CN109305188B - 一种伺服跟踪式钢轨轮廓波磨检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种伺服跟踪式钢轨轮廓波磨检测系统，包括控制子系统、分别与所述控制子系统连接的两个伺服检测单元和与所述控制子系统连接的速度传感器；所述检测单元分别位于铁轨的上方；所述检测单元包括检测模块和支架；所述检测模块包括壳体和设于所述壳体内的伺服电机、与所述伺服电机输出轴连接的滚珠丝杆、套设于所述滚珠丝杆的导轨滑块、与所述导轨滑块固定连接的伺服驱动底座和固定于所述伺服驱动底座上的一维传感器和二维传感器以及长度传感器；所述壳体外设有与所述伺服电机连接的伺服控制器。该装置能够实现检测装置与轨道非接触式检测，且整个设备体积小，重量轻，安装方便，可适配于市面上的所有轨道打磨车/铣磨车。

Description

一种伺服跟踪式钢轨轮廓波磨检测系统

技术领域

本发明涉及钢轨检测装置，具体涉及一种伺服跟踪式钢轨轮廓波磨检测装置系统。

背景技术

由于轨道车辆的动力行驶、自然环境、钢轨自身材料硬度和质量等原因，往往会造成钢轨的损伤，如发生波磨损耗、垂磨损耗、侧磨损耗。产生了这些磨耗后，若不及时打磨保养继续使用，往往会使钢轨受损状况进一步的恶化，钢轨寿命大幅减少，造成成本增加资源浪费。故，这些磨损损耗以及钢轨轨廓急需检测出来，来上报至轨道打磨车，作为打磨指导。

目前集成到轨道打磨车上的轨道检测装置，采用的均为接触式，这需要占用打磨车下很大的空间而且需要气源气泵去驱动检测装置的上下、横向运动。这样往往需要对轨道打磨车进行改造，机械安装复杂，定位困难，设备沉重。同时，检测时车速不能太高。

发明内容

针对现有技术的不足，本申请设计了一种伺服跟踪式钢轨轮廓波磨检测系统；两个与控制子系统连接的检测单元可分别针对两条钢轨，且能够实现检测装置与轨道非接触式检测，且整个设备体积小，重量轻，安装方便，可适配于市面上的所有轨道打磨车/铣磨车；同时，可搭载正常运营车辆，检测时满足车辆高速行驶的要求。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的：

本发明提供了一种伺服跟踪式钢轨轮廓波磨检测系统，所述装置包括控制子系统、分别与所述控制子系统连接的两个伺服检测单元和与所述控制子系统连接的速度传感器；

所述检测单元分别位于铁轨的上方；

所述检测单元包括检测模块和用于将所述检测模块固定于行驶车辆底部的支架；

所述检测模块包括壳体和设于所述壳体内的伺服电机、与所述伺服电机输出轴连接的滚珠丝杆、套设于所述滚珠丝杆的导轨滑块、与所述导轨滑块固定连接的伺服驱动底座和固定于所述伺服驱动底座上的一维传感器和二维传感器以及用于监测所述导轨滑块移动距离的长度传感器；所述壳体外设有与所述伺服电机连接的伺服控制器。

优选的，所述壳体呈长方体状，所述壳体包括上底和侧壁；所述壳体的外侧一端的侧壁上部向外凸起；所述伺服电机设于所述凸起内。

优选的，所述伺服控制器设于所述壳体内侧一端的侧壁上。

优选的，所述滚珠丝杆设有外螺纹，所述导轨滑块设有与所述外螺纹匹配的内螺纹。

优选的，所述伺服驱动底座水平设置，所述一维传感器和所述二维传感器设于所述伺服驱动底座的下方。

优选的，所述一维传感器的探头垂直向下。

优选的，所述二维传感器的探头斜向下侧和外侧。

优选的，所述速度传感器与行驶车辆连接。

基于同一发明思路，本发明还提供了一种如上所述的伺服钢轨轮廓波磨检测装置的检测方法，所述方法包括下述步骤：

(1)所述检测单元随行驶车辆移动过程中，将所述伺服驱动底座固定于不同位置，所述二维传感器将计算得到的偏移轨道中心误差量和工作状态发送至控制子系统，所述控制子系统选择出正对轨道的位置；

