CN106247252A - 高速机车前照灯轨道跟踪系统 - Google Patents

Abstract

本发明的高速机车前照灯轨道跟踪系统，由前照灯体，十字环，伺服电机，蜗轮蜗杆机构，支撑轴承，控制系统组成。前照灯体采用十字环支撑的机械结构，用伺服电机通过蜗轮蜗杆装置实现减速和反向自锁进行驱动。控制系统以单片机为核心，对输入的机车GPS位置信号和速度信号进行处理，将运算结果输出给伺服电机驱动器，使机车前照灯照明位置随机车运行自动调节，跟踪轨道。也可向单片机输入手动控制信号，控制前照灯的照明位置。

Description

高速机车前照灯轨道跟踪系统

技术领域

机车前照灯在夜晚或光线不足条件下运行时起到照明作用，帮助司机判断路况，是机车安全运行的重要装置。前照灯在机车中应用广泛，所有机车必须安装前照灯，因此机车前照灯的技术开发和生产质量等受到技术开发和制造领域的广泛重视。本发明涉及一种高速机车前照灯轨道跟踪系统。

背景技术

目前，在所有机车上实际使用的机车前照灯均为固定式，不能调节前照灯相对机车的照明角度和方向。机车在直线轨道段运行时，固定式前照灯照明位置尚可落在机车运行前方的轨道上，为司机提供瞭望照明。但在弯道和站点等复杂路况运行时，照明点就会偏离轨道，或因无法调节照明距离，形成瞭望盲点，形成安全隐患。随着机车运行速度的提高，机车安全运行对前照灯照明点位置的调整和轨道跟踪提出了紧迫的技术需求。因此，需要一种高速机车前照灯轨道跟踪系统来满足机车安全运行要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种高速机车前照灯轨道跟踪系统。本发明采用十字环支撑方法实现前照灯机械结构，用伺服电机驱动，运用蜗轮蜗杆装置实现减速和反向自锁功能，由单片机形成控制系统核心，以GPS机车位置信号和速度信号作为轨道自动跟踪控制的输入信号，与手动照明位置调整方法共同实现双模式控制，形成高速机车前照灯轨道跟踪系统。本系统的具体结构由前照灯体，十字环，伺服电机，蜗轮蜗杆机构，支撑轴承，控制系统组成。前照灯体由光源，灯体外壳等组成，由水平轴通过轴承支撑在十字环的水平轴承孔内。十字环是一个环状零件，在其水平中心线左右两侧各设有一个水平轴轴承孔，固接在前照灯体上的左右两个水平半轴通过轴承安装在十字环内。仰俯摆动伺服电机通过仰俯摆动蜗杆蜗轮和水平轴的左水平半轴，驱动前照灯体相对十字环进行绕水平轴的仰俯角度变化，调节机车前照灯照明位置与机车之间的距离。十字环的垂直中心线上下两侧各固接一个垂直半轴，通过垂直半轴支撑轴承孔安装在机车车体上。左右摆动伺服电机通过左右摆动蜗杆蜗轮和下垂直半轴，驱动十字环和前照灯体相对机车车体进行绕垂直轴的左右角度变化，调节机车前照灯照明方向相对于机车正前方向之间的角度，使照明位置随机车进入弯道而自动调节，跟踪弯曲轨道。控制系统以单片机为控制核心，对机车的GPS信号接收装置送来的GPS信号和速度信号进行处理，将运算结果输出给伺服电机驱动器，控制前照灯的照明位置跟随轨道进行变化。同时，还可根据需要，通过手动输入控制手柄，向单片机输入手动控制前照灯照明位置信号，控制前照灯的照明位置。

按照本发明，前照灯体由光源，反光碗，灯体外壳，玻璃罩组成，形成灯体结构。

按照本发明，水平轴是两个半轴，分别安装在前照灯体的水平轴线两侧；左水平半轴呈阶梯状，左水平半轴的右端与前照灯体固定连接，中部由轴承支撑在十字环左边的轴承孔内，左水平半轴的左端由平键连接安装仰俯摆动蜗轮，并由仰俯摆动蜗轮紧固螺母紧固；右水平半轴的左端通过右水平半轴压盖与前照灯体固定连接，右水平半轴的右端由轴承支撑在十字环右端的轴承孔内。

