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现阶段具有较高精度的CPⅣ轨道基准网除了给轨道板精调提供测量基准外也逐步应用在轨道三维检测系统,但并没有形成一套完整的检测系统体系,而目前作为系统检测工具的轨检小车主要用于CPⅢ轨道检测系统,而应用在CPⅣ轨道三维检测系统的轨检小车还没有进一步推广,因此开发一套完整的CPⅣ轨道三维检测系统以及研发一种能实现CPⅢ与CPⅣ轨道三维检测系统的轨检小车显得尤为重要。本文通过对CPⅢ轨道三维检测系统的检测原理进行分析,研究其采用全站仪自由设站与所建立的坐标换算数学模型,得出该检测系统所存在的缺陷；基于此建立了一种具有较高精度的CPⅣ轨道三维检测系统的数学模型,其方法是利用轨检小车上固定一个全站仪去直接捕捉CPⅣ基准网棱镜,避免了全站仪设站所产生的复杂平差计算以及设站误差,并运用欧拉角与刚体运动方程正逆向求解的原理对检测系统的数学模型进行简化,更简便换算出轨道被检测点与轨道中线的三维坐标,并经过数据对比验证了CPⅣ比CPⅢ轨道三维检测系统的检测精度更高；在此基础上结合传统轨检小车机械结构所存在的不足,对车架的设计采用主体结构一次铸造成型、重心更低的新Y型车架；走行轮机构的设计采用三个规格完全一样的圆柱型走行轮,并设计一定位轮装置代替双轮走行轮的外圆环；对基座的设计采用棱镜柱与全站仪共用的三角基座,既符合CPⅢ与CPⅣ轨道三维检测系对轨检小车的要求,也可以实现三角基座与棱镜柱、全站仪的快速装拆。最后对新型轨检小车进行性能与机械结构分析,并对该小车关键部位的连接螺栓,导向轮中心轴与传动光轴进行强度校核,验证了其可靠性,同时对新型轨检小车的Y型车架与传统轨检小车T型车架进行了有限元分析和比较,验证了新型轨检小车Y型车架具有更高的刚度,满足新设计的需要；再针对新型轨检小车设计的定位轮中心轴进行有限元分析,根据得到的数据对其进行改进设计后,径向弹性变形量满足铁路轨道检查仪规定的设计要求；由此进一步说明了该小车的可行性,是一种能实现CPⅢ与CPⅣ轨道三维检测系统的新型轨检小车。