CN105525545B - 有砟轨道自动控制换轨机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有砟轨道自动控制换轨机器人，包括平板拖车、换轨机构和控制系统；所述换轨机构包括连接于平板拖车的悬臂梁、用于驱动悬臂梁升降的驱动装置、安装于悬臂梁的换轨龙口和安装于平板拖车的新轨拨轮；所述换轨龙口上设有用于进行交叉式换轨的两个旧轨导向口和两个新轨导向口；本发明的有砟轨道自动控制换轨机器人，能够解决包括高速铁路轨道在内的有砟铁路轨道换轨问题，具有在有砟轨道换轨工程中自动化率高、人工负担小的特点，另有换轨精度准确、工作周期短、适应多路段换轨要求的优点。

Description

有砟轨道自动控制换轨机器人

技术领域

本发明涉及现场自动更换铁路钢轨的智能施工设备，具体是一种用于有砟轨道自动控制换轨机器人，属于铁路工程机械。

背景技术

在国家“一带一路”总体战略驱动下，国家“高铁”技术推广的应用背景中，铁路建设将成为国家规划与工程应用领域至关重要的一环。

目前，我国铁路铁轨主要采用有砟轨道，有砟轨道就是传统的铺枕木和石子的轨道。有砟轨道具有铺设简便、综合造价低廉的特点，但易变形，维修费用大，列车速度慢，车厢舒适性差。大型自动化有砟轨道建设与维修装备的设计与发展，将成为目前轨道建设工程应用领域的关键一环。

智能换轨装备是在铁道线路上用于拆除旧钢轨，铺设新钢轨的施工作业车辆的基础上，加装自动智能控制系统，现有的换轨装备主要有基于NX70路用平车或自制平车上加装一套换轨装置的换轨车，快速换轨车和分体式联合换轨车三种类型。其中，在平车上加装换轨装置的换轨车又分为套筒式整体换轨车、龙门式整体换轨车及桁架式整体换轨车三种类型。在平车上加装换轨装置的换轨车均无自走行作业功能，作业时需由工程轨道车牵引。

目前使用的换轨车，在曲线换轨时效果不理想。曲线换轨时，随着曲线长度的增长，相错量逐渐增大，导致换轨车经常出现掉道现象。新换钢轨在曲线换轨时依靠曲线上既有钢轨自身重力随动摆头，虽然可以使曲线新换长钢轨入槽，但在曲线上起始点开始换轨时，需人力推动对位，在缓圆点以及曲线终点时，前导轨槽不能回位，也需人工推动前一导轨槽以方便入槽。另外，由于新、旧轨之间产生的钢轨横向力影响，更换一定长度后，钢轨入槽困难。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种有砟轨道自动控制换轨机器人，能够解决包括高速铁路轨道在内的有砟铁路轨道换轨问题，具有在有砟轨道换轨工程中自动化率高、人工负担小的特点，另有换轨精度准确、工作周期短、适应多路段换轨要求的优点。

本发明的有砟轨道自动控制换轨机器人，包括平板拖车、换轨机构和控制系统；所述换轨机构包括连接于平板拖车的悬臂梁、用于驱动悬臂梁升降的驱动装置、安装于悬臂梁的换轨龙口和安装于平板拖车的新轨拨轮；所述换轨龙口上设有用于进行交叉式换轨的两个旧轨导向口和两个新轨导向口。