按照本发明，十字环是一个环状零件，在其水平中心线左右两侧各设有一个水平轴轴承孔，用来支撑固接在前照灯体上的左右两个水平半轴，使前照灯体可以绕水平轴相对十字环作仰俯角度摆动。仰俯摆动伺服电机通过联轴器与仰俯摆动蜗杆连接，带动仰俯摆动蜗轮和左水平半轴以及前照灯体绕水平轴进行转动。蜗轮蜗杆机构可以保证前照灯体的受力不能逆向带动仰俯摆动伺服电机。仰俯摆动伺服电机和仰俯摆动蜗杆轴承座安装在与十字环固接的支架上，随十字环运动。十字环的垂直中心线上下两侧各固接一个垂直半轴。

按照本发明，左右摆动蜗轮通过平键安装在下垂直半轴的下端。左右摆动伺服电机通过联轴器与左右摆动蜗杆连接，带动左右摆动蜗轮和下垂直半轴与十字环和前照灯体绕垂直轴转动。

按照本发明，与十字环固接的垂直半轴，安装在机车车体上的垂直半轴支撑轴承孔内。左右摆动伺服电机和左右摆动蜗杆的轴承座安装在与机车车体固接的支架上，左右摆动伺服电机通过左右摆动蜗杆蜗轮和下垂直半轴驱动十字环和前照灯体相对机车车体进行绕垂直轴的左右角度摆动。

按照本发明，控制系统以单片机为核心，输入信号为GPS机车位置信号和机车运行速度信号。由机车上安装的GPS装置对机车所在位置进行定位，通过与存储单元据库内的轨道数据进行对比，判断出机车前方轨道的状态，如果进入弯道，就可以根据此段弯道曲率和机车运行速度信号进行运算，进而向伺服电机驱动单元输出控制信号，驱动伺服电机带动前照灯使其照明位置跟踪轨道。

附图说明

附图结合本方法可以实现的实施实例说明本发明的具体原理和结构。

附图为本发明实例装置的主剖视和左视图，图中标号标明零件。

其中：

图1是高速机车前照灯轨道跟踪系统机械结构的主剖视图。图中：1是左右摆动伺服电机，2是左右摆动蜗杆，3是左右摆动蜗轮，4是垂直轴下轴承，5是车体垂直半轴支撑轴承孔，6是仰俯摆动伺服电机，7是仰俯摆动蜗杆，8是左水平半轴，9是仰俯摆动蜗轮紧固螺母，10是仰俯摆动蜗轮，11是水平轴左轴承，12是轴承盖，13是十字环，14是前照灯灯体外壳，15是右水平半轴压盖，16是右水平半轴轴承盖，17是右水平半轴，18是左右摆动联轴器，19是左右摆动伺服电机支架，20是下垂直半轴，21是前照灯光源，22是上垂直半轴。

图2是高速机车前照灯轨道跟踪系统机械结构的左剖视图。图中：1是左右摆动伺服电机，4是垂直轴下轴承，13是十字环，14是前照灯灯体外壳，15是右水平半轴压盖，18是左右摆动联轴器，19是左右摆动伺服电机支架，20是下垂直半轴，21是前照灯光源，22是上垂直半轴。

具体实施方式

本实施实例是高速机车前照灯轨道跟踪系统的具体结构，通过实例说明本发明装置的组成和工作原理。高速机车前照灯轨道跟踪系统由：左右摆动伺服电机1，左右摆动蜗杆2，左右摆动蜗轮3，垂直轴下轴承4，车体垂直半轴支撑轴承孔5，仰俯摆动伺服电机6，仰俯摆动蜗杆7，左水平半轴8，仰俯摆动蜗轮紧固螺母9，仰俯摆动蜗轮10，水平轴左轴承11，轴承盖12，十字环13，前照灯灯体外壳14，右水平半轴压盖15，右水平半轴轴承盖16，右水平半轴17，左右摆动联轴器18，左右摆动伺服电机支架19，下垂直半轴20，前照灯光源21，上垂直半轴22等零部件组成。

