей. На выходе нуль-органа формируется сигнал управляющего рассогласования в виде постоянного напряжения определенной полярности и величины. Далее выходной сигнал усиливается и преобразовывается в системе усиления и преобразования (У). В результате включается привод ПРУ. ПРУ производит необходимые перемещения РШР. Устойчивая следящая автоматическая система всегда отрабатывает возникающие рассогласования в сторону их уменьшения. В системе выправки ПРУ сдвигает путь вместе с тележкой в точке II таким образом, чтобы изменяющийся сигнал датчиков (Д) уравновесил бы сигнал задающих устройств (З) и сигнал рассогласования стал бы меньше зоны нечувствительности системы. Ввиду того, что через РШР происходит смещение тележки II и одновременно изменяется сигнал датчиков (Д), РШР служит информационным каналом отрицательной обратной связи в общей системе. Образуется устойчивая ациклическая следящая автоматическая система с обратной связью, которая отслеживает задаваемые стрелы изгиба пути [32, 72]. Управление технологическим процессом выправки это в большей части управление стрелами изгиба пути.

3. Виконавчий механізм − зазвичай ПРУ, що реалізовує задані зміщення РШР. ПРУ включає систему рейкових захоплень, працюючих при нерухомій або такій, що рухається машині і механізм переміщення захоплень разом з РШР в плані, подовжньому профілі і по рівню, що ще називається механізмом зрушення, підйому і перекосу.

3. Исполнительный механизм − обычно ПРУ, реализующий заданные смещения РШР. ПРУ включает в себя систему рельсовых захватов, работающих при неподвижной или движущейся машине и механизм перемещения захватов вместе с РШР в плане, продольном профиле и по уровню, еще называемый механизмом сдвига, подъема и перекоса.

4. Суб'єкт управління системою − персонал управління. Виконує операції управління, переслідуючи певну мету. Персонал, маючи високу кваліфікацію, передусім, вирішує інтелектуальні завдання. Рутинні логічні функції управління і контролю виконує бортовий керівник обчислювальний комплекс на основі ЕОМ.

3. Субъект управления системой − персонал управления. Выполняет операции управления, преследуя определенные цели. Персонал, обладая высокой квалификацией, прежде всего, решает интеллектуальные задачи. Рутинные логические функции управления и контроля выполняет бортовой управляющий вычислительный комплекс на основе ЭВМ.

До машин і систем для виправки шляху пред'являють високі виробничо-технічні вимоги. Основна вимога до виправляльної системи полягає в тому, щоб гарантувати постановку шляху в проектне положення з урахуванням допусків і норм змісту, тому система повинна забезпечувати точність відробітку команд, що перевищує діючі допуски. При цьому мають бути дотримані усі нормативи на плавність положення рейкових ниток.

К машинам и системам для выправки пути предъявляют высокие производственно-технические требования. Основное требование к выправочной системе заключается в том, чтобы гарантировать постановку пути в проектное положение с учетом допусков и норм содержания, поэтому система должна обеспечивать точность отработки команд, превышающую действующие допуски. При этом должны быть соблюдены все нормативы на плавность положения рельсовых нитей.

Сучасна система виправки шляху повинна мати високу міру автоматизації технологічних процесів, що повністю виключає застосування ручної праці і зведений до мінімуму рутинна розумова праця. Автоматизація дозволяє звести до мінімуму помилкові дії персоналу, істотно підвищити якість робіт.

Современная система выправки пути должна иметь высокую степень автоматизации технологических процессов, что полностью исключает применение ручного труда и сведен к минимуму рутинный умственный труд. Автоматизация позволяет свести к минимуму ошибочные действия персонала, существенно повысить качество работ.

Система виправки, встановлена на путній машині, не повинна знижувати її загальну продуктивність, бути добре пристосованої до характеру руху машини при виконанні технологічних операцій. Структура побудови, конструктивне виконання елементів і методи управління систем, працюючих в циклічному, безперервно-циклічному і безперервному режимах істотно відрізняються. Важливим чинником є маневреність − пристосованість системи до швидкого приведення в робоче і транспортне стани.

Система выправки, установленная на путевой машине, не должна снижать ее общую производительность, быть хорошо приспособленной к характеру движения машины при выполнении технологических операций. Структура построения, конструктивное исполнение элементов и методы управления систем, работающих в циклическом, непрерывно-циклическом и непрерывном режимах существенно отличаются. Важным фактором является маневренность − приспособленность системы к быстрому приведению в рабочее и транспортное состояния.

Система має бути універсальною, дозволяючою виконати за один прохід вимір параметрів початкового стану шляху, управляти процесом виправки і контролювати якість роботи.

