CN100371198C - 递推式铁路轨道检测车及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种递推式铁路轨道检测车及检测方法，其特点在于两个结构相同的基准小车和被测小车由连杆倒置连接构成检测车框架，小车由三点式构架组成，在构架上设有行走轮、轨道内侧面贴合小轮、轨面扭曲测量装置、位移传感器、悬臂测量杆、张紧机构、转角传感器以及控制及显示部分，并采用递推式测量方法对铁路轨道的平顺性，即高度、水平、轨向、轨距、轨面扭曲等几何要素进行动态连续检测，检测精度高，速度快，检测车结构简单，使用方便，成本低，适用于铁路施工自检和日常线路维护检测使用。

Description

递推式铁路轨道检测车及检测方法

技术领域

本发明涉及一种铁路轨道的安装质量检测和日常线路维护检测的设备及其检测方法，具体而言是一种递推式铁路轨道检测车及检测方法，包括对铁路轨道的平顺性即高度、水平、轨向、轨距、轨面扭曲等五项几何要素进行检测的检测车及检测方法。

背景技术

铁路轨道的平顺性检测是轨道检查中的一个基本项目，包括两轨的高度、水平、轨向、轨距、轨面扭曲等五项要素的测量。这些要素正确与否直接关系到铁路的行车安全。

轨道平顺性差会使轮轨接触表面受到较大的动力作用，加速轮轨的磨损和疲劳破坏，缩短轮轨使用寿命和轨枕的寿命，影响机车的粘着效果，降低旅客乘坐舒适度，产生噪声，而且还潜伏着对行车安全的威胁。例如，两轨道在转弯路段须存在正确的高度差，使列车车身倾斜一定角度，用自身重力的一个分力和转弯时的离心力相抵消，如果高度差不正确就可能引起脱轨事故。

随着我国铁路全面提速和高速铁路的建设，列车的运行速度越来越快，相应的对铁路轨道的要求也越来越高。在铁路施工或者日常线路检测中，传统的检测方法采用轨距尺和悬线法，测量精度差，效率低，劳动强度大。

国内近年来对铁路轨道检测装置有所研究，有的采用了倾角传感器，有的在轨距尺上加了数显装置。西安工业学院的发明专利“便携推行式铁路轨道检测车”，公开号为CN 1624241A，由人推着对轨道进行检测，能够检测轨道的轨距、高度差、三角坑，轨距测量精度为0.2mm，高度差测量精度为±0.5mm。该检测车包括机械结构，电源，感应测试，控制和显示等几部分。两轨高度差测量运用了电子陀螺仪，轨距测量使用了位移传感器。里程测量由光电计数器和测量轮完成，由于测量轮只在一条轨上滚动，当经过弧形轨道时，所测量的里程并非铁路轨道中心线的实际里程，而且测量轮每转一圈，计数器只计数一次，所以里程测量存在误差。该检测车虽然能测量两轨的高度差，却不能测量轨道在行走方向的高度变化，也不能对轨向和轨面扭曲进行测量。西南交通大学的发明专利“铁道曲线半径测量方法”，公开号为CN 1075518A，利用相邻车体在曲线上的相对偏转来测定所对应的曲线半径，其车体的偏转是通过检测两车体内外侧车体间距离差来确定的，采用了钢丝张紧、弹簧回位的旋转电位计作为传感器来检测两车体间距离的变化。该铁道半径测量方法只是针对单参数的测量，适用于随车自动检测，测量装置需挂装在车体上，不便于铁路施工者的自检使用和日常线路检测。

在国外主要采用大型轨道综合检测列车对铁路轨道进行检测，能在100km/h～300km/h速度范围内对接触网、通信信号、轨道等进行检测，综合运用了加速度、激光陀螺仪、噪声计、摄像头等测试装置。我国铁路也使用大型轨检车，主要是对铁路进行每季度的复测检查。大型轨检车制造和使用成本高，不便于铁路施工者自检使用和日常线路检测。

我国铁路全面提速和高速铁路的建设对铁路轨道提出了更高要求。不论是在施工中，还是在日常线路检测中，都急需一种小型的、使用方便的、能够对铁路轨道的平顺性几何要素进行测量的检测设备及检测方法。

