CN102346028A - 轻轨轨道梁线形检测的信号机械调制装置 - Google Patents

Abstract

本发明请求保护一种轻轨轨道梁线形检测的信号机械调制装置，其是用悬测法原理将轨道梁空间分布的几何不平顺转换成一时间域信号的机械式信号调制装置。其有一行走轮由摇杆支撑且摇杆通过轴支撑在轴承座上，而摇杆另一端用板簧高副联接，板簧的另一端通过调整块联接在轴承座上，支撑在轴承座上与摇杆刚性联接的轴一端装一摩擦阻尼器另一端刚性连接一角度编码器。本发明通过设置摩擦阻尼器和采用板簧结构，使其响应速度合理，动态特性可根据需要进行调整，而且动态特性稳定，并且其结构简单，非常适用于采用悬测法原理检测轻轨轨道线形的检测系统。

Description

轻轨轨道梁线形检测的信号机械调制装置

技术领域

本发明涉及线形检测技术，具体涉及到对轻轨轨道梁线形检测中的信号调制关键机械装置。

背景技术

 轻轨轨道梁既是车辆行驶的轨道，又是承重结构。轻轨轨道由众多高150cm、宽85cm、长约22米的梁通过支座与锚固螺杆固定在墩台连接而成。当锚杆发生松动、路基面沉降，轨道线形与梁连接处的错台高度等就会发生改变，从而影响列车运行的安全与舒适性。因此高效实现轻轨轨道梁线形的检测一直是困扰轻轨营运管理部门的一大难题。

与高效实现轻轨轨道梁线形检测相似的技术有铁路路轨高度不平顺检测，其中日本921-41轨检车就采用了悬测法原理的测量系统测量路轨高度不平顺，其原理是将一特定长度的基准梁安装在检测平台上（检测车），基准梁上再装上三个由走行轮、弹簧、摇杆与角度编码器组成的信号机械调制装置，当检测平台在轨道上以一定速度运行，即可将轨道上存在不平顺空间分布的随机变形调制成一点位~正矢值（---------------------幅值）随机信号，再通过带通滤波、信号复原（逆滤波）即可获得铁路路轨高度不平顺的长周期信号。但在应用 “逆滤波”复原法时,因逆滤波在系统冲击响应频谱有零点时滤波失效,所以复原波长不得小于λ/2,因而无法得到一些短波长成分，另一方面,这种复原方法尤其在提高复原范围上限时噪声的影响较大。一般的检测波长1m~30m左右。

轻轨轨道梁短且采用指形连接板连接，连接处有错台；使用一定年限后走行面水泥表面疲劳驳落还会形成凹坑，故此往往轻轨轨道梁线形检测机械装置的行走轮以较快速度通过错台、凹坑时会受到阶跃激励,装置走行轮产生振动,从而造成系统检测不到如错台等较小波长的缺陷。因此针对这些问题检测系统的信号调制机械装置必须要有较高的响应速度，较高的系统阻尼角频率（ω_d），合理的系统阻尼比（ξ）。然而现有的系统，如日本921-41轨检车系统，往往是一但设计加工调试完成，其动态特性就确定了，不适应检测轻轨轨道梁不平顺线形的检测。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用悬测法原理检测轻轨轨道线形的检测系统的信号机械调制装置，使其具有结构简单、响应速度合理、动态特性稳定且动态特性可调整的特点。

本发明采用以下技术方案实现以上发明目的：

本发明提出的轻轨轨道梁线形检测机械装置包括行走轮、摇杆、轴承座、角度编码器、板簧和一摩擦阻尼器。

所述行走轮由摇杆的一端支撑，且摇杆通过轴支撑在轴承座上，而摇杆另一端与板簧的一端高副联接，板簧的另一端通过调整块联接在轴承座上，支撑在轴承座上并与摇杆刚性联接的轴的一端安装摩擦阻尼器，另一端刚性连接角度编码器；所述装置通过轴承座安装到检测平台或检测车的基准梁上。

本装置可以将轨道上存在不平顺空间分布的随机变形调制成一点位~正矢值（幅值）随机信号。当检测平台运动，轨道的不平顺（包括错台、凹陷）迫使走行轮上下起伏从而带动摇杆摆动以及轴转动。通过调整摩擦阻尼器，使系统阻尼系数改变，进而可改变系统阻尼比（ξ）、阻尼角频率（ω_d）。

所述摩擦阻尼器由定摩擦盘、动摩擦盘、螺旋弹簧、旋紧螺母和压环组成；所述定摩擦盘穿过轴且固定在轴承座上，动摩擦盘活套在轴上，并由螺旋弹簧压紧在定摩擦盘上；所述轴的外端头套丝，装有旋紧螺母，旋紧螺母通过压环压迫弹簧，当旋紧螺母，螺母向定摩擦盘运动，通过压环压迫弹簧从而调节动盘与定盘间的摩擦力。当轴发生转动时，由于轴与动摩擦盘采用平键连接(即用键周向固定轴和盘)，因而动、定摩擦盘产生相对转动，因此当改变动盘的轴向压力，系统阻尼系数改变，进而改变系统阻尼比（ξ）、阻尼角频率（ω_d）。

本信号机械调制装置在对轨道不平顺空间分布不平顺检测时，装置的动态特性对检测的准确度有较大的影响。本发明为得到有较好动态特性的检测系统，采用了有较高刚度的板簧作为弹性元件来提高系统的动态响应速度同时保证走行轮与检测走行面接触；采用可调摩擦阻尼器调整系统阻尼实现系统动态特性可调。其原理说明如下，由如图1可知，本系统是一个二价阻尼系统，当检测系统相对不平顺轨道运动时，其动力学微分方程如下：