Система должна быть универсальной, позволяющей выполнить за один проход измерение параметров исходного состояния пути, управлять процессом выправки и контролировать качество работы.

Враховуючи роботу путньої машини в технологічному комплексі, система виправки шляху повинна мати високу надійність, бути добре пристосованою до виконання технічних обслуговувань і ремонтів

Учитывая работу путевой машины в технологическом комплексе, система выправки пути должна иметь высокую надежность, быть хорошо приспособленной к выполнению технических обслуживаний и ремонтов.

.

Умови ведення виправляльних робіт різні, тому різні і вимоги до систем. У ряді випадків вони суперечливі, тому параметри системи виправки шляху вибираються по заданих обмеженнях і умовах з урахуванням використовуваних критеріїв ефективності (продуктивності, річного економічного ефекту, терміну окупності капітальних витрат, енергоємності, металоємності, трудомісткості обслуговування і ремонтів і інших причин).

Условия ведения выправочных работ различны, поэтому различны и требования к системам. В ряде случаев они противоречивы, поэтому параметры системы выправки пути выбираются по заданным ограничениям и условиям с учетом используемых критериев эффективности (производительности, годового экономического эффекта, срока окупаемости капитальных затрат, энергоемкости, металлоемкости, трудоемкости обслуживания и ремонтов и других причин).

10.2.3. Классификация систем выправки

До теперішнього часу відомі декілька десятків систем виправки, що відрізняються один від одного по мірі автоматизації операцій управління і контролю. Вони встановлюються на різні по технологічному призначенню і конструкції машини і відрізняються великою різноманітністю. На рис. 10.15 показано дерево класифікації машин і систем для виправки шляху. На середньому рівні в нім відбиваються класифікаційні ознаки для розділення сукупності систем виправки на класи.

К настоящему времени известно несколько десятков систем выправки, отличающихся друг от друга по степени автоматизации операций управления и контроля. Они устанавливаются на разные по технологическому назначению и конструкции машины и отличаются большим разнообразием. На рис. 10.15 показано дерево классификации машин и систем для выправки пути. На среднем уровне в нем отражаются классификационные признаки для разделения совокупности систем выправки на классы.

Структура і конструктивне виконання системи виправки визначається в основному технологією виробництва робіт і конструктивним облаштуванням путньої машини, на якій вона встановлюється. Наприклад, выправочно-подбивочная машина завжди оснащується комбінованою виправляльною системою, що називається також трьохкоординатною системою. Вона включає рихтувальну і нівелювальну робітники КИЦЬ, а також допоміжну контрольну систему

Структура и конструктивное исполнение системы выправки определяется в основном технологией производства работ и конструктивным устройством путевой машины, на которой она устанавливается. Например, выправочно-подбивочная машина всегда оснащается комбинированной выправочной системой, называемой также трехкоординатной системой. Она включает в себя рихтовочную и нивелировочную рабочие КИС, а также вспомогательную контрольную систему

Характер дії системи виправки пов'язаний з характером дії базової машини : виправка робиться або при зупинках машини, або при її безперервному русі. Виправляльна система, встановлена на машині безперервно-циклічної дії з супутником, що рухається циклічно, має вимірювальні пристрої, частина яких рухається безперервно разом з базовою машиною, а частина − циклічно разом з сателітом (машина Plasser Duomatic 09-32 CSM).

Характер действия системы выправки связан с характером действия базовой машины: выправка производится либо при остановках машины, либо при ее непрерывном движении. Выправочная система, установленная на машине непрерывно-цикличного действия со спутником, движущимся циклично, имеет измерительные устройства, часть которых движется непрерывно вместе с базовой машиной, а часть − циклично вместе с сателлитом (машина Plasser Duomatic 09-32 CSM).

У більшості випадків, виправляльні КИЦЬ в повнофункціональному робітнику режимі можуть працювати тільки в одному напрямі. Проте відомі рихтувальні системи, що встановлюються на електробаластерах, які можуть працювати, залежно від режиму, у будь-якому напрямі. Частенько вимірювальний проїзд машиною може робитися при русі в напрямі, зворотному робочому напряму. Це дозволяє повертатися в початкову точку і відразу починати виправку, економлячи час "вікна".

В большинстве случаев, выправочные КИС в полнофункциональном рабочем режиме могут работать только в одном направлении. Однако известны рихтовочные системы, устанавливаемые на электробалластерах, которые могут работать, в зависимости от режима, в любом направлении. Зачастую измерительный проезд машиной может производиться при движении в направлении, обратном рабочему направлению. Это позволяет возвращаться в начальную точку и сразу начинать выправку, экономя время «окна».