发明内容

本发明要解决的问题是目前铁路轨道测量精度差，效率低，劳动强度大，而使用铁路大型轨检车制造和使用成本高，不便于铁路施工者自检和日常线路检测使用的问题。其目的是提供一种用于铁路轨道施工自检和日常线路检测的小型高精度递推式铁路轨道检测车及检测方法，对铁路轨道的平顺性进行动态连续检测，具体包括两轨的高度、水平、轨向、轨距、轨面扭曲五项几何要素的测量。

本发明基于上述的任务以及需要解决的问题，提出了包括递推式铁路轨道检测车及检测方法两部分技术方案：

递推式铁路轨道检测车包含有机械结构部分、控制及显示部分、数据采集部分、传感器和电源部分，电源连接传感器和数据采集部分为铁路轨道检测车供电，传感器和数据采集部分以及控制及显示部分信号连接，各部分均安装于机械结构部分上，传感器包括位移传感器和转角传感器，数据采集部分对传感器信号进行采集，控制及显示部分接收数据采集部分的数据进行计算，存储测量结果数据并显示测量结果，其结构特征在于所述的机械结构部分是由两个结构相同的基准小车和被测小车通过回转连接杆倒置连接构成的检测车整体框架；其所述的结构相同的基准小车和被测小车是由三点式构架组成，并在三点式构架一端底部两侧和另一端底部中线位置上设置有行走轮，两端行走轮的垂直距离等于两轨面中心间的垂直距离，在基准小车和被测小车的两端设有小轮与轨道内侧面贴合，在端部设有轨面扭曲测量装置和相对应的位移传感器；其所述的基准小车上设有两个平行于基准小车的悬臂测量杆，并在悬臂测量杆上对应于被测小车的行走轮的正上方安装有位移传感器；在基准小车一端沿轨距方向安装有位移传感器，在基准小车两端中线位置上设有张紧机构，并在张紧机构的轨距方向运动部件上安装有转角传感器和小轮，两者转轴同轴装配，在基准小车上固定连接有支架并设有控制及显示部分，在基准小车的中部铰链连接有推杆柄；其所述的被测小车一端中线位置上设有张紧机构，并在张紧机构沿轨距方向运动部件上安装有小轮；其所述的基准小车或被测小车上固定连接有数据采集部分和电源并连接。

上所述的回转连接杆的两端设有三个转动方向相互垂直的铰链连接；上所述的轨面扭曲测量装置是设在两条轨道的基准小车上和被测小车上，或者同时设置在基准小车上或者被测小车上；其左滑动块和右滑动块与小车车架上下滑动连接，二者端部连接有车轮，并与轨道的轨面对称贴合，左滑动块和放大杆由销轴铰接，放大杆的端部和对应固定于小车车架上的位移传感器的触头贴合，压簧设在放大杆中部。

用于递推式铁路轨道检测车的检测方法是用递推式测量方法对铁路轨道的高度和水平进行检测，测距轮在轨内侧面上滚过的距离由和它同轴装配的转角传感器测量，由两测距轮滚动过的距离差计算轨向偏转角度和铁轨中心线回转半径，两测距轮滚动过的距离平均值为铁轨中心线里程，一侧测距轮沿轨距方向的位移由基准小车上同侧沿轨距方向安装的位移传感器测量，该位移和初始轨距的代数和为实际轨距，轨面扭曲由轨面扭曲测量装置测量，轨面扭曲使左滑动块和右滑动块在小车车架的槽内产生相对滑动距离，放大杆端部将相对滑动距离放大，由固定于小车车架上的对应位移传感器测量，据此计算轨面相对于两轨平面的扭曲角度。

上述测量方法的过程中，以基准小车的三个行走轮正上方的车身表面三点为基准点，以被测小车的三个行走轮正上方的车身表面三点为测量点，测量时将递推式铁路轨道检测车静置于轨道上，精确测量基准点相对于同一水平面的初始高度，将悬臂测量杆上位移传感器清零，整个检测过程中的轨道高度和水平分别由式(1)和式(2)计算，每当递推式铁路轨道检测车被推着前进L距离时，对基准点高度重新赋值，将h₁的值赋给J₁，将

的值赋给J₂，将h₃的值赋给J₃，

$\left\{\begin{array}{c}\tan \mathrm{\α}=\frac{J_3-J_2}{2L}\\ h_1=J_1+\tan \mathrm{\α}\·L+h_1^{\′}\\ h_2=J_1+\tan \mathrm{\α}\·3L+h_2^{\′}\\ h_3=J_3+\tan \mathrm{\α}\·L+h_3^{\′}\end{array}\right.---\left(1\right)$

