CN109653044A - 高速铁路双块式无砟轨道道床板混凝土裂缝修补模块化智能小车 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高速铁路双块式无砟轨道道床板混凝土裂缝修补模块化智能小车。该小车是我国高速铁路大量采用的双块式无砟轨道道床板混凝土裂缝修补基础设备。该小车由车架及走行系统、制动系统、PLC自动控制系统和供电模块、气源模块、以及外挂的各种作业模块构成。小车采用无刷直流电机驱动，电磁感应和脉冲计数定位，电控气动液压制动。小车能够实现在轨道上电动走行、电磁和脉冲计数定位、液压制动停车，并为各种外挂作业机械手模块提供电源、气源和机械接口、电气控制接口。

Description

高速铁路双块式无砟轨道道床板混凝土裂缝修补模块化智能 小车

技术领域

本发明属于高铁施工技术领域，涉及高速铁路双块式无砟轨道道床板混凝土裂缝修补施工。针对当前道床板混凝土裂缝修补施工全部采用人工作业，存在劳动强度大、人工成本高、作业效率低、施工质量没有保障等问题而研发。属于高铁病害整治施工的配套机械设备。

背景技术

双块式无砟轨道是我国从德国引进的高铁无砟轨道技术。该技术由于其造价较低、施工方便，在我国高铁上得到了大量的应用。目前，通车里程已经超过10000公里，在建的高铁也在大量应用该型无砟轨道形式，是我国目前确定的主要推广应用的高铁无砟轨道技术之一。

该型无砟轨道在我国应用以后，由于其结构上存在的问题，易于在轨枕头部的混凝土道床上产生八字形裂缝和轨枕边沿新旧混凝土裂开形成贯通性裂缝。这些裂缝的产生将增加外界对于混凝土的侵蚀，影响混凝土的耐久性。由于其结构性设计的问题，虽然在混凝土施工上采取了很多技术措施，但难以从根本上解决这个裂缝问题。因此，双块式无砟轨道道床板混凝土裂缝修补已经成为了该型无砟轨道交付运行前的必做工序。我国铁路科研单位也为双块式无砟轨道研发了专用裂缝修补材料和裂缝封闭材料，还以铁路工务施工规程公布了对双块式无砟轨道道床板裂缝进行修补施工的工艺方法和相关要求。在按照规程所要求的工艺方法进行修补的情况下收到了较好的修补效果。

在实际的施工中，由于没有配套的机械化装置，对于双块式无砟轨道道床板裂缝的修补大量采用了人工作业的方式。这种作业方式，存在着其固有的问题。首先是劳动强度大，使用的人工数量多，人工成本高。难以组织起较大规模的施工。另外，人工作业受参与人员思想情绪波动的影响较大，在大规模施工的情况下，难以保证完全按照规程所要求的工艺方法进行施工，因此存在着施工质量无法保证的情况。这种情况在抢工期时，表现得特别明显。因此有必要，为双块式无砟轨道道床板裂缝的修补施工研发一套机械化装置。

发明内容

通过对双块式无砟轨道道床板混凝土裂缝发生位置的研究，发现这些裂缝产生的位置具有规律性。这些裂缝主要有两种构成，一种是八字形裂缝，均发生在轨枕的头部基本固定的位置上。另一种是贯通式裂缝，也是这种八字形裂缝向道床板中部的一种发展，位置也相对固定。这种位置相对固定的裂缝形式，为机械化自动化修补，提供了可能性。

通过对无砟轨道结构形式的研究，钢轨扣件的螺栓，在整个线路上成十分规律的分布。这些螺栓距离道床板裂缝位置的距离也基本固定。因此可以通过对螺栓头部的识别，确定离置，从而为机械手作业奠定了基础。

高速铁路双块式无砟轨道道床板混凝土裂缝修补模块化智能小车由主车架、定位信号采集及PLC控制电路及其电气接口、电源及气源接口、尼龙直流无刷电机走行轮及盘式制动器、蓄电池供电模块、汽油发电机模块、压缩空气模块等主要部分组成。小车具备在PLC控制下在轨道上智能行走的能力。