При ручній системі управління РШР ставиться в задане положення візуально або по командах. Застосування автоматизованих систем управління дозволяє відстежувати в автоматичному режимі основні настановні значення параметрів виправки. Выправочно-подбивочные машини також оснащуються аналоговими системами управління і цифровими системами на базі бортового комп'ютера.

В цьому випадку складний алгоритм коригувального управління виправкою розраховується і реалізується по програмах, розроблених вітчизняними і зарубіжними фірмами.

При ручной системе управления РШР ставится в заданное положение визуально или по командам. Применение автоматизированных систем управления позволяет отслеживать в автоматическом режиме основные установочные значения параметров выправки. Выправочно-подбивочные машины также оснащаются аналоговыми системами управления и цифровыми системами на базе бортового компьютера. В этом случае сложный алгоритм корректировочного управления выправкой рассчитывается и реализуется по программам, разработанным отечественными и зарубежными фирмами.

Системи виправки можуть мати відносну базу, переміщувану разом з машиною, абсолютну базу з прив'язкою до точок на місцевості і поєднану базу з елементами відносної і абсолютної баз. Характер вимірювальної бази визначає спосіб виправки, кількість точок виміру, їх розташування, включаючи точку виправки, вимірювані параметри і способи введення коригувань.

Системы выправки могут иметь относительную базу, перемещаемую вместе с машиной, абсолютную базу с привязкой к точкам на местности и совмещенную базу с элементами относительной и абсолютной баз. Характер измерительной базы определяет способ выправки, количество точек измерения, их расположение, включая точку выправки, измеряемые параметры и способы ввода корректировок.

Структура побудови систем виправки, конструкція їх елементів, теоретичний аналіз робочих властивостей і алгоритмів функціонування, технології, вживані при виправці, питання управління системами є основними завданнями цієї роботи.

Структура построения систем выправки, конструкция их элементов, теоретический анализ рабочих свойств и алгоритмов функционирования, технологии, применяемые при выправке, вопросы управления системами являются основными задачами данной работы.

10.2.4. Механизированные системы выправки пути

сглаживающего типа

Згладжуючою системою [12, 51, 58] називається пристрій, призначений для виправки (згладжування) нерівностей залізничної колії в плані або в подовжньому профілі, включаючий ПРУ і одну або декілька вимірювальних хорд, що служать для виміру стріл вигину шляху у фіксованих точках виміру хорд, причому одна з цих точок вважається одночасно і точкою дії ПРУ на шлях.

В процесі роботи згладжуючої системи ПРУ підтримує стрілу вигину шляху в точці виправки в певній залежності від стріл, виміряних в інших фіксованих точках.

Сглаживающей системой [12, 51, 58] называется устройство, предназначенное для выправки (сглаживания) неровностей железнодорожного пути в плане или в продольном профиле, включающее ПРУ и одну или несколько измерительных хорд, служащих для измерения стрел изгиба пути в фиксированных точках измерения хорд, причем одна из этих точек считается одновременно и точкой воздействия ПРУ на путь. В процессе работы сглаживающей системы ПРУ поддерживает стрелу изгиба пути в точке выправки в определенной зависимости от стрел, измеренных в других фиксированных точках.

Співвідношення між стрілами вигину шляху, що реалізовується системою в процесі виправки без урахування спеціального коригування, що змінює це співвідношення залежно від проектних даних шляху або його натурного стану, називається основною формулою виправки. Коригування встановленого співвідношення вимірюваних КИЦЬ стріл вигину шляху переслідує мету запобігти односторонньому зміщенню рейкових ниток відносно потрібного після виправки положення.

Соотношение между стрелами изгиба пути, реализуемое системой в процессе выправки без учета специальной корректировки, изменяющей это соотношение в зависимости от проектных данных пути или его натурного состояния, называется основной формулой выправки. Корректировка установленного соотношения измеряемых КИС стрел изгиба пути преследует цель предотвратить одностороннее смещение рельсовых нитей относительно требуемого после выправки положения.

Системи згладжуючого типу мають відносну вимірювальну базу (див. рис. 10.13, б), яка під час роботи переміщається разом з машиною. Передня точка 8 КИЦЬ є такою, що направляє. Вона рухається по не виправленому шляху, тому відхиляється управо і ліворуч від його проектної осі. Відхилення вимірювальної хорди 9 передаються в точку виправки 10.

В результаті шлях встановлюється в положення зі зменшеними відхиленнями від проектної осі, що характеризується можливостями системи і умовами виробництва виправляльних робіт, які повинні відповідати I- ой міри відступів.