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\ΔJ}=J_1-\frac{J_2+J_3}{2}\\ \mathrm{\Δh}=\frac{h_1+h_2}{2}-h_3\end{array}\right.---\left(2\right)$

式中：

α：基准轨的倾斜角

L：基准小车上位于同一条轨道上的两个行走轮轮距的1/2

J₁、J₂、J₃：基准点高度

h₁、h₂、h₃：测量点高度

h₁′：h₁处位移传感器的测量值

h₂′：h₂处位移传感器的测量值

h₃′：h₃处位移传感器的测量值

ΔJ：基准小车处两轨高度差

Δh：被测小车处两轨高度差

本发明递推式铁路轨道检测车及检测方法，经过试制试验表明其优点与积极效果在于：(1)本发明的检测车采用了三点式构架，结构简单，重量轻(75kg)，单人即可推着进行检测，便于铁路施工者自检自测和日常线路维护检测使用，成本低廉。(2)本发明可以动态连续测量，检测结果可以显示和存储以及打印，提高了检测效率。(3)本发明能够对铁路轨道的平顺性几何参数进行全面检测，即对铁路轨道的高度、水平、轨向、轨距、轨面扭曲等五项要素进行检测。根据两轨道在行走方向的高度变化情况可以计算出坡度、水平(两轨高度差)、三角坑。(4)检测精度高。里程计算中将和两轨内侧面贴合的两个测距轮滚动的距离平均，得出铁轨中心线的里程，消除了单个轮测量时由于弧形轨道造成的里程误差。当选用位移传感器的精度为5μm，转角传感器每转输出3000个脉冲，小轮直径为50mm，轨面扭曲测量装置中放大杆端部至销轴的长度为100mm，两个车轮轮距为48mm时，理论精度为：水平：±5μm，轨向偏转角：±0.002°，轨距：±5μm，轨面扭曲角度：±0.0028°。实际测试精度为：水平：±0.05mm，轨向偏转角：±0.02°，轨距：±0.05mm，轨面扭曲角度：±0.04°。

附图说明

图1是本发明主视结构示意图

图2是本发明俯视结构示意图

图3是本发明轨面扭曲测量装置结构示意图

图4是本发明轨道高度、水平(两轨高度差)检测原理图

图5是本发明轨向检测原理图

图6是本发明轨面扭曲检测原理图

图中：1：基准小车 2：小轮 3：行走轮 4：被测小车 5：位移传感器 6：轨面扭曲测量装置 7：电源 8：悬臂测量杆 9：控制及显示部分 10：支架 11：数据采集部分 12：转角传感器 13：张紧机构14：推杆柄 15：回转连接杆 16：车轮 17：左滑动块 18：压板19：螺钉 20：销轴 21：放大杆 22：压簧 23：螺母 24：双头螺柱 25：右滑动块 26：小车车架 27：轨道

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作出进一步的详细说明

具体实施方式1

如图1和图2，递推式铁路轨道检测车包含有机械结构部分、控制及显示部分(9)、数据采集部分(11)、传感器和电源(7)。电源(7)连接传感器和数据采集部分(11)为检测车供电。传感器和数据采集部分(11)以及控制及显示部分(9)信号连接，并安装于机械结构部分上，传感器包括六个位移传感器(5)和两个转角传感器(12)。数据采集部分(11)对传感器信号进行采集。控制及显示部分(9)接收数据采集部分(11)的数据进行计算，存储测量结果数据，显示测量结果。

机械结构部分是由两个结构相同的基准小车(1)和被测小车(4)通过中空的回转连接杆(15)倒置连接构成检测车整体框架，回转连接杆(15)的两端共有三个转动方向相互垂直的铰链连接，保证基准小车(1)和被测小车(4)的姿态相互独立。结构相同的基准小车(1)和被测小车(4)的主体设计为两行两列平行布置的中空杆件，两端同焊接构件装配，杆件间由八块铝板固定，降低了检测车总质量，增加了刚度和方便安装检测车各部分。在基准小车(1)和被测小车(4)的一端底部两侧和另一端底部中线位置上设置有行走轮(3)，且两端行走轮(3)的垂直距离等于两轨面中心间的垂直距离。在基准小车(1)和被测小车(4)的两端设有小轮(2)与轨内侧面贴合，一端分别设有一个轨面扭曲测量装置(6)和对应的位移传感器(5)，分别和两条轨道对应，用于轨面扭曲测量。

