CN101758835A - 构架式轨距和轨向测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种构架式轨距和轨向测量装置，该装置包括：检测梁，设置在轨道检查车构架上；两组激光图像位移传感器，分别设置在检测梁两端，用以检测轨道相对检测梁的位移；轨向加速度计，用于测量检测梁的的中心点相对与惯性空间的位移；车体惯性修正平台，用以测量检测梁的姿态，修正检测梁姿态对测量数据造成的影响；测距传感器，设置在轨道检查车轮对轴端，用以测量轨道检查车的行驶距离、行驶速度并提供距离采样时间间隔；数据处理平台，设置在检查车上，将检测数据进行处理，以得到轨距和轨向检测结果。本发明解决了轴箱式轨距检测梁本身的安全隐患和高速下轨距轨向无法测量的问题。

Description

构架式轨距和轨向测量装置

技术领域

本发明涉及一种铁路工务检测设备，尤其涉及一种构架式轨距和轨向测量装置。

背景技术

轨道检查车是为检查轨道病害、消除事故隐患、指导线路养护维修、提高线路平顺性、保障行车安全而研制的大型动态检测设备。目前现有的轨道检查车，例如GJ-4型轨道检查车，技术先进、测量准确，已在多个铁路局推广使用，对保证铁路运输安全和提高旅客列车的平稳舒适性均发挥了重要作用。但其轨距和轨向测量采用的是安装于轴箱的轨距检测梁系统，随着我国铁路运行速度不断提高，一方面轨道检查车的检测密度增加；另一方面轨距检测梁工作环境恶化，承受的振动和冲击加大；使轨距检测梁在检测中存在安全隐患，一旦发生轨距检测梁断梁事故，不仅中断检测工作，而且严重影响行车安全。同时检测速度提高后，轨距检测梁的振动的幅度和频率加大，造成轨距、轨向测量准确性显著下降，有时甚至无法检测，严重影响了线路检查工作。大部分GJ-4型轨道检查车检测速度达到120公里/小时后，因轴箱轨距检测梁的振荡，轨距轨向无法正常检测。

基于以上情况，迫切需要一种轨距和轨向测量系统，解决轴箱式轨距检测梁本身的安全隐患和高速下轨距轨向无法测量的问题，满足铁路提速后运输安全和检测精度的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种构架式轨距和轨向测量装置，以解决轴箱式轨距检测梁本身的安全隐患和高速下轨距轨向无法检测的问题，为提速线路的等速检测提供检测设备，为GJ-4型轨道检查车的升级提供技术保障。

本发明实施例提供一种构架式轨距和轨向测量装置，该装置包括：

检测梁，设置在轨道检查车构架上，和轨道方向垂直；

两组激光图像位移传感器，分别设置在检测梁两端，用以检测轨道相对检测梁的位移；

两组激光器，分别设置在激光图像位移传感器下方，用以提供光信号给激光图像位移传感器；

轨向加速度计，用于间接测量检测梁的的中心点相对与惯性空间的位移；

车体惯性修正平台，用以测量检测梁的姿态，修正检测梁姿态对测量数据造成的影响；

测距传感器，设置在轨道检查车轮对轴端，用以测量轨道检查车的行驶距离、行驶速度并提供距离采样时间间隔；

数据处理平台，设置在检查车上，将检测数据进行处理，以得到轨距和轨向检测结果。

通过本发明实施例，解决了轴箱式轨距检测梁本身的安全隐患和高速下轨距轨向无法测量的问题，满足铁路提速后运输安全和检测精度的需求。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1为本发明构架式轨距和轨向测量装置的一个实施例的结构示意图。

图2为本发明构架式轨距和轨向测量装置的检测梁部分一个实施例的结构示意图。

图3为本发明构架式轨距和轨向测量装置的检测梁外观示意图。

图4为本发明构架式轨距和轨向测量装置测量原理图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

实施例一

请参阅图1-图3，其中，图1是本发明构架式轨距和轨向测量装置的一个实施例的结构示意图，图2是本发明构架式轨距和轨向测量装置的检测梁部分一个实施例的结构示意图，图3是本发明构架式轨距和轨向测量装置的检测梁外观示意图。

本实施例提供一种构架式轨距和轨向测量装置，该装置包括：

检测梁，与轨道垂直方向设置在轨道检查车下方；与现有技术不同的是，本发明实施例将检测梁用构架式设置在轨道检查车车体上，而不是现有技术的轨道检查车轨轴上，可以减少震动的干扰。