进一步，所述换轨机构还包括安装于悬臂梁的用于将旧轨端部吊起以便于穿过旧轨导向口的旧轨起吊架。

进一步，所述换轨机构还包括安装于平板拖车的用于将新轨端部吊起以便于搭在新轨拨轮上的新轨起吊架。

进一步，所述新轨导向口和旧轨导向口处均设有竖向排列的两个水平导轮和横向排列的两个立式导轮，两个水平导轮与两个立式导轮围成供相应铁轨穿过的导向口。

进一步，所述悬臂梁通过十字轴连接于平板拖车使悬臂梁能够升降和水平摆动。

进一步，所述十字轴的一根轴竖直设置并转动连接于平板拖车，十字轴与平板拖车之间设有用于对十字轴进行转动限位的限位机构；所述限位机构包括蜗杆、蜗轮、卷筒和小体立轮；所述蜗杆通过锥齿轮传动连接于十字轴；所述蜗轮、卷筒和小体立轮均成对设置并对称的分列于蜗杆径向两侧；蜗轮与蜗杆传动连接形成蜗轮蜗杆副；卷筒通过锥齿轮传动连接于相应蜗轮，卷筒上缠绕有限位钢丝绳，所述限位钢丝绳通过小体立轮变向后缠绕于十字轴。

进一步，所述驱动装置为安装于平板拖车的卷扬机以及用于控制卷扬机工作状态的电气部件；所述平板拖车及悬臂梁上均设有用于连接卷扬机的钢索的滑轮。

进一步，所述控制系统包括上位工控机、下位运动控制器、激光传感器、压力传感器和CCD视觉摄像机；平板拖车由工程牵引车提供牵引动力，上位工控机与工程牵引车的动力系统以及下位运动控制器之间通过传输总线连接，下位运动控制器连接于卷扬机用于控制卷扬机的工作状态，所述激光传感器为多个并均匀的分布于平板拖车四周用于检测平板拖车周围预定范围内是否有障碍物；所述CCD视觉摄像机安装于换轨龙口用于检测新轨的铺设位置是否符合要求；所述压力传感器安装于卷扬机用于检测卷扬机的卷筒所受到钢索的反力，所述激光传感器、CCD视觉摄像机和压力传感器连接于上位工控机的信号输入端使平板拖车四周预定范围内出现障碍物、新轨的铺设位置不符合要求或卷扬机的卷筒所受到钢索的反力超过预定值时向工程牵引车的动力系统及下位运动控制器发出停机信号进而控制工程牵引车停车同时卷扬机停转。

本发明的有益效果是：本发明的有砟轨道自动控制换轨机器人，能够解决包括高速铁路轨道在内的有砟铁路轨道换轨问题，具有在有砟轨道换轨工程中自动化率高、人工负担小的特点，另有换轨精度准确、工作周期短、适应多路段换轨要求的优点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为限位机构的结构示意图；

图4为换轨龙口的局部视图。

具体实施方式

图1为本发明的结构示意图；图2为图1的俯视图；图3为限位机构的结构示意图；图4为换轨龙口的局部视图，如图所示：本实施例的有砟轨道自动控制换轨机器人，包括平板拖车1、换轨机构和控制系统；所述换轨机构包括连接于平板拖车1的悬臂梁2、用于驱动悬臂梁2升降的驱动装置3、安装于悬臂梁2的换轨龙口4和安装于平板拖车1的新轨拨轮5；所述换轨龙口4上设有用于进行交叉式换轨的两个旧轨导向口6和两个新轨导向口7；新轨导向口7与新轨铺设的目标位置相对，两个旧轨导向口6设于两个新轨导向口7的外侧，施工前新轨放置于旧轨两侧，施工时将新轨搭在新轨拨轮5上并穿过新轨导向口7，而旧轨直接穿过旧轨导向口6，使新轨和旧轨呈交叉式结构，随着平板拖车1的行进，实现新旧轨道的更换，能够解决包括高速铁路轨道在内的有砟铁路轨道换轨问题，具有在有砟轨道换轨工程中自动化率高、人工负担小的特点，另有换轨精度准确、工作周期短、适应多路段换轨要求的优点。

