CN108755306A - 一种轨道几何状态高精度测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道几何状态高精度测量装置，包括主车架，所述主车架上设有行走机构、测量机构、传感机构以及主控单元，所述行走机构包括第一行走轮、第二行走轮、第三行走轮、第一导向轮和第二导向轮，所述测量机构包括设于所述主车架上的棱镜及与所述第一行走轮对应设置的测量轮，所述传感机构包括设于所述主车架内的轨距传感器和倾角传感器。本发明的轨道几何状态高精度测量装置，可实时测量轨道的轨距、超高等数据，利用全站仪测量棱镜的三维坐标数据，并通过主控单元对测量数据进行处理获得轨道的轨向、高低、正矢、扭曲及轨道平面、高程与设计值间偏差等轨道几何状态指标，大大提高了装置的测量精度，确保测量结果的准确性与可靠性。

Description

一种轨道几何状态高精度测量装置

技术领域

本发明属于轨道检测技术领域，更具体地，涉及一种轨道几何状态高精度测量装置。

背景技术

近年来中国高铁得到了飞速的发展，高速铁路有其行车速度高、安全性高、舒适性高等特点，这一切都离不开其轨道的高平顺性。因此，如何将保证轨道的高平顺性，即如何高效、稳定、可靠地检测轨道的内部和外部几何形态，并将轨道的平顺性和空间位置调整到符合设计要求，是高速铁路轨道工程施工的关键技术之一。评价轨道平顺性的主要技术指标有轨距、超高(水平)、轨向、高低、正矢、扭曲(三角坑)等相对平顺性指标及轨道平面、高程与设计值间偏差的绝对平顺性指标。这些指标均可通过轨道几何状态测量仪(也可简称为轨检小车)进行直接测量或后续分析、计算得到。

轨道几何状态测量仪是高速铁路静态轨道几何状态检测的有效测量设备。目前国内同类产品主要以进口的产品为主，其市场占有率超过60％以上。进口产品价格高昂，可维护性差，通常的使用寿命仅有4年左右，且在使用过程中，维修不便、维修费用较高，挤占了大量的建设资金。而目前国内的同类产品虽然起步较晚，但在吸收国外技术的技术上进行了不少创新和改进，且拥有了一定的知识产权，也降低了产品的造价。虽然国内小车技术相对比较成熟，但每种小车仍存在各种缺陷。

专利CN201310603751公开了一种新型高铁轨道测量仪的机械结构，如图1所示，该装置包括横梁、纵梁、高低光纤陀螺仪机构、位移传感器、倾角传感器机构、连接块、支撑架、显示屏、控制器、连接线、走轮、手柄、电池盒、编码器和轨向光纤陀螺仪机构；所述整个机构包含横梁、纵梁、控制器以及其它测量仪器，所述横梁和纵梁固定连接，横梁位于纵梁中问部位，所述横梁上装有电池盒和显示、控制系统，所述横梁和纵梁上固定连接有多个传感器，用以采集信号。

但专利CN201310603751公开的一种新型高铁轨道测量仪的机械结构的高低光纤陀螺仪机构、位移传感器、倾角传感器机构和电池盒均暴露在装置外，没有保护措施。各电子元器件很容易在户外应用中受到恶劣环境的影响，导致测量精度降低，维修成本增高，使得测量装置的稳定性无法得到保证。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种轨道几何状态高精度测量装置，其通过密封设于主车架内的轨距传感器、倾角传感器及设于主车架一端的测量轮实时测量轨道的轨距、超高等数据，利用全站仪测量设于主车架上的棱镜三维坐标数据，并通过主控单元对测量数据进行处理获得轨道的轨向、高低、正矢、扭曲及轨道平面、高程与设计值间偏差等轨道几何状态指标，大大提高了装置的测量精度，确保测量结果的准确性与可靠性。

为实现上述目的，本发明提供一种轨道几何状态高精度测量装置，包括主车架，所述主车架上设有行走机构、测量机构、传感机构以及主控单元；其中，

所述行走机构包括第一行走轮、第二行走轮、第三行走轮、第一导向轮和第二导向轮，所述第一行走轮设于所述主车架的一端，第二行走轮和第三行走轮分别设于所述主车架的另一端以形成三点不共线布置结构，所述第一导向轮和第二导向轮分别与所述第二行走轮和第三行走轮相对设置以对整个测量装置起导向作用；