Системы сглаживающего типа имеют относительную измерительную базу (см. рис. 10.13, б), которая во время работы перемещается вместе с машиной. Передняя точка 8 КИС является направляющей. Она движется по не выправленному пути, поэтому отклоняется вправо и влево от его проектной оси. Отклонения измерительной хорды 9 передаются в точку выправки 10. В результате путь устанавливается в положение с уменьшенными отклонениями от проектной оси, характеризуемое возможностями системы и условиями производства выправочных работ, которые должны соответствовать I-ой степени отступлений.

Згладжуюча система проявляє себе як динамічну передатну ланку, що перетворює вхідну дію у вигляді випадкової функції відхилень осі шляху від проектного положення в результат − також випадкову функцію відхилень від проектного положення після виправки. Інакше кажучи, система виправки є фільтром нерівностей, для якого в даному контексті пройдена системою відстань є аналогом часу.

Сглаживающая система проявляет себя как динамическое передаточное звено, преобразующее входное воздействие в виде случайной функции отклонений оси пути от проектного положения в результат − также случайную функцию отклонений от проектного положения после выправки. Иначе говоря, система выправки является фильтром неровностей, для которого в рассматриваемом контексте пройденное системой расстояние является аналогом времени.

10.2.5. Системы выправки с измерением положения

пути по трем точкам

Система виміру положення шляху по трьох точках (див. рис. 10.16) має передню I і задню III точки, між якими натягається трос-хорда. Кривизна шляху вимірюється стрілою вигину h2, що розглядається як відхилення осі шляху від хорди у вимірювальній точці II. Стежача автоматична система відстежує положення хорди в точці виправки за допомогою ПРУ. Якщо не вводиться коригування управління, то витримується співвідношення hII = 0, яке відбиває основну формулу виправки триточковою КИЦЬ.

При реалізації основної формули виправки система проявляє згладжуючі властивості, які багато в чому аналогічні властивостям фільтру низьких частот, якщо прийняти пройдений машиною шлях за аналог часу.

Система измерения положения пути по трем точкам (см. рис. 10.16) имеет переднюю I и заднюю III точки, между которыми натягивается трос-хорда. Кривизна пути измеряется стрелой изгиба h₂, рассматриваемой как отклонение оси пути от хорды в измерительной точке II. Следящая автоматическая система отслеживает положение хорды в точке выправки с помощью ПРУ. Если не вводится корректировка управления, то выдерживается соотношение h_II = 0, которое отражает основную формулу выправки трехточечной КИС. При реализации основной формулы выправки система проявляет сглаживающие свойства, которые во многом аналогичны свойствам фильтра низких частот, если принять пройденный машиной путь за аналог времени.

Наприклад, на рис. 10.16, а показані фази проходу системою з кроком a короткої локальної нерівності шляху. У чисельниках позначені положення точки виправки II, а в знаменниках − задньої точки III. Задня точка займає положення точки виправки після зміщення системи на один крок. Через тире показані номери послідовних положень системи. Після проходу системи зменшується відхилення від осі шляху на залишковій нерівності, вона розноситься на велику довжину, а її вершина зміщується назад.

Фактична вісь шляху придбаває плавні контури, хоча і має відступи від проектного положення. Система проявила згладжуючі властивості.

Например, на рис. 10.16, а показаны фазы прохода системой с шагом a короткой локальной неровности пути. В числителях обозначены положения точки выправки II, а в знаменателях − задней точки III. Задняя точка занимает положение точки выправки после смещения системы на один шаг. Через тире показаны номера последовательных положений системы. После прохода системы уменьшается отклонение от оси пути на остаточной неровности, она разносится на большую длину, а ее вершина смещается назад. Фактическая ось пути приобретает плавные очертания, хотя и имеет отступления от проектного положения. Система проявила сглаживающие свойства.

На рис. 10.16, би аналогічно відбита робота триточковою КИЦЬ по виправці гармонійних нерівностей з амплітудою Aн. В результаті зменшується амплітуда нерівностей до значення Aв, а самі нерівності відносяться назад. Проявляються згладжуючі властивості і по відношенню до періодичних нерівностей.

На рис. 10.16, б аналогично отражена работа трехточечной КИС по выправке гармонических неровностей с амплитудой A_н. В результате уменьшается амплитуда неровностей до значения A_в, а сами неровности относятся назад. Проявляются сглаживающие свойства и по отношению к периодическим неровностям.

Як показано на рис. 10.16, в, система робить плавні відведення шляху на початку і у кінці роботи по його зрушенню Sс на великій довжині, наприклад при розширенні міжколійя на двоколійних ділянках. Вона має перехідні характеристики.