本实施例中，所述换轨机构还包括安装于悬臂梁2的用于将旧轨端部吊起以便于穿过旧轨导向口6的旧轨起吊架8，所述换轨机构还包括安装于平板拖车1的用于将新轨端部吊起以便于搭在新轨拨轮5上的新轨起吊架9，旧轨起吊架8与旧轨导向口6相对设置，新轨起吊架9与新轨拨轮5相对设置，可通过车载的旧轨起吊架8和新轨起吊架9将相应的钢轨吊起，便于操作，降低操作人员劳动强度。

本实施例中，所述新轨导向口7和旧轨导向口6处均设有竖向排列的两个水平导轮10和横向排列的两个立式导轮11，两个水平导轮10与两个立式导轮11围成供相应铁轨穿过的导向口；水平导轮10的转轴水平设置，立式导轮11的转轴竖直设置，钢轨穿过相应导向口后，两个水平导轮10分列于钢轨的上下两侧并沿竖向对钢轨进行定位，两个立式导轮11分列于钢轨的左右两侧并沿横向对钢轨进行定位，不仅能对钢轨进行有效的导向，而且换轨精度准确，能保证施工质量，缩短工作周期。

本实施例中，所述悬臂梁2通过十字轴12连接于平板拖车1使悬臂梁2能够升降和水平摆动，十字轴12的一根轴竖直设置并与平板拖车1转动连接，另外一根轴水平设置并与悬臂梁2转动连接，通过驱动装置3驱动悬臂梁2沿竖直平面绕十字轴12转动，在曲线线路换轨作业时，悬臂梁2在轨道的引导下带动十字轴12一起自然摆动，从而带动换轨机构上的新轨和旧轨摆动，实现曲线线路换轨作业，自动化率高、人工负担小，避免相错量增大及换轨车掉道的问题。

本实施例中，所述十字轴12的一根轴竖直设置并转动连接于平板拖车1，十字轴12与平板拖车1之间设有用于对十字轴12进行转动限位的限位机构；所述限位机构包括蜗杆13、蜗轮14、卷筒15和小体立轮16；所述蜗杆13通过锥齿轮传动连接于十字轴12；所述蜗轮14、卷筒15和小体立轮16均成对设置并对称的分列于蜗杆13径向两侧；蜗轮14与蜗杆13传动连接形成蜗轮蜗杆副；卷筒15通过锥齿轮传动连接于相应蜗轮14，卷筒15上缠绕有限位钢丝绳17，所述限位钢丝绳17通过小体立轮16变向后缠绕于十字轴12，限位钢丝绳17与十字轴12之间通过摩擦力保持同步运动，同时利用限位钢丝绳17限制十字轴12的转动极限位置，采用一根限位钢丝绳17缠绕于一个卷筒15后再绕过小体立轮16、十字轴12和另外一个小体立轮16最后缠绕于另外一个卷筒15上，限位钢丝绳17的一端固定于一个卷筒15，另一端固定于另一个卷筒15，通过选择一定长度的限位钢丝绳17或限制卷筒15的转角来控制限位钢丝绳17的运动幅度，进而限制十字轴12及悬臂梁2的摆动幅度，避免进入小半径弯路时悬臂梁2在惯性力作用下摆出范围，保证施工质量及安全性。

本实施例中，所述驱动装置3为安装于平板拖车1的卷扬机以及用于控制卷扬机工作状态的电气部件；所述平板拖车1及悬臂梁2上均设有用于连接卷扬机的钢索的滑轮，卷扬机的钢索引出后依次绕过平板拖车1和悬臂梁2上的滑轮然后固定于平板拖车1。