所述测量机构包括设于所述主车架上的棱镜及与所述第一行走轮对应设置的测量轮；以及，

所述传感机构包括设于所述主车架内的轨距传感器和倾角传感器，所述轨距传感器与所述测量轮通信以测量轨距数据，所述倾角传感器用以测量轨道超高数据，同时利用全站仪测量所述棱镜的三维坐标数据，并通过所述主控单元分析处理以获得轨道的几何状态。

进一步地，所述第一行走轮、第二行走轮、第三行走轮、第一导向轮和第二导向轮均为精密加工打磨处理的氧化锆陶瓷轮。

进一步地，所述主车架为T结构，其包括两个部分并以快速拆分面实现快速拆装。

进一步地，所述主车架上设有棱镜杆和棱镜杆拆卸机构，所述棱镜杆底部通过棱镜杆拆卸机构与所述主车架实现可拆卸连接，其顶部设有所述棱镜。

进一步地，所述主车架上设有推杆、推杆转轴和推杆拆装机构，所述推杆通过推杆拆装机构与推杆转轴实现活动连接后与所述主车架实现可拆卸连接。

进一步地，所述主车架一侧设有张紧机构。

进一步地，所述主车架靠近所述测量轮的一端设有刹车机构。

进一步地，所述主车架上设有设备舱盖，用于将所述倾角传感器、轨距传感器及主控单元密封于所述主车架内。

进一步地，所述主车架上设有电池舱盖，用于将电池密封于所述主车架内。

进一步地，所述倾角传感器、轨距传感器及主控单元的配套线材均采用单元模块化结构。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明的轨道几何状态高精度测量装置，其通过密封设于主车架内的轨距传感器、倾角传感器及设于主车架一端的测量轮实时测量轨道的轨距、超高等数据，利用全站仪测量设于主车架上的棱镜三维坐标数据，并通过主控单元对测量数据进行处理获得轨道的轨向、高低、正矢、扭曲及轨道平面、高程与设计值间偏差等轨道几何状态指标，大大提高了装置的测量精度，确保测量结果的准确性与可靠性。

(2)本发明的轨道几何状态高精度测量装置，行走轮、导向轮与测量轮均为氧化锆陶瓷材质，通过精密加工处理，行走时轮缘跳动小、绝缘性能好，使得测量精度高，其中，测量轮和所有导向轮均为小尺寸陶瓷轮，保证本装置适用于传统轨道线路，也适用于现代有轨电车轨道线路，提高了装置的可靠性与适用性。

(3)本发明的轨道几何状态高精度测量装置，第一行走轮设于主车架的一端，第二行走轮和第三行走轮分别设于主车架的另一端以形成三点不共线布置结构，且第一行走轮、第二行走轮和第三行走轮分别与轨道配合连接，从而增强测量装置行走稳定性，同时，第一导向轮和第二导向轮分别与第二行走轮和第三行走轮相对设置以对整个测量装置起导向作用，使其精确沿着待测量轨道运行不脱轨，进一步提高了测量装置的运行可靠性。

(4)本发明的轨道几何状态高精度测量装置，主车架为T结构，包括两个部分并以快速拆分面实现快速拆装以减小空间占用体积，主车架为T型两段可拆卸结构，各段之间通过快速拆分相连接，便于装卸运输，而且车架采用整体航空铝块在数控机床上进行精加工整体成型，即保证了小车严格的几何尺寸，又保证了小车的结构强度及美观。

(5)本发明的轨道几何状态高精度测量装置，推杆通过推杆拆装机构与推杆转轴连接并固定于主车架，棱镜杆顶端连接棱镜并通过棱镜杆拆卸机构固定于主车架，便于装置的组装拆解、零部件的更换与维修，提高了装置运输的安全性。

(6)本发明的轨道几何状态高精度测量装置，轨距传感器、倾角传感器、主控单元、电池和绝缘片等所有设备均封装在主车架内部，且进行胶化及防潮处理，保证了设备的稳定性和耐用性。

(7)本发明的轨道几何状态高精度测量装置，倾角传感器、轨距传感器、主控单元、电池各种配套线材均采用单元模块化设计，全部采用高质量的航空接插件连接，可快速进行更换，便于现场故障判断和设备维修。

(8)本发明的轨道几何状态高精度测量装置，电池类型为大容量可充电锂离子电池，可同时对轨检小车及工业笔记本供电，满电状态下可持续使用36小时以上，提高了本装置的续航能力。