基准小车(1)上固定有两个平行于基准小车(1)上表面的悬臂测量杆(8)，其设计为中空杆件，在上面对应于被测小车(4)上的每个行走轮(3)的正上方都安装有一个位移传感器(5)，其触头和被测小车(4)上的每个行走轮(3)的正上方车身表面贴合。在基准小车(1)一端沿轨距方向安装有位移传感器(5)，两端中线位置上设有张紧机构(13)，并在张紧机构(13)的沿轨距方向运动部件上安装有转角传感器(12)和小轮(2)，两者转轴同轴装配，为便于描述称这两个小轮(2)为测距轮，另有两个小轮(2)置于基准小车(1)的一端，转轴位置相对于基准小车(1)不可移动。在基准小车(1)中部固定有数据采集部分(11)和支架(10)，支架(10)上表面设有控制及显示部分(9)，高度适合于操纵者发出指令和观看测量结果显示。在基准小车(1)的中部铰链连接有中空的推杆柄(14)。

被测小车(4)一端中线位置上设有张紧机构(13)，并在张紧机构(13)的沿轨距方向运动部件上安装有小轮(2)，另有两个小轮(2)置于被测小车(4)的另一端，转轴位置相对于被测小车(4)不可移动。被测小车(4)中部固定有电源(7)。

电缆大部分置于悬臂测量杆(8)的内部，其余部分固定于基准小车(1)和被测小车(4)上，避免运行过程中磨损和轧破电缆。

如图(3)所示，轨面扭曲测量装置(6)的左滑动块(17)和右滑动块(25)与小车车架(26)上下滑动连接，压板(18)和螺钉(19)约束左滑动块(17)和右滑动块(25)的水平方向的两个自由度。左滑动块(17)和右滑动块(25)的头部连接车轮(16)和轨道(27)的轨面对称贴合，左滑动块(17)和放大杆(21)由销轴(20)铰接，放大杆(21)端部和对应固定于小车车架(26)上的位移传感器(5)的触头贴合，压簧(22)压在放大杆(21)中部。螺母(23)在双头螺柱(24)上的位置可调，以调节压簧(22)的压力，保证车轮(16)和轨道(27)的轨面贴合。

具体实施方式2

用于递推式铁路轨道检测车的检测方法如下：

(1)轨道高度、水平(两轨高度差)检测方法

如图4所示，测量过程中，以基准小车(1)的三个行走轮(3)正上方的车身表面三点为基准点，基准点高度表示为J₁、J₂、J₃。以被测小车(4)的三个行走轮(3)正上方的车身表面三点为测量点，测量点高度表示为h₁、h₂、h₃。基准小车(1)上位于同一条轨道上的两个行走轮(3)轮距为2L。

测量前须将递推式铁路轨道检测车静置于轨道(27)上，精确测量基准点相对于同一水平面的初始高度，将悬臂测量杆(8)上位移传感器(5)清零。整个检测过程中的轨道高度和水平(两轨高度差)分别由下式(1)和式(2)计算。每当递推式铁路轨道检测车被推着前进L距离时，对基准点高度重新赋值，将h₁的值赋给J₁，将

的值赋给J₂，将h₃的值赋给J₃。在18m范围内，水平(两轨高度差)连续出现正负正或负正负情况即为三角坑。记录与显示时以里程为横坐标，高度和水平(两轨高度差)为纵坐标。

$\left\{\begin{array}{c}\tan \mathrm{\α}=\frac{J_3-J_2}{2L}\\ h_1=J_1+\tan \mathrm{\α}\·L+h_1^{\′}\\ h_2=J_1+\tan \mathrm{\α}\·3L+h_2^{\′}\\ h_3=J_3+\tan \mathrm{\α}\·L+h_3^{\′}\end{array}\right.---\left(1\right)$

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\ΔJ}=J_1-\frac{J_2+J_3}{2}\\ \mathrm{\Δh}=\frac{h_1+h_2}{2}-h_3\end{array}\right.---\left(2\right)$