Как показано на рис. 10.16, в, система делает плавные отводы пути в начале и в конце работы по его сдвигу S_с на большой длине, например при уширении междупутья на двухпутных участках. Она обладает переходными характеристиками.

Під час роботи системи в криволінійних ділянках шляху робляться коригування управління, що запобігають односторонньому зрушенню шляху з проектної осі у бік центру кривої. Наприклад, при роботі на прямолінійній ділянці шляху відстежується стріла вигину шляху в точці II системи hII = 0 і зміщення переднього кінця хорди в точці I hI = 0. Коли вимірювальна хорда знаходиться на круговій кривій радіусу R (рис. 10.17, а), то можна показати, що коригувальне зміщення хорди в точці I і відстежувана стріла вигину шляху (зрушення "нуля" управління) :

Во время работы системы в криволинейных участках пути делаются корректировки управления, предотвращающие односторонний сдвиг пути с проектной оси в сторону центра кривой. Например, при работе на прямолинейном участке пути отслеживается стрела изгиба пути в точке II системы h_II = 0 и смещение переднего конца хорды в точке I h_I = 0. Когда измерительная хорда находится на круговой кривой радиуса R (рис. 10.17, а), то можно показать, что корректировочное смещение хорды в точке I и отслеживаемая стрела изгиба пути (сдвиг «нуля» управления):

(10.12)

В якості показника якості роботи виправляльної системи згладжуючого типу, використовується геометричний (статичний) коефіцієнт згладжування m, визначуваний як відношення величини початкової одиничної нерівності HнI до першої залишкової нерівності hнII (рис. 10.17, б) :

В качестве показателя качества работы выправочной системы сглаживающего типа, используется геометрический (статический) коэффициент сглаживания m, определяемый как отношение величины начальной единичной неровности H_нI к первой остаточной неровности h_нII (рис. 10.17, б):

(10.13)

Перша залишкова нерівність з'являється в результаті відробітку виниклої стріли вигину шляху hII внаслідок відхилення передньої точки I на даній нерівності.

Первая остаточная неровность появляется в результате отработки возникшей стрелы изгиба пути h_II вследствие отклонения передней точки I на рассматриваемой неровности.

Величина коефіцієнта згладжування, таким чином, характеризує передачу відхилень передньої направляючої точки I, що рухається по не виправленому шляху, в точку II виправки шляху. Очевидно, що чим менше впливу погрішності установки передньої точки на установку шляху після виправки, тобто чим більше коефіцієнта згладжування, тим краще працює система.

Величина коэффициента сглаживания, таким образом, характеризует передачу отклонений передней направляющей точки I, движущейся по не выправленному пути, в точку II выправки пути. Очевидно, что чем меньше влияние погрешности установки передней точки на установку пути после выправки, то есть чем больше коэффициент сглаживания, тем лучше работает система.

Гідністю методу згладжування, що обумовлює його широке поширення на практиці, є відсутність необхідності робити трудомісткі виміри і складні розрахунки. При роботі системи не переслідується мета абсолютного усунення нерівностей шляху, а лише їх зменшення до допустимих значень. Для відвертання зміщень шляху з проектної осі в криволінійних ділянках робляться відповідні коригування управління.

Достоинством метода сглаживания, обусловливающим его широкое распространение на практике, является отсутствие необходимости производить трудоемкие измерения и сложные расчеты. При работе системы не преследуется цель абсолютного устранения неровностей пути, а лишь их уменьшения до допустимых значений. Для предотвращения смещений пути с проектной оси в криволинейных участках производятся соответствующие корректировки управления.

10.2.6. Система выправки с измерением положения пути

по четырем точкам

Коригувальним управлінням при рихтуванні досягається установка шляху із заданою мірою точності в проектне положення. Для розрахунку коригування необхідно використати інформацію про радіус кривизни шляху R в зоні виправки, який можна виміряти через стрілу вигину шляху. Сигнал датчика стріли вигину шляху може використовуватися як задаючий (настановний) сигнал, що відстежується у відповідному масштабі в точці виправки.

Тоді система робить автоматичне коригування з постановкою шляху в точці виправки на проектну вісь в кривій, незалежно від її радіусу кривизни. Очевидно, що в точці виправки, в якій вісь шляху зміщується, зробити вимір проектної кривизни шляху неможливо. Ці виміри можуть бути вироблені тільки в точці, де вісь шляху практично не зміщується. Переважно, щоб ця точка знаходилася б в зоні вже виправленого шляху, де відступи не перевищують міру I, оскільки нерівності вносять додаткові погрішності.