(2)所述检测单元随行驶车辆移动过程中，将所述伺服驱动底座初始位置设于所述正对轨道的位置，所述控制子系统根据所述二维传感器采集的偏移轨道中心误差量控制所述伺服驱动底座始终于所述正对轨道的位置；

(3)所述检测单元随行驶车辆移动过程中，根据所述速度传感器确定的采集时机，所述一维传感器和所述二维传感器分别测量钢轨波浪磨耗和钢轨横断面廓形。

优选的，所述伺服驱动底座的位置包括所述长度传感器的长度标定的位置。

优选的，所述控制子系统根据所述二维传感器采集的偏移轨道中心误差量控制所述伺服驱动底座始终于所述正对轨道的位置包括：

所述控制子系统从所述长度传感器获取所述伺服驱动底座的位置；

所述控制子系统从所述二维传感器获取所述偏移轨道中心误差量；

所述控制子系统根据所述伺服驱动底座的位置和所述偏移轨道中心误差量确定伺服控制指令并将所述指令发送至伺服控制器；

所述伺服控制器按照所述指令控制所述伺服电机转动将所述伺服驱动底座调整至出正对轨道的位置。

优选的，所述一维传感器测量钢轨波浪磨耗包括：

控制子系统通过一维传感器获取弦测值信息；

控制子系统将所述弦测值信息通过传递函数转化为用于表征波浪磨耗的轨面不平顺实际值信息。

优选的，所述将所述弦测值信息通过传递函数转化为用于表征波浪磨耗的轨面不平顺实际值信息包括：

将下式依次进行傅立叶级数展开和合成运算，通过弦测值沿被测钢轨纵向方向的变化函数y(x)和传递函数H(w)得到钢轨不平顺的实际值沿被测钢轨纵向方向的变化函数M(x)；

所述a、b分别为偏弦的弦长。

优选的，所述二维传感器测量钢轨横断面廓形包括：

控制子系统通过二维传感器获取钢轨内侧横断面的测量廓形；

控制子系统将所述测量廓形旋转、平移和曲线拟合后与钢轨标准廓形对比；

控制子系统根据对比结果计算钢轨横断面被测位置的垂磨量和侧磨量。

与最接近现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明提供的技术方案，两个与控制子系统连接的检测单元可分别针对两条钢轨，且能够实现检测装置与轨道非接触式检测，且整个设备体积小，重量轻，安装方便，可适配于市面上的所有轨道打磨车；同时，可搭载正常运营车辆，检测时满足车辆高速行驶的要求。

2、本发明提供的技术方案，可自主的伺服横向运动，来保证跟踪到检测装置相对钢轨的横向位移，这样省去了接触式的机械运动去定位，可开机后自动对准钢轨中心，使用方便；而且不需要接触式的上下运动环节，不需要额外的气源，仅需轨道车上的电能即可正常工作，并能同时实时检测钢轨的轨廓、波磨、垂磨、侧磨指标。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1：本发明提供的检测装置的结构示意图；

图2：本发明提供的检测模块的结构示意图；

图3：本发明提供的检测模块的侧视图；

图4：本发明提供的检测模块的内部结构示意图

图5：本发明提供的检测模块内部结构的侧视图

附图标记：1-支架，2-检测模块，3-壳体，4-伺服控制器，5-凸起，6-伺服电机，7-滚珠丝杆，8-导轨滑块，9-伺服驱动底座，10-一维传感器，11-二维传感器，12-长度传感器。

具体实施方式

下面结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明提供了一种伺服跟踪式钢轨轮廓波磨检测系统，所述装置包括控制子系统、分别与所述控制子系统连接的两个检测单元和与所述控制子系统连接的速度传感器；

所述检测单元分别位于铁轨的上方；

所述检测单元包括检测模块2和用于将所述检测模块固定于行驶车辆底部的支架1；

所述检测模块2包括壳体3和设于所述壳体3内的伺服电机6、与所述伺服电机6输出轴连接的滚珠丝杆7、套设于所述滚珠丝杆7的导轨滑块8、与所述导轨滑块8固定连接的伺服驱动底座9和固定于所述伺服驱动底座9上的一维传感器10和二维传感器11以及用于监测所述导轨滑块8移动距离的长度传感器12；所述壳体3外设有与所述伺服电机6连接的伺服控制器4。

