CN101700777B - 一种轨道几何参数测量小车 - Google Patents

Abstract

一种应用于铁路机车车辆轨道测量领域的轨道几何参数测量小车，包括车体、底架、动力系统、控制系统、测量系统、电气控制系统，车体位于底架之上，包括司机室及其内部坐椅和控制台，用于操作人员驾驶小车和操作车载测量仪器；底架位于车体底部，起传递牵引力、制动力和工作机构作用力的作用；动力系统的动力源为蓄电池，并以机械传动装置作为传动机构；控制系统用于整车的电气控制；测量系统包括光学测量装置，用于轨道参数的高精度测量。新型轨道几何测量小车具有劳动强度低、工作效率高、工作环境改善、装载测量仪器接口多、工作稳定可靠等优点，自带动力能够独立操纵行驶，高效率满足大型养路机械作业对轨道几何参数的前导测量。

Description

一种轨道几何参数测量小车

技术领域

本发明涉及一种轨道参数测量小车装置，尤其是一种应用于铁路机车车辆轨道几何参数测量的小车装置。

背景技术

伴随着我国铁路跨越式发展，铁路上机车车辆的运行速度不断提高，铁路养护质量要求更加严格，对轨道几何参数精度的要求也大大提高，过去国内大型养路机械作业时主要以钢弦线作为基准来检测线路方向及纵向高低偏差的方式已不能满足目前线路的养护质量的要求。随着高精度高质量的轨道测量装置(激光矫直测量装置、光学测量装置、全站仪及GPS等)的研究及应用，作为测量系统的载体工具——轨道小车的研究与应用也势在必行。轨道几何参数测量小车是与铁道线路大型养路机械作业配套使用，可在标准轨距的线路上走行并对轨道几何参数进行测量的可移动的测量仪器载体工具，它能够满足测量系统工作的要求与条件。

目前，国内与大型养路机械配套用测量小车为手推式轨道测量小车，主要由行走轮、车架、夹轨装置、测量仪器固定座等组成，其结构示意图如图1和图2所示。该小车有四个(或三个)行走轮，工作中需靠人力推动行走于轨道线路上，工作时将夹轨装置卡在一侧钢轨上，小车定位于钢轨上静止不动，保证测量的准确性；测量仪器接口相对单一，不能满足多功能的测量要求，或只满足作为大型养路机械配套的卫星小车对轨道几何参数测量使用，或只满足独立进行轨道线路几何参数的测量。

手推式轨道测量小车行走为手推式，结构简单而轻巧，但应用范围较窄，效率较低，工作环境较差，使用和操作均不方便，此外测量仪器的接口也十分单一，功能局限，不能满足目前高速铁路领域轨道参数的快速精确测量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种新型的轨道几何参数测量小车装置，通过实施本发明，能够解决现有技术存在的应用范围较窄，效率较低，工作环境较差，使用和操作均不方便，测量仪器接口十分单一，功能局限等一系列技术问题。

按照本发明，上述技术问题是通过如下所描述的技术特征来实现的：

一种轨道几何参数测量小车，包括车体、底架、动力系统、控制系统、测量系统和电气控制系统，车体位于底架之上，包括司机室及其内部的坐椅和灯辅助电气部分，用于操作人员驾驶小车和操作车载测量仪器；底架位于车体底部，起传递牵引力、制动力和工作机构作用力的作用；控制系统包括蓄电池和驱动控制器；动力系统的动力源为蓄电池，并以机械传动装置作为传动机构；测量系统包括光学测量装置，用于轨道参数的高精度测量；电气控制系统用于实现整车的电气控制。底架进一步包括车架、轮对和制动装置，轮对在钢轨与底架之间，用于承载整个小车的重量；制动装置设置于主动轴上，靠近轴承座。

轨道几何参数测量小车动力源蓄电池为牵引电动机提供动力，牵引电动机为直流电动机，牵引电动机连接变速机构，变速机构包括减速机，通过变速机构减速，再通过链轮链条链传动将动力传递至主动轴的轮对，驱动轨道几何参数测量小车并满足所需行驶速度要求。

底架进一步包括靠轨装置，靠轨装置包括靠轨轮、靠轨装置支架、左右靠轨操纵机构、靠轨装置铰接机构和提升机构，靠轨装置通过靠轨装置铰接机构铰接于车架上，靠轨装置通过提升机构从钢轨上提离与放下，通过左右靠轨操纵机构实现装置靠轨。

作为本发明进一步的实施方式，司机室分为上下两部分；司机室上部为顶棚结构，采用玻璃钢成形制作，四周开窗，司机室下部与车架相连，上部和下部采用销套定位，搭扣紧固的连接方式，上下部接合面具有防雨渗入结构。

