CN109781019B

CN109781019B - 一种轨距测量装置及测量方法

Info

Publication number: CN109781019B
Application number: CN201910164189.0A
Authority: CN
Inventors: 高文斌; 罗瑞卿; 何贵阳; 汤小丽
Original assignee: Anhui University of Technology AHUT
Current assignee: Anhui University of Technology AHUT
Priority date: 2019-03-05
Filing date: 2019-03-05
Publication date: 2021-02-02
Anticipated expiration: 2039-03-05
Also published as: CN109781019A

Abstract

本发明公开了一种轨距测量装置及测量方法，属于轨道检测领域。它包括伸缩式基本轨距测量装置、左侧轨道内外侧相对测量装置以及右侧轨道内外侧相对测量装置，所述的左侧轨道内外侧相对测量装置和右侧轨道内外侧相对测量装置均固连在所述的伸缩式基本轨距测量装置上；所述伸缩式基本轨距测量装置包括由滑杆和套装在滑杆上的滑套组成的线性移动机构、滑杆上的光栅位移传感器以及分别安装于滑杆和滑套上的第一支架和第二支架。本发明能测量两轨之间的距离，同时又能够测量轨道自身的宽度、轨道中心相对内外侧的偏差等数值，测量操作简便、测量结果准确，可应用于铁轨、游乐设施轨道等多种轨道检测领域。

Description

一种轨距测量装置及测量方法

技术领域

本发明属于轨道检测领域，更具体地说，涉及一种轨距测量装置及测量方法。

背景技术

目前，我国在通用轨道(铁路轨道)轨距测量方面有过相关研究，对通用轨道(铁路轨道)的测量也有专门的测量工具，测量工具主要应用在铁路轨道、地铁轨道等轨道布置平缓、转弯半径大、轨道形状外形单一的场合，如轨距尺、XGJ-1准高速轨检车。但对于大型游乐设施的轨距测量，却无相应的轨距测量仪器，大多是检验检测人员在运行轨道中随机选取不少于10处位置利用钢卷尺进行测量，检测点随机性大，导致测量结果误差大、重复性差、覆盖率低，也有部分企业利用自制模板判断轨距的符合性，但是无法得出准确的测量结果。国外在通用轨道(铁路轨道)轨距测量方面也有过相关研究，也设计出了一些专用的测量仪器，如日本East－i综合检测列车、美国Ensco和ImageMap公司轨检车、德国OMWE和RAILAB轨检车等，但都局限在铁路轨道、地铁轨道等轨距的测量，而对于大型游乐设施的轨距测量，尚无可查文献。

轨距尺是我国对通用轨道的测量工具，用于测量铁路线路两股钢轨间的轨距，是一款专用计量器具。轨距尺的特征是尺杆由木尺杆和金属尺杆通过折叠机构，把两尺组成一个复合式的杆尺。轨距尺是一种窄轨轨道检测装置，其结构由尺身、标度尺及尺身上的游框组成，尺身为双工形型材结构，呈方管形，在型材上下两边外沿带有向外延伸，在外沿内侧开有槽口，将其不锈钢标度尺插入在槽口内，然后在其端头用销钉固定，尺身中间装有游框，游框上固定有副尺，侧板，侧板上固定有调整螺栓，尺身端头装有十字板和测头，整个轨距尺呈丁字形结构。从轨距尺的测量实现方式上讲，轨距尺的功能分为两大部分：一是横向长度测量，包括轨距、查照间隔和护背距离，从结构原理及量值溯源的角度分析，这三个参数是相互关联和相互制约的，按现行量值传递方法，测量误差从轨距到查照间隔、再到护背距离是逐渐增大的；二是垂向高度测量，包括水平和超高，作为线路的静态几何参数。

公开号为CN105277129A的现有技术公开了一种动态非接触轨道轨距测量系统及其方法。基于三角测量原理的激光测距传感器动态无接触轨距测量系统由三个相同的轨距测量组件和可同时控制三个相同的轨距测量组件的多工能伺服控制器组件构成；每个轨距测量组件包括：组件底座、导轨座、左限位挡块、右限位挡块、力矩伺服电机连轴器、直线导轨、丝杠付、编码器连轴器、力矩伺服电机、电机支架、编码器、激光测距传感器移动支架、激光测距传感器；两个轨距测量组件成对使用，用于测量轨距；另一个轨距测量组件与成对使用的轨距测量组件配合使用，用于轨检小车航向修正；根据激光测距传感器动态无接触轨距测量系统确定的物理数学模型，对激光测距传感器探头的初始位置、编码器初始位置进行标定计算，根据标定结果和物理数学模型解算出轨距和轨检小车航向修正值。