式中：α：基准轨的倾斜角

L：基准小车上位于同一条轨道上的两个行走轮轮距的1/2

J₁、J₂、J₃：基准点高度

h₁、h₂、h₃：测量点高度

h₁′：h₁处位移传感器的测量值

h₂′：h₂处位移传感器的测量值

h₃′：h₃处位移传感器的测量值

ΔJ：基准小车处两轨高度差

Δh：被测小车处两轨高度差

(2)轨向检测方法

轨向即铁路的转弯或蛇形前进。在基准小车(1)的张紧机构(13)的沿轨距方向运动部件上安装有转角传感器(12)和小轮(2)，两者转轴同轴装配，为便于描述称这两个小轮(2)为测距轮。张紧机构(13)使测距轮和两轨的内侧面贴合，轨道检测车前进时测距轮在轨内侧面上做纯滚动，滚动距离由和其同轴装配的转角传感器(12)测量。当两轨是直线时，两侧滚动距离相同，两转角传感器(12)测量值变化量相等；轨向偏转(转弯)时，滚动距离不同，两转角传感器(12)测量值变化量不同，用距离差和轨距计算出轨向偏转角和回转的曲率半径。

设测距轮的直径为d，和测距轮同轴装配的转角传感器(12)每转可输出n个脉冲，脉冲当量(每单个脉冲相当于滚动的直线距离)为： $\mathrm{\δ}=\frac{\mathrm{\πd}}{n}$

如图5所示，面向轨道检测车前进方向，当左测距轮走过L₁距离，相应转角传感器(12)发出Z₁个脉冲时，右侧测距轮走过L₂距离，相应转角传感器(12)发出Z₂个脉冲，L₁和L₂分别为：L₁＝Z₁δ

                      L₂＝Z₂δ

铁轨中心线的里程为： $\frac{(Z_1+Z_2)\mathrm{\δ}}{2}$

轨向的偏转角为： $\mathrm{\θ}={\tan }^{-1}\frac{(Z_2-Z_1)\mathrm{\δ}}{D}$ (其中D为轨距)

θ＞0时，轨向逆时针偏转；

θ＜0时，轨向顺时针偏转。

铁轨中心线的回转半径R为： $R=\frac{\frac{L_1+L_2}{2}}{\tan \mathrm{\θ}}=\frac{D(Z_1+Z_2)}{2(Z_2-Z_1)}$

R＞0时，回转中心在前进方向的左侧；

R＜0时，回转中心在前进方向的右侧。

最小可测出的轨向偏转角： ${\mathrm{\θ}}_{\min }={\tan }^{-1}\frac{\mathrm{\δ}}{D}$

检测车走过L距离时可测出的最大轨中心线的回转半径为： $R_{\max }=\frac{\mathrm{LD}}{\mathrm{\δ}}$

(3)轨距检测方法

面向轨道检测车前进方向，右测距轮沿轨距方向的位移即轨距变化量ΔD由基准小车(1)上同侧沿轨距方向安装的位移传感器(5)测量，该位移和初始轨距的代数和为实际轨距。

实际轨距为：D＝D₀+ΔD

其中：D₀：初始轨距，开始测量前精确测量

ΔD：轨距变化量，由沿轨距方向安装的位移传感器(5)测量

(4)轨面扭曲检测方法

基准小车(1)和被测小车(4)的一端分别设有一个轨面扭曲测量装置(6)和对应的位移传感器(5)，分别和两条轨道对应，用于轨面扭曲测量。轨面扭曲使左滑动块(17)和右滑动块(25)在小车车架(26)的槽内产生相对滑动距离，放大杆(21)端部将相对滑动距离放大，由固定于小车车架上的对应位移传感器(5)测量，据此计算轨面相对于两轨平面的扭曲角度。

如图6所示，轨面扭曲角度为： $\mathrm{\λ}={\tan }^{-1}\frac{\mathrm{\ΔS}}{L_3}$

其中：ΔS：放大杆(21)端部移动距离

L₁：放大杆(21)端部至销轴的长度

λ：轨面相对于两轨平面的扭曲角度

实施例1

电源(7)采用干荷电铅蓄电池，经稳压电路处理后向传感器和数据采集部分(11)提供稳压直流电源。电缆一部分置于悬臂测量杆(8)中，其余部分固定于基准小车(1)和被测小车(4)上。

位移传感器(5)采用量程为10mm，每毫米输出50个脉冲的光栅测微传感器，经数据采集部分(11)的电路分频后每毫米输出200个脉冲。转角传感器(12)采用每转输出3000个脉冲的光电编码器。