高速机车前照灯轨道跟踪系统的具体实施实例，采用十字环13的支撑方法实现机械结构，采用伺服电机驱动，用蜗轮蜗杆装置实现减速和反向自锁功能，以单片机形成控制核心，以将GPS机车位置信号和速度信号作为前照灯轨道自动跟踪系统的输入信号，与手动灯光位置调整方法共同实现双模式控制，形成高速机车前照灯轨道跟踪系统。本系统的具体结构由前照灯体，十字环13，伺服电机，蜗轮蜗杆机构，支撑轴承，控制系统组成。前照灯体由光源21，灯体外壳14和反光碗组成，由水平轴通过轴承支撑在十字环13的水平轴承孔内。十字环13是一个环状零件，在其水平中心线左右两侧各设有一个水平轴轴承孔，固接在前照灯体上的左右两个水平半轴8和17通过轴承安装在十字环13内。仰俯摆动伺服电机6通过仰俯摆动蜗杆7与蜗轮10和水平轴的左水平半轴8，驱动前照灯体相对十字环13进行绕水平轴的仰俯角度变化，调节机车前照灯照明位置与机车之间的距离。十字环13的垂直中心线上下两侧各固接一个垂直半轴，通过垂直半轴支撑轴承孔5安装在机车车体上。左右摆动伺服电机1通过左右摆动蜗杆2蜗轮3和下垂直半轴20，驱动十字环13和前照灯体相对机车车体进行绕垂直轴的左右角度变化，调节机车前照灯照明方向及位置相对于机车正前方向之间的角度，使照明位置随机车进入弯道而自动调节，跟踪弯曲轨道。控制系统以单片机为控制核心，对机车的GPS信号接收装置送来的GPS信号和速度信号进行处理，将运算结果输出给伺服电机驱动器，控制前照灯的照明位置跟随轨道进行变化。同时，还可根据需要，通过手动输入控制手柄，向单片机输入手动控制前照灯照明位置信号，控制前照灯的照明位置。

按照本实施实例，前照灯体由光源21，反光碗，灯体外壳14，玻璃罩组成，形成灯体结构。

按照本实施例，水平轴是两个半轴，分别安装在前照灯体的水平轴线两侧；左水平半轴8呈阶梯状，左水平半轴8的右端与前照灯体固定连接，中部由轴承支撑在十字环13左边的轴承孔内，左水平半轴8的左端由平键连接安装仰俯摆动蜗轮10，并由仰俯摆动蜗轮10的紧固螺母9紧固；右水平半轴17的左端通过右水平半轴压盖15与前照灯体固定连接，右水平半轴17的右端由轴承支撑在十字环13右端的轴承孔内。

按照本实施实例，十字环13是一个环状零件，在其水平中心线左右两侧各设有一个水平轴轴承孔，用来支撑固接在前照灯体上的左右两个水平半轴，使前照灯体可以绕水平轴相对十字环13作仰俯角度摆动。仰俯摆动伺服电机6通过联轴器与仰俯摆动蜗杆7连接，带动仰俯摆动蜗轮10和左水平半轴8以及前照灯体绕水平轴进行转动。蜗轮蜗杆机构可以保证前照灯体的受力不能逆向带动仰俯摆动伺服电6。仰俯摆动伺服电机6和仰俯摆动蜗杆7的轴承座安装在与十字环13固接的支架上，随十字环13运动。十字环13的垂直中心线上下两侧各固接一个垂直半轴。

按照本实施实例，左右摆动蜗轮3通过平键安装在下垂直半轴20的下端。左右摆动伺服电机1通过联轴器18与左右摆动蜗杆2连接，带动左右摆动蜗轮3和下垂直半轴20与十字环13和前照灯体绕垂直轴转动。

按照本实施实例，与十字环13固接的垂直半轴，安装在机车车体上的垂直半轴支撑轴承孔5内。左右摆动伺服电机1和左右摆动蜗杆2的轴承座安装在与机车车体固接的支架19上，左右摆动伺服电机1通过左右摆动蜗杆2和蜗轮3及下垂直半轴20驱动十字环13和前照灯体相对机车车体进行绕垂直轴的左右角度摆动。

按照本实施实例，控制系统以单片机为核心，输入信号为GPS机车位置信号和机车运行速度信号。由机车上安装的GPS装置对机车所在位置进行定位，通过与存储单元据库内的轨道数据进行对比，判断出机车前方轨道的状态，如果进入弯道，就可以根据此段弯道曲率和机车运行速度信号进行运算，进而向伺服电机驱动单元输出控制信号，驱动伺服电机带动前照灯使其照明位置跟踪轨道。

本发明实例装置结构简单，工作可靠。

Claims (7)