附图说明

图1为现有技术中一种新型高铁轨道测量仪的机械机构示意图；

图2为本发明实施例一种轨道几何状态高精度测量装置结构示意图；

图3为本发明实施例一种轨道几何状态高精度测量装置正视图；

图4为本发明实施例一种轨道几何状态高精度测量装置俯视图；

图5为本发明实施例一种轨道几何状态高精度测量装置仰视图。

除图1外所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-主车架；2-推杆；3-棱镜杆；4-棱镜；5-设备舱盖；6-电池舱盖；7-推杆拆装机构；8-推杆转轴；9-第一行走轮；10-轨距传感器；11-倾角传感器；12-主控单元；13-电池；14-第一导向轮；15-第二导向轮；16-测量轮；17-第二行走轮；18-第三行走轮；19-张紧机构；20-棱镜杆拆卸机构；21-绝缘片；22-快速拆分面；23-刹车机构。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1、图2和图3所示，本发明的实施例提供一种轨道几何状态高精度测量装置包括主车架1，该主车架1为T结构，其优选包括两个部分并以快速拆分面22实现快速拆装以减小空间占用体积，主车架为T型两段可拆卸结构，各段之间通过快速拆分相连接，便于装卸运输，而且车架采用整体航空铝块在数控机床上进行精加工整体成型，即保证了小车严格的几何尺寸，又保证了小车的结构强度及美观。该主车架1的底部设有行走机构，该行走机构包括第一行走轮9、第二行走轮17、第三行走轮18、第一导向轮14和第二导向轮15。其中第一行走轮9设于主车架1的一端，第二行走轮17和第三行走轮18分别设于主车架1的另一端，以形成三点不共线布置结构，且第一行走轮9、第二行走轮17和第三行走轮18分别与轨道配合连接，从而增强测量装置行走稳定性。同时，第一导向轮14和第二导向轮15分别与第二行走轮17和第三行走轮18相对设置以对整个测量装置起导向作用，使其精确沿着待测量轨道运行不脱轨，进一步提高了测量装置的运行可靠性。优选地，轨检小车的所有行走轮及导向轮和测量轮均采用精密加工打磨处理的氧化锆陶瓷轮，行走时轮缘跳动小、耐磨损，保证了小车的绝缘性、行走时轮缘的稳定性、耐磨损，其中导向轮和测量轮均采用小尺寸陶瓷轮，使小车不仅可以用在传统铁路上，也可以适用于现行有轨电车的U型槽轨道测量，适用性较强。测量轮作为轨距测量机构，其信号输出端与轨距传感器的信号输入端连接，保证位移信号的准确采集。本发明的轨道几何状态高精度测量装置，其通过密封设于主车架内的轨距传感器、倾角传感器及设于主车架一端的测量轮实时测量轨道的轨距、超高等数据，利用全站仪测量设于主车架上的棱镜三维坐标数据，并通过主控单元对测量数据进行处理获得轨道的轨向、高低、正矢、扭曲及轨道平面、高程与设计值间偏差等轨道几何状态指标，大大提高了装置的测量精度，确保测量结果的准确性与可靠性。

如图1、图2和图3所示，主车架1的顶部设有推杆2、棱镜杆3、棱镜4、设备舱盖5、电池舱盖6、推杆拆装机构7、推杆转轴8、张紧机构19和棱镜杆拆卸机构20。其中，推杆2通过推杆拆装机构7与推杆转轴8连接；棱镜杆3底部通过棱镜杆拆卸机构20与主车架1实现可拆卸连接，棱镜杆3的顶端连接棱镜4。设备舱盖5与电池舱盖6覆盖于主车架1表面；张紧机构19位于主车架1的一侧。本发明实施例一种轨道几何状态高精度测量装置，独立且外设的张紧机构，可在外部对装置进行张紧操作，提高了工作效率，同时降低了维修成本。此外，推杆通过推杆拆装机构与推杆转轴连接并固定于主车架，棱镜杆顶端连接棱镜并通过棱镜杆拆卸机构固定于主车架，便于装置的组装拆解、零部件的更换与维修，提高了装置运输的安全性。