数据采集部分(11)采用多通道数据采集电路、4倍频电路、单片机与PC机接口电路、单片机，实现数据采集，电路板固定于金属壳内，防止电磁干扰。

控制及显示部分(9)采用笔记本电脑，和数据采集部分(11)通过RS232进行通信，笔记本电脑对数据进行计算，显示和存储测量结果。

机械结构部分由结构相同的基准小车(1)和被测小车(4)通过由直径28mm无缝钢管制成的回转连接杆(15)倒置连接构成检测车整体框架，回转连接杆(15)的两端共有三个转动方向相互垂直的铰链连接，其中轴向铰链使用了推力球轴承51103及深沟球轴承61905。结构相同的基准小车(1)和被测小车(4)的主体为2行2列平行布置的直径28mm的无缝钢管，两端同45钢焊接构件装配，螺栓固定，4根无缝钢管间由8块2A11板夹紧，螺栓固定。基准小车(1)和被测小车(4)的一端底部两侧和另一端底部中线位置上设置有45钢制成直径50mm的行走轮(3)，其两端行走轮(3)的垂直距离等于1507mm。基准小车(1)和被测小车(4)上分别位于同一条轨道的两个行走轮(3)的轮距都为800mm。在基准小车(1)和被测小车(4)的两端设有45钢制成直径50mm的小轮(2)与轨内侧面贴合。基准小车(1)和被测小车(4)的一端分别设有一个轨面扭曲测量装置(6)和对应的位移传感器(5)，分别和两条轨道对应，用于轨面扭曲测量。

基准小车(1)上固定有两个平行于基准小车(1)上表面的由50×50的矩形钢管制作的悬臂测量杆(8)，一条悬伸1180mm，另一条悬伸680mm。在悬臂测量杆(8)上对应于被测小车(4)上的每个行走轮(3)的正上方都安装有一个位移传感器(5)，其触头和被测小车(4)上的每个行走轮(3)的正上方车身表面贴合。在基准小车(1)一端沿轨距方向安装有位移传感器(5)。在基准小车(1)两端中线位置上设有张紧机构(13)，它由45钢及压簧制作装配而成，并在张紧机构(13)的沿轨距方向运动部件上安装有转角传感器(12)和小轮(2)，两者转轴同轴装配，另有两个小轮(2)置于基准小车(1)的一端，转轴位置相对于基准小车(1)不可移动。在基准小车(1)中部固定有数据采集部分(11)和由直径28mm无缝钢管及Q235制作的支架(10)，支架(10)上表面固定笔记本电脑作为控制及显示部分(9)，高度1m，方便操纵者发出指令和观看测量结果显示。在基准小车(1)的中部铰链连接有直径28mm无缝钢管制作的推杆柄(14)，手柄处装橡胶套。

被测小车(4)一端中线位置上设有张紧机构(13)，并在张紧机构(13)的沿轨距方向运动部件上安装有小轮(2)，另有两个小轮(2)置于被测小车(4)的另一端，转轴位置相对于被测小车(4)不可移动。被测小车(4)中部固定有电源(7)。

轨面扭曲测量装置(6)的主要零件由20钢制成。左滑动块(17)和右滑动块(25)与小车车架(26)上下滑动连接，压板(18)和螺钉(19)约束左滑动块(17)和右滑动块(25)的水平方向的两个自由度。左滑动块(17)和右滑动块(25)的端部连接45钢制成的车轮(16)，轮距48mm，车轮(16)和轨道(27)的轨面对称贴合。左滑动块(17)和放大杆(21)由销轴(20)铰接，放大杆(21)端部和对应固定于小车车架(26)上的位移传感器(5)的触头贴合，放大杆(21)的端部至销轴(20)的长度为100mm，65Mn制成的压簧(22)压在放大杆(21)中部。螺母(23)在双头螺柱(24)上的位置可调，以调节压簧(22)的压力，保证车轮(16)和轨道(27)的轨面贴合。

适用于轨距为1435mm的铁路轨道检测，由人推着进行测量，行走速度为6km/h。检测车走过400mm时可测出的最大轨中心线的回转半径为10968m。

理论精度为：

水平(两轨高度差)：±5μm；

轨向偏转角：±0.002°；

轨距：±5μm；

轨面扭曲角度：±0.0028°。

实际测试精度为：

水平(两轨高度差)：±0.05mm；

轨向偏转角：±0.02°；

轨距：±0.05mm；

轨面扭曲角度：±0.04°。

实施例2：

为提高测量精度对实施例1进行改进。

电源(7)采用免维护蓄电池。

位移传感器(5)采用量程为10mm，每毫米输出100个脉冲的光栅测微传感器，经数据采集部分(11)的电路分频后每毫米输出400个脉冲。转角传感器(12)采用每转输出3600个脉冲的光电编码器。