两组激光图像位移传感器，每组两个，分别设置在检测梁两端，分别检测左轨轨距点相对检测梁的位移、左轨轨面顶点相对检测梁的位移、右轨轨距点相对检测梁的位移和右轨轨面顶点相对检测梁的位移。

两组激光器，每组两个，与所述的激光图像位移传感器相对应，分别设置在激光图像位移传感器下方，用以提供光信号给激光图像位移传感器；

轨向加速度计，用于间接测量检测梁的的中心点相对与惯性空间的位移；

车体惯性修正平台，用以测量检测梁的姿态，修正检测梁姿态对测量数据造成的影响；

测距传感器，设置在轨道检查车轮对轴端，用以测量轨道检查车的行驶距离、行驶速度并提供距离采样时间间隔；

数据处理平台，设置在检查车上，上述各个装置将采集到的数据经过模拟低通滤波器和高速A/D采集卡传送给数据处理平台，该数据处理平台包括轨向合成模块、轨距合成模块和轨距轨向输出模块，用以将检测数据进行处理，以得到轨距和轨向检测结果。

本发明实施例，采用构架式的轨距和轨向测量装置，解决了轴箱式轨距检测梁本身的安全隐患和高速下轨距轨向无法测量的问题。

实施例二

再请参阅图4，图4是本发明构架式轨距和轨向测量装置测量原理图。

如图所示，轨距采用激光图像式测量轨距左右偏移值，轨向采用惯性测量法，轨向系统测量原理见图4。

检测梁与钢轨相互位置关系定义见图4。

安装于检测梁的激光图像式测量传感器的输出如下：

g_L左轨轨距点相对检测梁的位移(左轨距偏移值)；

g_R右轨轨距点相对检测梁的位移(右轨距偏移值)；

p_L左轨轨面顶点相对检测梁的位移(左高低偏移值)；

p_R右轨轨面顶点相对检测梁的位移(右高低偏移值)。

轨向加速度计的输出：

a_y检测梁中心点的横向加速度。

G左右轨轨面中点之间的标准距离，为1500mm；

L检测梁内两端传感器的距离；

ht检测梁相对于轨距测量平面的垂直高度；

需要测量的值左右轨向为：

y_L、y_R：分别为左右轨距测量点的y坐标，就是要计算的左右轨向。

需要测量检测梁倾角Θb：

已知轨道的倾角Θt(由轨道检查车上惯性包测得，属于现有技术中已知数值)；

y_b：检测梁的中点的y坐标；

另外还有一个安装在轮对轴头的光电编码器，这是测量系统必备的，它可以提供轨道检查车行驶的距离，利用它提供的脉冲信号和计时器可测量速度，同时还为测量系统提供精确的距离采样时间间隔。

测量模型的建立，由图4可知：

g_L＝y_b-y_L-L/2        (1)

g_R＝y_R-y_b-L/2        (2)

在以上2个等式中，g_L、g_R可由激光图像式轨距系统测得，y_b可由惯性传感器轨向加速度计间接测得，由此可得到其余2个想要测量的量y_R、y_L。

轨向加速度计的响应：

$a_y=\frac{d^2{y}_b}{{\mathrm{dt}}^2}-g\sin {\mathrm{\Θ}}_b+h_t\frac{d^2{\mathrm{\Θ}}_b}{{\mathrm{dt}}^2}+{\mathrm{\ϵ}}_x\frac{d^{2}x}{{\mathrm{dt}}^2}---\left(3\right)$

在等式(3)中，第一项是要测量的检测梁横向加速度，第二项是对重力的响应，梁的倾角Θb一般很小，sinΘb可用Θb线性近似，第三项是梁围绕旋转中心旋转产生的加速度，第四项是由于敏感轴的对准而产生的对纵向加速度计的响应。轴偏向用ε_x，表示，单位为弧度。

根据轨距的定义，由式(1)(2)可得轨距g_a：

g_a＝y_R-y_L＝g_R+g_L+L    (4)

式中L是常量。

由等式(1)、(2)可知，知道y_b就可求得y_R、y_L。

由等式(3)可知，要想得y_b，只需求得一个未知量检测梁倾角Θb，由图4可知轨道的倾角Θt和Θb的关系：

${\mathrm{\Θ}}_b={\mathrm{\Θ}}_t+\frac{P_L-P_R}{G}---\left(5\right)$

由等式(5)可知：已知轨道的倾角Θt，就可得到检测梁的倾角Θb。

轨向合成的数据处理

左右轨距偏移值和左右轨高低偏移值信号是经过图像处理后输出的，必然和轨向加速度计的实时输出信号相比有延时，且假定该延时是固定的常量。但轨道检查车的速度不是恒定的，因此需对轨向加速度计的实时输出信号进行与速度相关的空间延迟处理，保证整个系统在不影响实时性的情况下实现所有输入信号在空间位置上保持同步。