作为本发明进一步的实施方式，测量系统包括距离测量轮，距离测量轮使用一个行走轮进行行走距离测量，距离测量轮于轨面上滚动，其上装有编码器，一端通过联轴器带动与之共轴的脉冲信号发生器输出相应脉冲信号经处理来标定距离。

作为本发明进一步的实施方式，测量系统包括激光矫直测量装置或全站仪或GPS或激光发生器。

作为本发明进一步的实施方式，电气控制系统包括动力电源系统、照明系统、电传动系统、状态显示系统和接口系统，动力电源系统包括蓄电池，由蓄电池组成整车的总电源给小车的照明系统、电传动系统、状态显示系统提供工作电源；照明系统包括近光灯、示廓灯、司机室照明灯；电传动系统包括牵引电动机和牵引电动机调速器两部分，牵引电动机给轨道几何参数测量小车提供动力实现小车运行，牵引电动机调速器实现牵引电动机的启动、调速以及故障保护；状态显示系统由指示灯显示轨道几何参数测量小车的行车状态和工作状态；接口系统由蓄电池经过DC-DC变换得到两路直流电压给测量系统提供电源。

作为本发明进一步的实施方式，根据牵引计算，牵引电动机选择额定电压为48V，额定功率为1.5kW的他励直流电动机。

通过实施本发明，新型轨道几何测量小车自带动力能够独立操纵行驶，高效率满足大型养路机械作业对轨道几何参数的前导测量。既具备电动轨道小车的行驶功能，也具备满足并适应多种轨道测量系统装置使用要求的功能。由于具有电动走行功能，与手推式小车相比较，该小车具有劳动强度低、工作效率高、工作环境得到改善、装载测量仪器接口多、工作稳定可靠等优点，可作为卫星小车与大型养路机械配套作为卫星小车对轨道几何参数测量使用，也可独立进行轨道线路几何参数的测量。该小车采用以蓄电池为动力并带有司机室，有效保证测量工作时测量装置到工位及工位变换的快捷性，大大提高了工作效率；操作人员可乘坐于司机室内，这样也有效提高并改善了操作人员的工作环境与劳动强度；小车具有满足测量装置工作所需定位要求的靠轨装置及多功能安装固定座，适应多种测量装置的应用，极大地扩大了工作使用范围。

附图说明

图1是现有技术轨道测量小车的正面结构示意图；

图2是现有技术轨道测量小车的侧面结构示意图；

图3是本发明轨道测量小车的系统结构组成框图；

图4是本发明轨道测量小车进一步的系统结构组成框图；

图5是本发明轨道测量小车传动部分结构组成框图；

图6是本发明轨道测量小车司机室部分正面结构示意图；

图7是本发明轨道测量小车司机室部分侧面结构示意图；

图8是本发明轨道测量小车司机室部分内部结构示意图；

图9是本发明轨道测量小车底架部分正面结构示意图；

图10是本发明轨道测量小车底架部分侧面结构示意图；

图11是本发明轨道测量小车靠轨装置部分主视图；

图12是本发明轨道测量小车靠轨装置部分俯视图；

图13是本发明轨道测量小车制动装置部分结构示意图；

图14是本发明轨道测量小车电气控制系统部分组成框图；

其中：1-轨道几何参数测量小车，2-车体，3-底架，4-动力系统，5-控制系统，6-测量系统，7-电气控制系统，21-司机室，22-座椅，23-测量装置固定平台，24-控制箱，31-车架，32-轮对，33-制动装置，331-制动手柄，332-制动座板，333-制动轮，334-杠杆机构，335-制动弹簧，336-制动块，34-靠轨装置，341-靠轨轮，342-左右靠轨操纵机构，343-提升机构，344-靠轨装置支架，345-靠轨装置铰接机构，41-牵引电动机，42-减速机，43-链轮链条，44-主动轴，45-弹性联轴器，51-蓄电池，52-驱动控制器，61-距离测量轮，62-其他测量装置，71-动力电源系统，72-照明系统，73-电传动系统，74-状态显示系统，75-接口系统。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。

作为本发明的一种典型实施方式，如图1和图2所示，轨道几何参数测量小车1包括车体2、底架3、动力系统4、控制系统5，以及测量系统6、电气控制系统7，车体2包括司机室21及其内部的坐椅22、控制台，是操作人员驾驶小车和操作车载测量仪器的工作场所；底架3位于车体2底部，起支撑车体、传递牵引力、制动力和工作机构作用力的作用；动力系统4采用蓄电池作为动力源，并采用机械传动；控制系统5包括蓄电池51和驱动控制器52；车载的测量系统6包括光学测量装置，用于高精度高质量轨道参数的测量；电气控制系统7用于整车的电气控制。