基准小车(1)和被测小车(4)上分别位于同一条轨道的两个行走轮(3)的轮距都为1000mm。基准小车(1)上固定的悬臂测量杆(8)，一条悬伸1380mm，另一条悬伸880mm。

其余和实施例1相同。

适用于轨距为1435mm的铁路轨道检测，由人推着进行测量，行走速度为6km/h。检测车走过500mm时可测出的最大轨中心线的回转半径为16452m。

理论精度为：

水平(两轨高度差)：±2.5μm；

轨向偏转角：±0.0017°；

轨距：±2.5μm；

轨面扭曲角度：±0.0014°。

实际测试精度为：

水平(两轨高度差)：±0.025mm；

轨向偏转角：±0.02°；

轨距：±0.025mm；

轨面扭曲角度：±0.02°。

实施例3：

具体结构同实施例1。运用上述轨道检测方法中的算法编制应用程序，存储于笔记本电脑中，检测前运行程序，检测过程中由程序完成计算、显示和存储。

理论精度计算：

位移传感器(5)每毫米输出200个脉冲信号，即脉冲当量为5μm。所以水平(高度差)和轨距理论精度为±5μm。

转角传感器(12)每转输出3000个脉冲，即脉冲当量 $\mathrm{\δ}=\frac{\mathrm{\πd}}{n}=\frac{50\mathrm{\π}}{3000}=\frac{\mathrm{\π}}{60}$

最小轨向偏转角为：

所以轨向偏转角理论精度为±0.002°。

检测车走过400mm时可测出的最大轨中心线回转半径为：

$R_{\max }=\frac{\mathrm{LD}}{\mathrm{\δ}}=\frac{400\×1435\×60}{\mathrm{\π}}=10968m$

最小轨面扭曲角度为：

所以轨面扭曲角度理论精度为±0.0028°。

实施例4：

具体结构同实施例2。运用上述轨道检测方法中的算法编制应用程序，存储于笔记本电脑中，检测前运行程序，检测过程中由程序完成计算、显示和存储。

理论精度计算：

位移传感器(5)每毫米输出400个脉冲信号，即脉冲当量为2.5μm。所以水平(高度差)和轨距理论精度为±2.5μm。

转角传感器(12)每转输出3600个脉冲，即脉冲当量 $\mathrm{\δ}=\frac{\mathrm{\πd}}{n}=\frac{50\mathrm{\π}}{3600}=\frac{\mathrm{\π}}{72}$

最小轨向偏转角为：

所以轨向偏转角理论精度为±0.0017°

检测车走过500mm时可测出的最大轨中心线回转半径为：

$R_{\max }=\frac{\mathrm{LD}}{\mathrm{\δ}}=\frac{500\×1435\×72}{\mathrm{\π}}=16452m$

最小轨面扭曲角度为：

所以轨面扭曲角度理论精度为±0.0014°。

Claims (5)

1.递推式铁路轨道检测车，其含有机械结构部分、控制及显示部分、数据采集部分、传感器和电源部分，电源连接传感器和数据采集部分为轨道检测车供电，传感器和数据采集部分以及控制及显示部分信号连接，并安装于机械结构部分上，传感器包括位移传感器和转角传感器，数据采集部分对传感器信号进行采集，控制及显示部分接收数据采集部分的数据进行计算，存储测量结果数据并显示测量结果，其特征在于所述的机械结构部分是由两个结构相同的基准小车(1)和被测小车(4)通过回转连接杆(15)倒置连接构成的检测车整体框架；其所述的结构相同的基准小车(1)和被测小车(4)是由三点式构架组成，并在三点式构架一端底部两侧和另一端底部中线位置上设置有行走轮(3)，两端行走轮(3)的垂直距离等于两轨面中心间的垂直距离，在基准小车(1)和被测小车(4)的两端设有小轮(2)与轨道内侧面贴合，在端部设有轨面扭曲测量装置(6)和相对应的位移传感器(5)；其所述的基准小车(1)上设有两个平行于基准小车(1)的悬臂测量杆(8)，并在悬臂测量杆(8)上对应于被测小车(4)的行走轮(3)的正上方安装有位移传感器(5)；在基准小车(1)一端沿轨距方向安装有位移传感器(5)，在基准小车(1)两端中线位置上设有张紧机构(13)，并在张紧机构(13)的轨距方向运动部件上安装有转角传感器(12)和小轮(2)，两者转轴同轴装配，在基准小车(1)上固定连接有支架(10)并设有控制及显示部分(9)，在基准小车(1)的中部铰链连接有推杆柄(14)；其所述的被测小车(4)一端中线位置上设有张紧机构(13)，并在张紧机构(13)沿轨距方向运动部件上安装有小轮(2)；其所述的基准小车(1)或被测小车(4)上固定连接有数据采集部分(11)和电源(7)并连接。