本实施例中，所述控制系统包括上位工控机18、下位运动控制器19、激光传感器20、压力传感器21和CCD视觉摄像机22；平板拖车由工程牵引车提供牵引动力，上位工控机18与工程牵引车的动力系统以及下位运动控制器19之间通过传输总线24连接，下位运动控制器19连接于卷扬机用于控制卷扬机的工作状态，所述激光传感器20为多个并均匀的分布于平板拖车四周用于检测平板拖车周围预定范围内是否有障碍物；所述CCD视觉摄像机22安装于换轨龙口用于检测新轨的铺设位置是否符合要求；所述压力传感器21安装于卷扬机用于检测卷扬机的卷筒所受到钢索的反力，所述激光传感器20、CCD视觉摄像机22和压力传感器21连接于上位工控机18的信号输入端使平板拖车四周预定范围内出现障碍物、新轨的铺设位置不符合要求或卷扬机的卷筒所受到钢索的反力超过预定值时向工程牵引车的动力系统及下位运动控制器19发出停机信号进而控制工程牵引车停车同时卷扬机停转；平板拖车1上设有用于为控制系统的运转提供电能的发电机组23，形成闭环控制的状态监控系统，具有危险自预警作用，提高工程施工过程中安全稳定性、起到应急情况急停保护功能。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种有砟轨道自动控制换轨机器人，其特征在于：包括平板拖车、换轨机构和控制系统；所述换轨机构包括连接于平板拖车的悬臂梁、用于驱动悬臂梁升降的驱动装置、安装于悬臂梁的换轨龙口和安装于平板拖车的新轨拨轮；所述换轨龙口上设有用于进行交叉式换轨的两个旧轨导向口和两个新轨导向口；所述换轨机构还包括安装于悬臂梁的用于将旧轨端部吊起以便于穿过旧轨导向口的旧轨起吊架和安装于平板拖车的用于将新轨端部吊起以便于搭在新轨拨轮上的新轨起吊架；

所述驱动装置为安装于平板拖车的卷扬机以及用于控制卷扬机工作状态的电气部件；所述平板拖车及悬臂梁上均设有用于连接卷扬机的钢索的滑轮；

所述控制系统包括上位工控机、下位运动控制器、激光传感器、压力传感器和CCD视觉摄像机；平板拖车由工程牵引车提供牵引动力，上位工控机与工程牵引车的动力系统以及下位运动控制器之间通过传输总线连接，下位运动控制器连接于卷扬机用于控制卷扬机的工作状态，所述激光传感器为多个并均匀的分布于平板拖车四周用于检测平板拖车周围预定范围内是否有障碍物；所述CCD视觉摄像机安装于换轨龙口用于检测新轨的铺设位置是否符合要求；所述压力传感器安装于卷扬机用于检测卷扬机的卷筒所受到钢索的反力，所述激光传感器、CCD视觉摄像机和压力传感器连接于上位工控机的信号输入端使平板拖车四周预定范围内出现障碍物、新轨的铺设位置不符合要求或卷扬机的卷筒所受到钢索的反力超过预定值时向工程牵引车的动力系统及下位运动控制器发出停机信号进而控制工程牵引车停车同时卷扬机停转。

2.根据权利要求1所述的有砟轨道自动控制换轨机器人，其特征在于：所述新轨导向口和旧轨导向口处均设有竖向排列的两个水平导轮和横向排列的两个立式导轮，两个水平导轮与两个立式导轮围成供相应铁轨穿过的导向口。

3.根据权利要求1所述的有砟轨道自动控制换轨机器人，其特征在于：所述悬臂梁通过十字轴连接于平板拖车使悬臂梁能够升降和水平摆动。

4.根据权利要求3所述的有砟轨道自动控制换轨机器人，其特征在于：所述十字轴的一根轴竖直设置并转动连接于平板拖车，十字轴与平板拖车之间设有用于对十字轴进行转动限位的限位机构；所述限位机构包括蜗杆、蜗轮、卷筒和小体立轮；所述蜗杆通过锥齿轮传动连接于十字轴；所述蜗轮、卷筒和小体立轮均成对设置并对称的分列于蜗杆径向两侧；蜗轮与蜗杆传动连接形成蜗轮蜗杆副；卷筒通过锥齿轮传动连接于相应蜗轮，卷筒上缠绕有限位钢丝绳，所述限位钢丝绳通过小体立轮变向后缠绕于十字轴。