所述壳体3呈长方体状，所述壳体3包括上底和侧壁；所述壳体3的外侧一端的侧壁上部向外凸起；所述伺服电机6设于所述凸起5内。

所述伺服控制器4设于所述壳体3内侧一端的侧壁上。

所述滚珠丝杆7设有外螺纹，所述导轨滑块8设有与所述外螺纹匹配的内螺纹。

所述伺服驱动底座9水平设置，所述一维传感器10和所述二维传感器11设于所述伺服驱动底座9的下方。

所述一维传感器10的探头垂直向下。

所述二维传感器11的探头斜向下侧和外侧。

所述速度传感器与行驶车辆连接。

实施例2

基于同一发明思路，本发明还提供了一种如上所述的伺服跟踪式钢轨轮廓波磨检测系统的检测方法，所述方法包括下述步骤：

(1)所述检测单元随行驶车辆移动过程中，将所述伺服驱动底座9固定于不同位置，所述二维传感器11将计算得到的偏移轨道中心误差量和工作状态发送至控制子系统，所述控制子系统选择出正对轨道的位置；

(2)所述检测单元随行驶车辆移动过程中，将所述伺服驱动底座9初始位置设于所述正对轨道的位置，所述控制子系统根据所述二维传感器11采集的偏移轨道中心误差量控制所述伺服驱动底座9始终于所述正对轨道的位置；

(3)所述检测单元随行驶车辆移动过程中，根据所述速度传感器确定的采集时机，所述一维传感器10和所述二维传感器11分别测量钢轨波浪磨耗和钢轨横断面廓形。

所述伺服驱动底座9的位置包括所述长度传感器12的长度标定的位置。

所述控制子系统根据所述二维传感器11采集的偏移轨道中心误差量控制所述伺服驱动底座9始终于所述正对轨道的位置包括：

所述控制子系统从所述长度传感器12获取所述伺服驱动底座9的位置；

所述控制子系统从所述二维传感器11获取所述偏移轨道中心误差量；

所述控制子系统根据所述伺服驱动底座9的位置和所述偏移轨道中心误差量确定伺服控制指令并将所述指令发送至伺服控制器4；

所述伺服控制器4按照所述指令控制所述伺服电机6转动将所述伺服驱动底座9调整至出正对轨道的位置。

所述一维传感器10测量钢轨波浪磨耗包括：

控制子系统通过一维传感器10获取弦测值信息；

控制子系统将所述弦测值信息通过传递函数转化为用于表征波浪磨耗的轨面不平顺实际值信息。

所述将所述弦测值信息通过传递函数转化为用于表征波浪磨耗的轨面不平顺实际值信息包括：

将下式依次进行傅立叶级数展开和合成运算，通过弦测值沿被测钢轨纵向方向的变化函数y(x)和传递函数H(w)得到钢轨不平顺的实际值沿被测钢轨纵向方向的变化函数M(x)；

所述a、b分别为偏弦的弦长。

所述二维传感器11测量钢轨横断面廓形包括：

控制子系统通过二维传感器11获取钢轨内侧横断面的测量廓形；

控制子系统将所述测量廓形旋转、平移和曲线拟合后与钢轨标准廓形对比；

控制子系统根据对比结果计算钢轨横断面被测位置的垂磨量和侧磨量。

最后应该说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims (13)

1.一种伺服跟踪式钢轨轮廓波磨检测系统的检测方法，用于所述检测方法的检测系统包括控制子系统、分别与所述控制子系统连接的两个伺服检测单元和与所述控制子系统连接的速度传感器；

所述检测单元分别位于铁轨的上方；

所述检测单元包括检测模块和用于将所述检测模块固定于行驶车辆底部的支架；

所述检测模块包括壳体和设于所述壳体内的伺服电机、与所述伺服电机输出轴连接的滚珠丝杆、套设于所述滚珠丝杆的导轨滑块、与所述导轨滑块固定连接的伺服驱动底座和固定于所述伺服驱动底座上的一维传感器和二维传感器以及用于监测所述导轨滑块移动距离的长度传感器；所述壳体外设有与所述伺服电机连接的伺服控制器；