如图6、7、8所示，车体2主要由司机室21及其内部坐椅22、以及控制台等组成。司机室是操作人员驾驶小车和操作车载测量仪器的工作场所。司机室结构分为上下两部分。司机室下部与车架3相连，上部和下部采用以销套定位，搭扣紧固的连接方式，可实现准确、方便、快速地拆装，同时接合面结构具有防雨渗入的结构考虑。司机室上部为司机室顶棚结构，采用玻璃钢成形制作，四周开窗，保证具有良好的采光性与瞭望视野，在工作中可根据环境情况可单独拆除司机室上部。司机室下部固定在车架3上，其结构为四方框架结构，外形长宽按车架大小对应尺寸设计，结构可采取骨架插接式拼装连接结构方式。下部在车体2后部车载测量仪器视窗前的壁上开设观察窗。司机室21是操作人员驾驶小车和操作车载测量仪器的场所，因此司机室要有合理的空间和良好的工作环境，确保设备布置合理行以利于行车和测量工作。在司机室俯视平面的中上部安置测量装置固定平台23，在其左下部设置控制箱24。

如图9和图10所示，底架3主要由车架31、轮对32、制动装置33、靠轨装置34等组成。车架31是轨道几何参数测量小车的基础，是安装牵引电动机41及动力系统、走行轮对、工作装置、测量装置、辅助设施及司机室的基础，并起传递牵引力、制动力和工作机构作用力的作用。车架3 1的主体为采用型材组焊而成的梁结构，承担除轮对外的整个小车重量。轮对32为小车的走行部，采用两轴轮对结构形式，轮径采用180-200mm。基于小车走行速度与轮对结构重量以及车架高度的考虑，轮对承受小车全部重量，并在负重情况下引导车辆在钢轨上行驶，与钢轨相互产生粘着牵引力或制动力，另外轮对在运行中承受较大的冲击和动载荷，以及组装应力，因此轮对要具有足够强度并具有一定的抗磨性。车轮踏面须符合铁路或相关行业标准，保证小车行车的稳定与安全性。测量小车的制动装置33设置有行车制动和停车制动功能，可采取共用一套系统。选用通用的盘式或鼓式制动器进行制动，使用脚踏板或手拉杆操作。如图13所示，制动装置33设置在主动轴44上，靠近轴承座处，其结构由制动块336、制动轮333、制动座板332、杠杆机构334、制动弹簧335、制动手柄331组成，其工作原理为杠杆结构。

轨道几何参数测量小车的靠轨装置34主要用来满足线路方向及水平检测装置工作时需要调整至轨道中心位置的基准要求。靠轨装置34结构如图11和图12所示。主要由靠轨轮341、靠轨装置支架344(含测量装置固定工作平台)、左右靠轨机构342、靠轨装置铰接机构345、提升机构343组成。靠轨装置铰接于车架31上，通过提升机构343从钢轨上提离与放下，装置靠轨通过左右靠轨操纵机构实现。距离测量轮61采用一个行走轮作为行走距离测量用，其上装有编码器，其工作原理是测量轮于轨面上滚动，一端通过联轴器带动与之共轴的脉冲信号发生器输出相应脉冲信号经处理来标定距离。该测量轮安装于小车右前部。

轨道几何参数测量小车采用蓄电池作为动力源。传动系统采用机械传动，以直流电动机作为动力，通过变速机构减速、再通过链传动将动力传递至主动轮对，驱动小车并满足所需行驶速度要求。变速机构可以包括减速机42和弹性联轴器45，其传动路线如图5所示。动力系统4包括牵引电动机41及减速机42、链轮链条43等。考虑小车工作对测量系统6装置安放位置的要求，小车驱动采用前驱方式，前轮对作为主动轮。牵引电动机41选用直流电动机，根据牵引计算，选择额定电压为48V，额定功率为1.5kW的他励直流电动机。固定于小车底架3上。减速机42根据小车行驶速度的要求，参照行走轮大小、电机额定转速等计算选用合适的减速比，减速机结构考虑选用与牵引电动机一体化的减速电动机。链轮链条43根据具体空间大小与车体2底架结构情况确定，同时考虑减速机的选用标准或通用减速器的情况可通过链轮链条43的传动比来弥补。链轮一个安装于减速机的输出端，另一个固定于主动轴44上，链条选用标准链条。