2.如权利要求1所述的递推式铁路轨道检测车，其特征在于回转连接杆(15)的两端设有三个转动方向相互垂直的铰链连接。

3.如权利要求1所述的递推式铁路轨道检测车，其特征在于轨面扭曲测量装置(6)是设在两条轨道的基准小车(1)上和被测小车(4)上，或者同时设置在基准小车(1)上或者被测小车(4)上；其左滑动块(17)和右滑动块(25)与小车车架(26)上下滑动连接，二者端部连接有车轮(16)，并与轨道(27)的轨面对称贴合，左滑动块(17)和放大杆(21)由销轴(20)铰接，放大杆(21)的端部和对应固定于小车车架(26)上的位移传感器(5)的触头贴合，压簧(22)设在放大杆(21)中部。

4.一种用于权利要求1所述的递推式铁路轨道检测车的检测方法，其特征在于铁路轨道高度和水平的检测方法是采用递推式测量方法进行检测；铁路轨道轨向的检测方法是通过两测距轮滚动过的距离差计算，测距轮在轨内侧面上滚过的距离由和它同轴装配的转角传感器(12)测量，两测距轮滚动过的距离平均值为铁轨中心线里程；铁路轨道轨距的检测方法是一侧测距轮沿轨距方向的位移由基准小车(1)上同侧沿轨距方向安装的位移传感器(5)测量，该位移和初始轨距的代数和为实际轨距；铁路轨道轨面扭曲的检测方法是轨面扭曲使左滑动块(17)和右滑动块(25)在小车车架(26)的槽内产生相对滑动距离，放大杆(21)端部将相对滑动距离放大，由固定于小车车架(26)上的对应位移传感器(5)测量，据此计算轨面相对于两轨平面的扭曲角度。

5.如权利要求4所述的递推式铁路轨道检测车的检测方法，其特征在于铁路轨道高度和水平的检测方法是在测量过程中，以基准小车(1)的三个行走轮(3)正上方的车身表面三点为基准点，以被测小车(4)的三个行走轮(3)正上方的车身表面三点为测量点，测量时将递推式铁路轨道检测车静置于轨道上，精确测量基准点相对于同一水平面的初始高度，将悬臂测量杆上位移传感器(5)清零，整个检测过程中的轨道高度和水平分别由式(1)和式(2)计算，每当递推式铁路轨道检测车被推着前进L距离时，对基准点高度重新赋值，将h₁的值赋给J₁，将

的值赋给J₂，将h₃的值赋给J₃，

$\left\{\begin{array}{c}\tan \mathrm{\α}=\frac{J_3-J_2}{2L}\\ h_1=J_1+\tan \mathrm{\α}\·L+h_1^{\′}\\ h_2=J_1+\tan \mathrm{\α}\·3L+h_2^{\′}\\ h_3=J_3+\tan \mathrm{\α}\·L+h_3^{\′}\end{array}\right.---\left(1\right)$

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\ΔJ}=J_1-\frac{J_2+J_3}{2}\\ \mathrm{\Δh}=\frac{h_1+h_2}{2}-h_3\end{array}\right.---\left(2\right)$

式中：α：基准轨的倾斜角；L：基准小车上位于同一条轨道上的两个行走轮轮距的1/2；J₁、J₂、J₃：基准点高度；h₁、h₂、h₃：测量点高度；h₁′：h₁处位移传感器的测量值；h₂′：h₂处位移传感器的测量值；h₃′：h₃处位移传感器的测量值；ΔJ：基准小车处两轨高度差；Δh：被测小车处两轨高度差。

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