进一步地，主车架1内密封设有轨距传感器10、倾角传感器11、主控单元12、电池13和绝缘片21。以上所有设备均封装在主车架内部，且进行胶化及防潮处理，保证了设备的稳定性和耐用性。同时，与第一行走轮9对应位置设有测量轮16，轨距传感器10的信号输入端与测量轮16的信号输出端连接；轨距传感器10和倾角传感器11的信号输出端与主控单元12的信号输入端连接；电池13置于电池舱盖6下方；绝缘片21插入主车架截面内部。本发明的轨道几何状态高精度测量装置，轨距传感器测量轨距，倾斜传感器测量轨道超高(水平)，并利用全站仪测量轨检小车上的棱镜三维坐标，然后结合线路设计参数进而计算轨道几何状态，最后利用相关处理软件对检测数据进行分析处理，按一定的数学模型计算得到轨道的轨向、高低、正矢、扭曲及轨道平面、高程与设计值间偏差等全部平顺性技术指标，主控单元进行各传感器控制管理，以及信息的运算、处理与反馈。这种测量方式与计算方法大大提高了装置的测量精度，确保测量成果的准确性与可靠性。其中，轨距传感器与测量轮通信，以获取轨距测量机构准确的伸缩变化值，再加上轨距传感器的零位初值(在标准轨距1435mm时的传感器数据)，得到实测轨距值。倾角传感器测量左右轨顶面的倾角，再减去倾角的零位检校初值(传感器安装时的水平面偏差)。

优选地，倾角传感器11、轨距传感器10、主控单元12、电池13各种配套线材均采用单元模块化设计，全部采用高质量的航空接插件连接，可快速进行更换，便于现场故障判断和设备维修。此外，电池类型为大容量可充电锂离子电池，可同时对轨检小车及工业笔记本供电，满电状态下可持续使用36小时以上，提高了本装置的续航能力。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种轨道几何状态高精度测量装置，包括主车架，其特征在于，所述主车架上设有行走机构、测量机构、传感机构以及主控单元；其中，

所述行走机构包括第一行走轮、第二行走轮、第三行走轮、第一导向轮和第二导向轮，所述第一行走轮设于所述主车架的一端，第二行走轮和第三行走轮分别设于所述主车架的另一端以形成三点不共线布置结构，所述第一导向轮和第二导向轮分别与所述第二行走轮和第三行走轮相对设置以对整个测量装置起导向作用；

所述测量机构包括设于所述主车架上的棱镜及与所述第一行走轮对应设置的测量轮；以及，

所述传感机构包括设于所述主车架内的轨距传感器和倾角传感器，所述轨距传感器与所述测量轮通信以测量轨距数据，所述倾角传感器用以测量轨道超高数据，同时利用全站仪测量所述棱镜的三维坐标数据，并通过所述主控单元分析处理以获得轨道的几何状态。

2.根据权利要求1所述的一种轨道几何状态高精度测量装置，其特征在于，所述第一行走轮、第二行走轮、第三行走轮、第一导向轮和第二导向轮均为精密加工打磨处理的氧化锆陶瓷轮。

3.根据权利要求1所述的一种轨道几何状态高精度测量装置，其特征在于，所述主车架为T结构，其包括两个部分并以快速拆分面实现快速拆装。

4.根据权利要求1或3所述的一种轨道几何状态高精度测量装置，其特征在于，所述主车架上设有棱镜杆和棱镜杆拆卸机构，所述棱镜杆底部通过棱镜杆拆卸机构与所述主车架实现可拆卸连接，其顶部设有所述棱镜。

5.根据权利要求1、3或4所述的一种轨道几何状态高精度测量装置，其特征在于，所述主车架上设有推杆、推杆转轴和推杆拆装机构，所述推杆通过推杆拆装机构与推杆转轴实现活动连接后与所述主车架实现可拆卸连接。

6.根据权利要求1或3-5中任一项所述的一种轨道几何状态高精度测量装置，其特征在于，所述主车架一侧设有张紧机构。

7.根据权利要求1或3-6中任一项所述的一种轨道几何状态高精度测量装置，其特征在于，所述主车架靠近所述测量轮的一端设有刹车机构。

8.根据权利要求1或3-7中任一项所述的一种轨道几何状态高精度测量装置，其特征在于，所述主车架上设有设备舱盖，用于将所述倾角传感器、轨距传感器及主控单元密封于所述主车架内。

9.根据权利要求1或3-8中任一项所述的一种轨道几何状态高精度测量装置，其特征在于，所述主车架上设有电池舱盖，用于将电池密封于所述主车架内。

10.根据权利要求1或3-9中任一项所述的一种轨道几何状态高精度测量装置，其特征在于，所述倾角传感器、轨距传感器及主控单元的配套线材均采用单元模块化结构。