小车安装有电磁感应式定位装置，能够采集钢轨扣件螺栓的位置实现相对定位，并通过安装在车轴上的脉冲发生器和脉冲计数器实现精确定位，实现自动走行和定位进行作业。小车走行和电磁感应、脉冲定位、停车和驱动作业装置动作均由安装在小车上的PLC可编程控制器自动控制完成。为了实现与PLC的人机对话，控制PLC的工作状态，小车上还安装了了触摸屏和按钮控制台，实现小车不同工作状态的转换控制和对于小车的操控。

为了控制小车的单件重量，使其满足人工上道的要求，小车采用了模块化设计。将小车分为主车架(含走行轮和制动系统)、蓄电池动力模块、汽油发电机模块、空气压缩机模块等基础模块。主车架上安装有挂装机械手装置的机械接口、电气接口、电源及气源接口等。

为了控制小车的制造成本，小车采用了市场上容易采购到的材料。如电动车的直流无刷电机、摩托车上使用的盘式制动器、5千瓦交流发电机组、小功率空压机组等。在控制上使用了集成有脉冲信号输入端口的国产小型PLC控制器和触摸屏。

说明书附图说明：

图1是智能小车的车架俯视图。示意该小车的车架基本结构。

图2是智能小车的横断面图。示意控制台及空压机的安装位置。

图3是智能小车纵断面示意图，示意主要设备的安装位置。

图4是智能小车安装打磨机械手实现打磨功能的示意图。

图5是智能小车安装滚轮涂胶机械手实现涂胶封闭功能的示意图。

Claims (5)

1.高速铁路双块式无砟轨道道床板混凝土裂缝修补模块化智能小车由主车架、定位信号采集及PLC控制电路及其电气接口、电源及气源接口、尼龙直流无刷电机走行轮及盘式制动器、蓄电池供电模块、汽油发电机模块、压缩空气模块等主要部分组成。小车具备在PLC控制下在轨道上智能行走的能力。

小车安装有电磁感应式定位装置，能够采集钢轨扣件螺栓的位置实现相对定位，并通过安装在车轴上的脉冲发生器和脉冲计数器实现精确定位，实现自动走行和定位修补作业。小车走行和电磁感应、脉冲定位、停车和驱动作业装置动作均由安装在小车上的PLC可编程控制器自动控制完成。为了实现与PLC的人机对话，控制PLC的工作状态，小车上还安装了了触摸屏和按钮控制台，实现小车不同工作状态的转换控制和对于小车的操控。

为了控制小车的单件重量，使其满足人工上道的要求，小车采用了模块化设计。将小车分为主车架(含走行轮和制动系统)、蓄电池动力模块、汽油发电机模块、空气压缩机模块等基础模块。主车架上安装有挂装机械手装置的机械接口、电气接口、电源及气源接口等。

2.根据【权利要求1】所提出的高速铁路双块式无砟轨道道床板混凝土裂缝修补模块化智能小车，其特征在于：小车使用了模块化设计，在车架上集成了动力模块、电源模块、气源模块等基础模块。在车架上还集成了控制接口、电源接口、气源接口、外挂机械手装置的机械接口等。

3.根据【权利要求1】所提出的高速铁路双块式无砟轨道道床板混凝土裂缝修补模块化智能小车，其特征在于：小车利用了钢轨扣件螺栓头部的电磁特征，使用电磁感应的方法进行相对位置检测，实现plc相对位置清零，并使用安装在车轴上的脉冲发生器以PLC对脉冲计数的方式实现精确定位。

4.根据【权利要求1】所提出的高速铁路双块式无砟轨道道床板混凝土裂缝修补模块化智能小车，其特征在于：小车安装有触摸屏、控制台按钮和PLC构成的人机对话系统，可以实现对于PLC工作状态的转换，实现外挂不同机械手时的不同控制要求和实现对于小车的人工操控，实现非作业状态的走行控制。

5.根据【权利要求1】所提出的高速铁路双块式无砟轨道道床板混凝土裂缝修补模块化智能小车，其特征在于：小车使用了电动车所用的直流无刷电机作为动力；使用了摩托车所使用的盘式制动器作为制动装置。使用了国产带脉冲计数输入的PLC作为控制器。有效控制了制造成本。