Корректировочным управлением при рихтовке достигается установка пути с заданной степенью точности в проектное положение. Для расчета корректировки необходимо использовать информацию о радиусе кривизны пути R в зоне выправки, который можно измерить через стрелу изгиба пути. Сигнал датчика стрелы изгиба пути может использоваться как задающий (установочный) сигнал, отслеживаемый в соответствующем масштабе в точке выправки. Тогда система производит автоматическую корректировку с постановкой пути в точке выправки на проектную ось в кривой, независимо от ее радиуса кривизны. Очевидно, что в точке выправки, в которой ось пути смещается, произвести измерение проектной кривизны пути невозможно. Эти измерения могут быть произведены только в точке, где ось пути практически не смещается. Предпочтительно, чтобы эта точка находилась бы в зоне уже выправленного пути, где отступления не превышают степень I, так как неровности вносят дополнительные погрешности.

Чотирьохточкова система, яка задовольняє перерахованим вимогам, показана на рис. 10.18, а. Тут точки I і IV − передня і задня кінцеві; точка II − виправки (вимірювальна), а точка III − контрольна, в якій через стрілу вигину робитися вимір радіусу кривизни шляху R. Таким чином, основна формула виправки системи виражає умову постановки проміжної точки II системи на кругову криву або пряму, утворену іншими точками.

Четырехточечная система, которая удовлетворяет перечисленным требованиям, показана на рис. 10.18, а. Здесь точки I и IV − передняя и задняя концевые; точка II − выправки (измерительная), а точка III − контрольная, в которой через стрелу изгиба производиться измерение радиуса кривизны пути R. Таким образом, основная формула выправки системы выражает условие постановки промежуточной точки II системы на круговую кривую или прямую, образованную другими точками.

Використовуючи співвідношення, аналогічні (10.12), для стріл вигину в точці виправки і в задаючій (контрольною) точці, можна показати, що для кругової кривої співвідношення стріл вигину :

Используя соотношения, аналогичные (10.12), для стрел изгиба в точке выправки и в задающей (контрольной) точке, можно показать, что для круговой кривой соотношение стрел изгиба:

(10.14)

Воно є постійною для цієї системи величиною і не залежить від радіусу кругової кривої R, що дозволяє при роботі реалізувати основну формулу виправки :

Оно является постоянной для данной системы величиной и не зависит от радиуса круговой кривой R, что позволяет при работе реализовать основную формулу выправки:

(10.15)

На прямій ділянці шляху контрольна стріла вигину hIII = 0, тому відповідно до останнього вираження hII = 0. У круговій кривій також не робиться додаткове коригування управління, оскільки в точці виправки шлях автоматично ставиться на проектну вісь. Для проходу перехідних кривих і точок сполучення елементів кривих (НПК і КПК) вимагається вводити додаткове коригування управління.

На прямом участке пути контрольная стрела изгиба h_III = 0, поэтому в соответствии с последним выражением h_II = 0. В круговой кривой также не производится дополнительная корректировка управления, т.к. в точке выправки путь автоматически ставится на проектную ось. Для прохода переходных кривых и точек сопряжения элементов кривых (НПК и КПК) требуется вводить дополнительную корректировку управления.

Аналогічно триточковій системі виправки шляху, чотирьохточкова система виконує функції фільтру довгих нерівностей, тобто має згладжуючі властивості по відношенню до нерівностей відносно невеликої довжини (див. рис. 10.16, а, б), а також перехідною характеристикою (див. рис. 10.16, в). Основною характеристикою її згладжуючих властивостей є геометричний або статичний коефіцієнт згладжування. Він визначається виходячи з аналізу реакції системи на проходження локальної нерівності HнI нехтує малої довжини (див. рис. 10.18, б).

Аналогично трехточечной системе выправки пути, четырехточечная система выполняет функции фильтра длинных неровностей, т.е. обладает сглаживающими свойствами по отношению к неровностям относительно небольшой длины (см. рис. 10.16, а, б), а также переходной характеристикой (см. рис. 10.16, в). Основной характеристикой ее сглаживающих свойств является геометрический или статический коэффициент сглаживания. Он определяется исходя из анализа реакции системы на прохождение локальной неровности H_нI пренебрежимо малой длины (см. рис. 10.18, б).