                                                        

  其中、  

——阻尼器摩擦盘的质量

——阻尼器摩擦盘的半径

H——走行轮受错台等冲击上升的高度    

Q——含板簧刚度（C）、走行轮质量的常数项

——动、静摩擦盘间摩擦系数

F——阻尼弹簧预紧力

——行走轮中心到摩擦盘中心距离

——走行轮受到冲击作用力。

得到，系统的固有频率为：

              系统的阻尼比为：

系统的阻尼频率为：

因此，提高板簧刚度c可以提高系统固有频率ω_n，从而提高系统的响应灵敏度；调整阻尼器弹簧预紧力F，可以调整系统阻尼比（ξ）、阻尼角频率（ω_d），从而改变系统的动态响应特性与稳定性。

由上述结构可见，本信号机械调制装置通过设置摩擦阻尼器和采用板簧结构，使其响应速度合理，动态特性可根据需要进行调整，而且动态特性稳定，并且其结构简单，非常适用于采用悬测法原理检测轻轨轨道线形的检测系统。 

附图说明          

图1是本发明的结构示意图；

图2是摩擦阻尼器的安装及结构示意图；

图3是板簧与摇杆高副联接部分的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明的结构：

参见图1，本装置的组成包括有行走轮1、摇杆2、轴承座3、角度编码器5、板簧6和摩擦阻尼器7等。摇杆2为日字形结构，一端的横档为支撑走行轮轴9，另一端的横档为与板簧构成高副连接的V形槽轴10。摇杆2一端的支撑走行轮轴9支撑一行走轮1，走行轮采用特种高分子材料包覆。摇杆的中间有与之刚性联接的轴8，轴8通过轴承与轴承座3连接。摇杆2的另一端通过V形槽轴10与板簧6的一端高副联接，板簧6的另一端通过调整块4联接在轴承座3上，通过调整调整块在轴承座上的高度位置改变板簧的预紧力保证走行轮紧贴检测走行面。轴8的一端安装摩擦阻尼器7，另一端刚性连接角度编码器5。整个装置通过轴承座3安装到检测平台的基准梁上。

参见图2，摩擦阻尼器7由定摩擦盘74、动摩擦盘72、螺旋弹簧75、旋紧螺母76和压环71组成。定摩擦盘74穿过轴8且固定在轴承座上，动摩擦盘活套在轴8上，并由螺旋弹簧75压紧在定摩擦盘74上。轴8的外端头套丝，装旋紧螺母76，旋紧螺母76的内侧面装压环71，通过压环71压迫螺旋弹簧75，当旋紧螺母76向定摩擦盘运动时，通过压环71压迫螺旋弹簧75，即可调节动摩擦盘与定摩擦盘间的摩擦力。

参见图3，与板簧构成高副连接的V形槽轴10的横断面开有90°V形槽11，板簧6的尖端被磨成60°，插于V形槽中，构成高副连接。

本装置的工作原理如下：

当检测平台运动，轨道的不平顺（包括错台、凹陷）迫使本装置的走行轮1上下起伏，从而带动摇杆2摆动以及轴8摆动。当轴8发生转动时，轴端安装的角编码器旋转，相应的输出一个角度，角度再乘以摇杆行走轮支撑轴到轴8的距离即为当前时刻行走轮位移。按弦测法原理处理输出及可得到走形面当前时刻的正矢值，从而将轨道不平顺空间分布的随机变形调制成一点位~正矢值（幅值）随机信号。

Claims (4)

1.轻轨轨道梁线形检测的信号机械调制装置，其包括行走轮（1）、摇杆（2）、轴承座（3）和角度编码器（5）上；其特征在于，其还包括板簧（6）和一摩擦阻尼器（7）；

所述行走轮（1）由摇杆（2）的一端支撑，且摇杆通过轴（8）支撑在轴承座（3）上，而摇杆另一端与板簧（6）的一端高副联接，板簧的另一端通过调整块（4）联接在轴承座上，支撑在轴承座上并与摇杆刚性联接的轴（8）的一端安装摩擦阻尼器（7），另一端刚性连接角度编码器（5）；所述装置通过轴承座（3）安装到检测平台或检测车的基准梁上。

2.根据权利要求1所述的轻轨轨道梁线形检测的信号机械调制装置，其特征在于：所述摩擦阻尼器由定摩擦盘（74）、动摩擦盘（72）、螺旋弹簧（75）、旋紧螺母（76）和压环（71）组成；所述是定摩擦盘穿过轴（8）且固定在轴承座上，动摩擦盘活套在轴（8）上，并由螺旋弹簧压紧在定摩擦盘上；所述轴的外端头套丝，装有旋紧螺母，旋紧螺母通过压环压迫螺旋弹簧。

3.根据权利要求1所述的轻轨轨道梁线形检测的信号机械调制装置，其特征在于：摇杆为日字形结构，一端的横档为支撑走行轮轴（9），另一端的横档为与板簧构成高副连接的V形槽轴（10）。

4.根据权利要求1所述的轻轨轨道梁线形检测的信号机械调制装置，其特征在于：其特征在于所述与板簧构成高副连接的V形槽轴（10）的横断面开有120°V形槽，所述板簧的尖端被磨成90°，插于V形槽中，构成高副联接。

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