其特征在于，所述检测方法包括下述步骤：

(1)所述检测单元随行驶车辆移动过程中，将所述伺服驱动底座固定于不同位置，所述二维传感器将计算得到的偏移轨道中心误差量和工作状态发送至控制子系统，所述控制子系统选择出正对轨道的位置；

(2)所述检测单元随行驶车辆移动过程中，将所述伺服驱动底座初始位置设于所述正对轨道的位置，所述控制子系统根据所述二维传感器采集的偏移轨道中心误差量控制所述伺服驱动底座始终于所述正对轨道的位置；

(3)所述检测单元随行驶车辆移动过程中，根据所述速度传感器确定的采集时机，所述一维传感器和所述二维传感器分别测量钢轨波浪磨耗和钢轨横断面廓形。

2.根据权利要求1所述的一种伺服跟踪式钢轨轮廓波磨检测系统的检测方法，其特征在于，所述壳体呈长方体状，所述壳体包括上底和侧壁；所述壳体的外侧一端的侧壁上部向外凸起；所述伺服电机设于所述凸起内。

3.根据权利要求2所述的一种伺服跟踪式钢轨轮廓波磨检测系统的检测方法，其特征在于，所述伺服控制器设于所述壳体内侧一端的侧壁上。

4.根据权利要求1所述的一种伺服跟踪式钢轨轮廓波磨检测系统的检测方法，其特征在于，所述滚珠丝杆设有外螺纹，所述导轨滑块设有与所述外螺纹匹配的内螺纹。

5.根据权利要求1所述的一种伺服跟踪式钢轨轮廓波磨检测系统的检测方法，其特征在于，所述伺服驱动底座水平设置，所述一维传感器和所述二维传感器设于所述伺服驱动底座的下方。

6.根据权利要求5所述的一种伺服跟踪式钢轨轮廓波磨检测系统的检测方法，其特征在于，所述一维传感器的探头垂直向下。

7.根据权利要求5所述的一种伺服跟踪式钢轨轮廓波磨检测系统的检测方法，其特征在于，所述二维传感器的探头斜向下侧和外侧。

8.根据权利要求1所述的一种伺服跟踪式钢轨轮廓波磨检测系统的检测方法，其特征在于，所述速度传感器与行驶车辆连接。

9.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述伺服驱动底座的位置包括所述长度传感器的长度标定的位置。

10.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述控制子系统根据所述二维传感器采集的偏移轨道中心误差量控制所述伺服驱动底座始终于所述正对轨道的位置包括：

所述控制子系统从所述长度传感器获取所述伺服驱动底座的位置；

所述控制子系统从所述二维传感器获取所述偏移轨道中心误差量；

所述控制子系统根据所述伺服驱动底座的位置和所述偏移轨道中心误差量确定伺服控制指令并将所述指令发送至伺服控制器；

所述伺服控制器按照所述指令控制所述伺服电机转动将所述伺服驱动底座调整至出正对轨道的位置。

11.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述一维传感器测量钢轨波浪磨耗包括：

控制子系统通过一维传感器获取弦测值信息；

控制子系统将所述弦测值信息通过传递函数转化为用于表征波浪磨耗的轨面不平顺实际值信息。

12.根据权利要求11所述的检测方法，其特征在于，所述将所述弦测值信息通过传递函数转化为用于表征波浪磨耗的轨面不平顺实际值信息包括：

将下式依次进行傅立叶级数展开和合成运算，通过弦测值沿被测钢轨纵向方向的变化函数y(x)和传递函数H(w)得到钢轨不平顺的实际值沿被测钢轨纵向方向的变化函数M(x)；

其中a、b分别为偏弦的弦长，i为虚数单位，ω为角频率。

13.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述二维传感器测量钢轨横断面廓形包括：

控制子系统通过二维传感器获取钢轨内侧横断面的测量廓形；

控制子系统将所述测量廓形旋转、平移和曲线拟合后与钢轨标准廓形对比；

控制子系统根据对比结果计算钢轨横断面被测位置的垂磨量和侧磨量。

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