Після наїзду на локальну нерівність хорда I - IV відхиляється. В результаті в точці III з'являється контрольна стріла вигину шляху hIII. Її величина:

После наезда на локальную неровность хорда I–IV отклоняется. В результате в точке III появляется контрольная стрела изгиба пути h_III. Ее величина:

(10.16)

Відповідно до основної формули виправки (10.15) в точці виправки II шлях буде встановлений відносно хорди по фіктивному радіусу R. Виникає перша залишкова нерівність, величина якої, як видно з геометричної схеми:

В соответствии с основной формулой выправки (10.15) в точке выправки II путь будет установлен относительно хорды по фиктивному радиусу R. Возникает первая остаточная неровность, величина которой, как видно из геометрической схемы:

(10.17)

Статический коэффициент сглаживания:

Статичний коефіцієнт згладжування :

(10.18)

За рахунок більшого коефіцієнта згладжування (практично досягнуті значення складають 8 − 12) в порівнянні з триточковими системами (до 3 − 9) погрішності відносно проектної осі шляху передньої направляючої точки I мінімально передаються в точку виправки, забезпечуючи підвищені системи, що згладжують властивості.

За счет большего коэффициента сглаживания (практически достигнутые значения составляют 8 − 12) по сравнению с трехточечными системами (до 3 − 9) погрешности относительно проектной оси пути передней направляющей точки I минимально передаются в точку выправки, обеспечивая повышенные сглаживающие свойства системы.

По аналогії з триточковими системами тут передбачено введення коригувань шляхом :

− зрушення перпендикулярно осі шляху передньої системи, що направляє точки;

− зрушення "нуля управління" ПРУ, що полягає в додатковому коригувальному зміщенні ПРУ від положення, визначуваною основною формулою виправки системи.

По аналогии с трехточечными системами здесь предусмотрен ввод корректировок путем:

− сдвига перпендикулярно оси пути передней направляющей точки системы;

− сдвига "нуля управления" ПРУ, заключающемся в дополнительном корректировочном смещении ПРУ от положения, определяемой основной формулой выправки системы.

Чотирьохточкові системи виміру істотно спрощують управління виправкою в ручному режимі, але складніші в порівнянні з триточковими системами. Тому, навіть при більш високому коефіцієнті згладжування, вони мають меншу точність у відробітку команд, внаслідок істотнішого впливу зон нечутливості датчиків. З впровадженням комп'ютерного управління перевага спрощення введення коригувань в ручному режимі значною мірою нівелюється автоматизацією процесу управління в цілому.

На сучасних машинах при комп'ютерному управлінні частіше використовується триточковий режим виміру положення шляху. При реалізації точних методів виправки сучасні машини перемикаються в триточковий режим роботи, як що дає менші погрішності відробітку сигналів.

Четырехточечные системы измерения существенно упрощают управление выправкой в ручном режиме, но более сложны по сравнению с трехточечными системами. Поэтому, даже при более высоком коэффициенте сглаживания, они обладают меньшей точностью в отработке команд, вследствие более существенного влияния зон нечувствительности датчиков. С внедрением компьютерного управления преимущество упрощения ввода корректировок в ручном режиме в значительной степени нивелируется автоматизацией процесса управления в целом. На современных машинах при компьютерном управлении чаще используется трехточечный режим измерения положения пути. При реализации точных методов выправки современные машины переключаются в трехточечный режим работы, как дающий меньшие погрешности отработки сигналов.

Системи виправки шляху з використанням лазерного оптичного устаткування. Лазер це прилад, в якому здійснюється генерація монохроматичних електромагнітних хвиль оптичного діапазону внаслідок індукованого випромінювання. Монохроматичне електромагнітне випромінювання в оптичному діапазоні має високу проникаючу здатність навіть при денному світлі. Лазерний промінь добре фокусується оптичною системою і поляризується у вертикальному і горизонтальному напрямах.

Ці його властивості дозволяють задавати прямолінійну оптичну візирну вісь, по якій спрямовується передня точка КИЦЬ виправки. У такій системі одночасно робиться вимір відхилень від проектної осі шляху, як це робиться при методі фіксованих точок, і автоматичне коригування управління виправкою. Безпосередня робота з коригуванням по лазерному променю виконується на прямих ділянках шляхи, які не мають переломів подовжнього профілю.

Системы выправки пути с использованием лазерного оптического оборудования. Лазер это прибор, в котором осуществляется генерация монохроматических электромагнитных волн оптического диапазона вследствие индуцированного излучения. Монохроматическое электромагнитное излучение в оптическом диапазоне обладает высокой проникающей способностью даже при дневном свете. Лазерный луч хорошо фокусируется оптической системой и поляризуется в вертикальном и горизонтальном направлениях. Эти его свойства позволяют задавать прямолинейную оптическую визирную ось, по которой направляется передняя точка КИС выправки. В такой системе одновременно производится измерение отклонений от проектной оси пути, как это делается при методе фиксированных точек, и автоматическая корректировка управления выправкой. Непосредственная работа с корректировкой по лазерному лучу производится на прямых участках пути, которые не имеют переломов продольного профиля.