1.高速机车前照灯轨道跟踪系统，其特征在于，采用十字环支撑方法实现前照灯机械结构，用伺服电机驱动，运用蜗轮蜗杆装置实现减速和反向自锁功能，由单片机形成控制系统核心，以GPS机车位置信号和速度信号作为轨道自动跟踪控制的输入信号，与手动照明位置调整方式共同实现双模式控制，形成高速机车前照灯轨道跟踪系统；本发明的具体结构由前照灯体，十字环，伺服电机，蜗轮蜗杆机构，支撑轴承，控制系统组成；固接在前照灯体上的左右两个水平半轴通过轴承安装在十字环水平轴承孔内，仰俯摆动伺服电机通过仰俯摆动蜗杆蜗轮驱动前照灯体相对十字环进行绕水平轴的仰俯角度变化，调节机车前照灯照明位置与机车之间的距离；十字环的垂直中心线上下两侧各固接一个垂直半轴，通过垂直半轴支撑轴承孔安装在机车车体上，左右摆动伺服电机通过左右摆动蜗杆蜗轮和下垂直半轴，驱动十字环和前照灯体相对机车车体进行绕垂直轴的左右角度变化，调节机车前照灯照明方向相对于机车正前方向之间的角度，使照明位置随机车进入弯道而自动调节，跟踪弯曲轨道；控制系统的单片机对GPS信号和速度信号进行处理，将运算结果输出给伺服电机驱动器，控制前照灯的照明位置跟随轨道进行变化，也可根据手动输入的前照灯照明位置信号，控制前照灯的照明位置。

2.如权利要求1所述的高速机车前照灯轨道跟踪系统，其特征是，前照灯体由光源，反光碗，灯体外壳，玻璃罩组成，形成灯体结构。

3.如权利要求1所述的高速机车前照灯轨道跟踪系统，其特征是，水平轴是两个半轴，分别安装在前照灯体的水平轴线两侧，左水平半轴呈阶梯状，左水平半轴的右端与前照灯体固定连接，中部由轴承支撑在十字环左边的轴承孔内，左水平半轴的左端由平键连接安装仰俯摆动蜗轮，并由仰俯摆动蜗轮紧固螺母紧固；右水平半轴的左端通过右水平半轴压盖与前照灯体固定连接，右水平半轴的右端由轴承支撑在十字环右端的轴承孔内。

4.如权利要求1所述的高速机车前照灯轨道跟踪系统，其特征是，十字环是一个环状零件，在其水平中心线左右两侧各设有一个水平轴轴承孔，用来支撑固接在前照灯体上的左右两个水平半轴，使前照灯体可以绕水平轴相对十字环作仰俯角度摆动，仰俯摆动伺服电机通过联轴器与仰俯摆动蜗杆连接，带动仰俯摆动蜗轮和左水平半轴以及前照灯体绕水平轴进行转动；蜗轮蜗杆机构可以保证前照灯体的受力不能逆向带动仰俯摆动伺服电机，仰俯摆动伺服电机和仰俯摆动蜗杆轴承座安装在与十字环固接的支架上，随十字环运动，十字环的垂直中心线上下两侧各固接一个垂直半轴。

5.如权利要求1所述的高速机车前照灯轨道跟踪系统，其特征是，左右摆动蜗轮通过平键安装在下垂直半轴的下端，左右摆动伺服电机通过联轴器与左右摆动蜗杆连接，带动左右摆动蜗轮和下垂直半轴与十字环和前照灯体绕垂直轴转动。

6.如权利要求1所述的高速机车前照灯轨道跟踪系统，其特征是，与十字环固接的垂直半轴，安装在机车车体上的垂直半轴支撑轴承孔内，左右摆动伺服电机和左右摆动蜗杆的轴承座安装在与机车车体固接的支架上，左右摆动伺服电机通过左右摆动蜗杆蜗轮和下垂直半轴驱动十字环和前照灯体相对机车车体进行绕垂直轴的左右角度摆动。

7.如权利要求1所述的高速机车前照灯轨道跟踪系统，其特征是，控制系统以单片机为核心，输入信号为GPS机车位置信号和机车运行速度信号，由机车上安装的GPS装置对机车所在位置进行定位，通过与存储单元内的轨道数据进行对比，判断出机车前方轨道的状态，如果进入弯道，就可以根据此段弯道曲率和机车运行速度信号进行运算，进而向伺服电机驱动单元输出控制信号，驱动伺服电机带动前照灯使其照明位置跟踪轨道。