本发明的轨道检查车构架式轨距和轨向测量装置的检测梁安装在轨道检查车构架上，经过一次减振后，检测梁的安全性大大提高，解决了轴箱式轨距检测梁的安全隐患。而现有轨道检查车的轴箱式轨距检测梁直接安装在轨道检查车的轴箱上，无任何减振措施。

本发明的轨道检查车构架式轨距和轨向测量装置采用激光图像式轨距测量系统，该系统能提供左右轨距偏移值和左右轨高低偏移值信号，同时在构架式轨距检测梁中心安装轨向加速度计，用轨道检查车车体上的惯性包、左右轨距偏移值和左右轨高低偏移和该轨向加速度计来合成轨向。该系统无光电机械伺服跟踪轨距测量点系统，系统故障少，日常维护工作量小。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种构架式轨距和轨向测量装置，该装置包括：

检测梁，设置在轨道检查车构架上，和轨道方向垂直；

两组激光图像位移传感器，分别设置在检测梁两端，用以检测轨道相对检测梁的位移；

两组激光器，分别设置在激光图像位移传感器下方，用以提供光信号给激光图像位移传感器；

轨向加速度计，用于间接测量检测梁的的中心点相对与惯性空间的位移；

车体惯性修正平台，用以测量检测梁的姿态，修正检测梁姿态对测量数据造成的影响；

测距传感器，设置在轨道检查车轮对轴端，用以测量轨道检查车的行驶距离、行驶速度并提供距离采样时间间隔；

数据处理平台，设置在检查车上，将检测数据进行处理，以得到轨距和轨向检测结果。

2.根据权利要求1所述的构架式轨距和轨向测量装置，其特征在于，所述两组激光图像位移传感器，每组由两个激光图像位移传感器组成，分别检测左轨轨距点相对检测梁的位移、左轨轨面顶点相对检测梁的位移、右轨轨距点相对检测梁的位移和右轨轨面顶点相对检测梁的位移。

3.根据权利要求1所述的构架式轨距和轨向测量装置，其特征在于，所述惯性修正平台包括：设置在轨道检查车上的惯性包。

4.根据权利要求1所述的构架式轨距和轨向测量装置，其特征在于，轨向的计算公式为：

g_L＝y_b-y_L-L/2

g_R＝y_R-y_b-L/2

其中，g_L为左轨轨距点相对检测梁的位移，g_R为右轨轨距点相对检测梁的位移，L为检测梁内两端测距传感器的距离，检测梁的中点的y坐标yb，yL、yR分别为左右轨距测量点的y坐标，即要计算的轨向。

5.根据权利要求4所述的构架式轨距和轨向测量装置，其特征在于，检测梁的中点的y坐标y_b的计算公式为：

$a_y=\frac{d^2{y}_b}{{\mathrm{dt}}^2}-g\sin {\mathrm{\Θ}}_b+h_t\frac{d^2{\mathrm{\Θ}}_b}{{\mathrm{dt}}^2}+{\mathrm{\ϵ}}_x\frac{d^{2}x}{{\mathrm{dt}}^2}$

其中，第一项是检测梁横向加速度，第二项是对重力的响应，梁的倾角Θb很小，sinΘb可用Θb线性近似，第三项是梁围绕旋转中心旋转产生的加速度，第四项是由于敏感轴的对准而产生的对纵向加速度计的响应，轴偏向用ε_x，表示，单位为弧度。

6.根据权利要求5所述的构架式轨距和轨向测量装置，其特征在于，轨道的倾角Θt和Θb的关系公式为：

${\mathrm{\Θ}}_b={\mathrm{\Θ}}_t+\frac{p_L-p_R}{G}$

其中，p_L为左轨轨面顶点相对检测梁的位移，p_R为右轨轨面顶点相对检测梁的位移，Θt是轨道的倾角，由轨道检查车上惯性包测得。

7.根据权利要求4所述的构架式轨距和轨向测量装置，其特征在于，轨距的计算公式为：

G＝y_R-y_L＝g_R+g_L+L

yL、yR分别为左右轨距测量点的y坐标，g_L为左轨轨距点相对检测梁的位移，g_R为右轨轨距点相对检测梁的位移，L为检测梁内两端测距传感器的距离。

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