Системи виправки, наприклад рихтувальні (рис. 10.23), містять візок 8 з генератором 7 лазерного променя, поляризованого у вертикальній площині. Візок встановлюється перед машиною на відстані 150-300 м і закріплюється фіксаторами на рейках. Система може працювати в режимах "Налаштування" і "Автоматика". У режимі налаштування фотоприймач лазерного променя 5, що має розташовані в горизонтальний ряд три фотоелементи, встановлюється в середнє положення. Промінь наводиться на середній фотоелемент.

Після цього система перемикається в автоматичний режим відстежування положення оптичної осі шляхом відповідного зміщення фотоприймача кареткою стежного механізму.

Системы выправки, например рихтовочные (рис. 10.23), содержат тележку 8 с генератором 7 лазерного луча, поляризованного в вертикальной плоскости. Тележка устанавливается перед машиной на расстоянии 150-300 м и закрепляется фиксаторами на рельсах. Система может работать в режимах «Настройка» и «Автоматика». В режиме настройки фотоприемник лазерного луча 5, имеющий расположенные в горизонтальный ряд три фотоэлемента, устанавливается в среднее положение. Луч наводится на средний фотоэлемент. После этого система переключается в автоматический режим отслеживания положения оптической оси путем соответствующего смещения фотоприемника кареткой следящего механизма.

При наїзді переднього візка (точка I системи виправки) на нерівність вона відхиляється не деяку величину відносно оптичної осі лазерного променя, що призводить до засвічення одного крайнього фотоелемента. Зміщенням каретки стежного механізму фотоприймач повертається в середнє положення.

При наезде передней тележки (точка I системы выправки) на неровность она отклоняется не некоторую величину относительно оптической оси лазерного луча, что приводит к засветке одного крайнего фотоэлемента. Смещением каретки следящего механизма фотоприемник возвращается в среднее положение.

У разі, якщо передній кінець рихтувальної хорди сполучений з кареткою (див. рис. 10.23, а), то хорда повертається зі зміщеного положення 3 у відкориговане положення 4 по проектній осі шляхом зрушення передньої точки на величину hIу. Разом з хордою на проектну вісь зміщується ПРУ 2, відпрацьовуючи відповідно до основної формули виправки виникаючий сигнал вимірювального датчика 1 (точка II системи виправки). У сучасних КИЦЬ рихтувальний трос може бути закріплений безпосередньо на передньому візку.

При наїзді на нерівність хорда залишається в положенні 9 (див. рис. 10.23, б) В цьому випадку зрушення каретки зрушуючого механізму на величину h1н, реєстрований датчиком 6, перетвориться у відповідне коригувальне зрушення "нуля" hIIу, що повертає ПРУ 2 на проектну вісь шляху 10.

В случае, если передний конец рихтовочной хорды соединен с кареткой (см. рис. 10.23, а), то хорда возвращается из смещенного положения 3 в откорректированное положение 4 по проектной оси путем сдвига передней точки на величину h_Iу. Вместе с хордой на проектную ось смещается ПРУ 2, отрабатывая в соответствии с основной формулой выправки возникающий сигнал измерительного датчика 1 (точка II системы выправки). В современных КИС рихтовочный трос может быть закреплен непосредственно на передней тележке. При наезде на неровность хорда остается в положении 9 (см. рис. 10.23, б) В этом случае сдвиг каретки сдвигающего механизма на величину h_1н, регистрируемый датчиком 6, преобразуется в соответствующий корректировочный сдвиг «нуля» h_IIу, возвращающий ПРУ 2 на проектную ось пути 10.

При роботі по лазерному променю можливі збої в роботі, викликані короткочасним затінюванням променя. При збої потрібно повторне налаштування, що призводить до нераціонального використання робочого часу. Сучасні машини, обладнані бортовими обчислювальними комплексами, дозволяють зробити вимірювальний проїзд із записом відхилень осі шляху від оптичної візирної осі за свідченнями датчика 6. Після вимірювального проїзду машина повертається у вихідну точку.

При робочому проході, що займає велику частину часу роботи машини, робляться коригування управління за записаними даними.

При работе по лазерному лучу возможны сбои в работе, вызванные кратковременным затенением луча. При сбое требуется повторная настройка, приводящая к нерациональному использованию рабочего времени. Современные машины, оборудованные бортовыми вычислительными комплексами, позволяют произвести измерительный проезд с записью отклонений оси пути от оптической визирной оси по показаниям датчика 6. После измерительного проезда машина возвращается в исходную точку. При рабочем проходе, занимающем большую часть времени работы машины, делаются корректировки управления по записанным данным.