整个小车的电气控制系统7包括以下五大部分，动力电源系统71，包括蓄电池，照明系统72、电传动系统73(电机和IGBT斩波调速控制器)、状态显示系统74、接口系统75。由蓄电池51组成整车的总电源给小车的照明系统、状态显示系统、电传动系统提供工作电源。蓄电池51选取容量为60Ah，小时放电电流为60A的牵引蓄电池。全车的照明系统72包括近光灯、前后标示灯(示廓灯)、司机室照明灯，它们均由相应的船形开关进行操作，警笛由按钮控制。状态显示系统74用于小车在工作和运行过程中包括不同的状态形式，如行车运行状态、工作作业状态(制动、靠轨、工作定位)的显示，具体由指示灯进行显示。小车走行速度和里程数由小车速度里程表(指针式)显示。通过在牵引电动机上安装速度传感器，由传感器将速度信号反馈到速度表上。工作状态包括制动、靠轨、工作定位三种状态。电传动系统73包括牵引电动机和电动机调速器两部分，牵引电动机给测量小车提供动力实现小车运行；电动机调速器是实现牵引电动机的启动、调速以及故障保护等功能。接口系统75为测量小车中测量系统提供电源接口。测量系统6的电源由蓄电池经过DC-DC变换得到两路直流电压提供。小车车载的测量装置主要有配套使用的轨道测量装置(光学测量装置或全站仪或GPS或激光发生器等)、距离测量轮及与小车上具有满足并符合其工作要求的安装固定的结构接口。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域的普通技术人员可以在所附权利要求的范围内作出各种变形或修改。

Claims (6)

1.一种轨道几何参数测量小车，其特征在于，包括车体(2)、底架(3)、动力系统(4)、控制系统(5)、测量系统(6)和电气控制系统(7)，车体(2)位于底架(3)之上，包括司机室(21)及其内部的坐椅(22)和灯辅助电气部分，用于操作人员驾驶小车和操作车载测量仪器；底架(3)位于车体(2)底部，起传递牵引力、制动力和工作机构作用力的作用；控制系统(5)包括蓄电池(51)和驱动控制器(52)；动力系统(4)的动力源为蓄电池，并以机械传动装置作为传动机构；测量系统(6)包括光学测量装置，用于轨道参数的高精度测量；电气控制系统(7)用于实现整车的电气控制；所述底架(3)包括车架(31)、轮对(32)和制动装置(33)，轮对(32)在钢轨与底架(3)之间，用于承载整个小车的重量；制动装置(33)设置于主动轴(44)上，靠近轴承座；所述轨道几何参数测量小车动力源蓄电池为牵引电动机(41)提供动力，牵引电动机(41)为直流电动机，牵引电动机连接变速机构，变速机构包括减速机(42)，通过变速机构减速，再通过链轮链条(43)链传动将动力传递至主动轴(44)的轮对(32)，驱动轨道几何参数测量小车并满足所需行驶速度要求；所述底架(3)包括靠轨装置(34)，靠轨装置(34)包括靠轨轮(341)、靠轨装置支架(344)、左右靠轨操纵机构(342)、靠轨装置铰接机构(345)和提升机构(343)，靠轨装置(34)通过靠轨装置铰接机构(345)铰接于车架(31)上，靠轨装置(34)通过提升机构(343)从钢轨上提离与放下，通过左右靠轨操纵机构(342)实现装置靠轨。

2.根据权利要求1所述的一种轨道几何参数测量小车，其特征在于，所述司机室(21)分为上下两部分；司机室上部为顶棚结构，采用玻璃钢成形制作，四周开窗，司机室下部与车架(31)相连，上部和下部采用销套定位，搭扣紧固的连接方式，上下部接合面具有防雨渗入结构。

3.根据权利要求2所述的一种轨道几何参数测量小车，其特征在于，所述测量系统(6)包括距离测量轮(61)，所述距离测量轮(61)使用一个行走轮进行行走距离测量，距离测量轮(61)于轨面上滚动，其上装有编码器，一端通过联轴器带动与之共轴的脉冲信号发生器输出相应脉冲信号经处理来标定距离。

4.根据权利要求3所述的一种轨道几何参数测量小车，其特征在于，所述测量系统(6)包括激光矫直测量装置或全站仪或GPS或激光发生器。

5.根据权利要求4所述的一种轨道几何参数测量小车，其特征在于，所述电气控制系统(7)包括动力电源系统(71)、照明系统(72)、电传动系统(73)、状态显示系统(74)和接口系统(75)，动力电源系统(71)包括蓄电池(51)，由蓄电池(51)组成整车的总电源给小车的照明系统(72)、电传动系统(73)、状态显示系统(74)提供工作电源；照明系统(72)包括近光灯、示廓灯、司机室照明灯；电传动系统(73)包括牵引电动机和牵引电动机调速器两部分，牵引电动机给轨道几何参数测量小车(1)提供动力实现小车运行，牵引电动机调速器实现牵引电动机的启动、调速以及故障保护；状态显示系统(74)由指示灯显示轨道几何参数测量小车的行车状态和工作状态；接口系统(75)由蓄电池(51)经过DC-DC变换得到两路直流电压给测量系统(6)提供电源。

6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的一种轨道几何参数测量小车，其特征在于，所述直流电动机选用额定电压为48V，额定功率为1.5kW的他励直流电动机。

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