现有技术CN107988865A公开了一种铁轨检测尺，包括检测尺本体，所述检测尺本体包括横尺部、直挡部、固定部和滑动部；所述直挡部一侧与所述横尺部一侧固定连接，所述直挡部另一侧的底部设有小孔；所述固定部包括固定短部和固定长部，所述固定短部与所述小孔卡接，所述固定短部可在所述小孔内滑动，所述固定长部与所述横尺部另一侧铰接，所述固定长部可绕所述横尺部竖直平面转动90了；所述滑动部位于所述横尺部的底侧，所述滑动部与所述横尺部滑动连接。该发明通过传感器技术和单片机技术相结合，可自动检测、自动存储和实时显示，实现了对铁轨轨距和水平度的高精确数字化测量，有效地消除了人工机械式测量带来的误差大、工作效率低等不良因素。但是，采用该设备仅能够对两轨之间的距离进行检测，而无法检测轨道自身的宽度、轨道中心相对内外侧的偏差等数值。

轨道在设施长期运行的过程中会发生磨损，导致轨道不平顺；当在轨距超过国标范围的条件下高速行驶，轨道的不平顺会引起的车辆振动、轮轨噪声和轮轨运动作用力将大幅度增加，使平稳、舒适、安全性严重恶化，甚至导致列车脱轨。测量轨道中心相对内外侧的偏差，能够检测出轨距是否在国标范围内；因此，设计一种能够同时检测轨道内、外侧距离以及轨道自身的宽度、轨道中心相对内外侧的偏差等数值的轨距检测装置，仍是轨道检测领域亟待解决的问题。

发明内容

1.要解决的问题

针对现有技术中对测量技术人员水平的要求较高以及测量装置不便于自动化实现等问题，本发明提供一种轨距测量装置及测量方法。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种轨距测量装置，包括：伸缩式基本轨距测量装置、左侧轨道内外侧相对测量装置以及右侧轨道内外侧相对测量装置，所述的左侧轨道内外侧相对测量装置和右侧轨道内外侧相对测量装置均安装在所述的伸缩式基本轨距测量装置上；所述伸缩式基本轨距测量装置包括由滑杆和套装在滑杆上的滑套组成的线性移动机构、滑杆上的光栅位移传感器以及分别安装于滑杆和滑套上的第一支架和第二支架。所述的伸缩式基本轨距测量装置可以适应轨距被动微调以及实现轨距的基本测量；左、右侧轨道内外侧相对测量装置分别测量左、右侧轨道的直径。测量基本轨距时，将第一支架和第二支架分别放置于两侧轨道上，滑套随第一支架向一侧线性移动；光栅位移传感器测量滑套的相对移动距离，该距离与线性移动机构零位时第一支架和第二支架之间的距离之和即为基本轨距。

优选地，第一支架和第二支架为倒立的V型块。两V型块的顶点之间的距离即为两侧轨道的中心距。

优选地，所述左、右侧轨道内外侧相对测量装置分别使用红外传感器和编码器测量轨道内、外两侧分别偏离相应V型块的顶点所在位置的距离。

优选地，所述左、右侧轨道内外侧相对测量装置分别包括带动红外传感器进行线性移动的丝杆移动平台、线性导轨、驱动机构、联轴器以及编码器。

优选地，所述驱动机构由伺服电机和减速机构成。

优选地，所述丝杆移动平台由丝杆、丝杆螺母、支撑台构成。

优选地，所述的光栅位移传感器可以固定在所述的线性移动机构中滑杆的任意一面。

优选地，所述第一支架和第二支架通过压簧连接在所述的线性移动机构的滑杆和滑套下方。

优选地，所述支撑台固定在所述线性移动机构上，所述的丝杆的一端通过轴承安装在所述的支撑台上，并且通过所述的联轴器与所述的驱动机构连接，所述的丝杆移动平台另一端通过轴承安装在所述的支撑台上；所述的线性导轨通过螺钉固定在所述的支撑台上；所述的支撑台通过螺栓固定在所述的线性移动机构上。

一种采用上述装置测量轨距的方法，包括以下步骤：

1)将两V型块分别放置在两轨道上；

2)通过线性移动机构和光栅位移传感器测出基本轨距；

3)通过红外传感器和编码器分别测量左、右两侧轨道的内、外侧分别偏离相应V型块顶点所在位置的距离；

4)利用步骤2)测得的基本轨距与步骤3)测得的左、右两侧轨道的内、外侧分别偏离相应V型块顶点所在位置的距离，计算左、右两侧轨道内侧之间的距离以及外侧之间的距离。3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明通过伸缩式基本轨距测量装置、左侧轨道内外侧相对测量装置以及右侧轨道内外侧相对测量装置的设置，能够对两轨之间的距离进行测量，同时又能够测量轨道自身的宽度、轨道中心相对内外侧的偏差等数值；通过由滑杆和套装在滑杆上的滑套组成的线性移动机构、滑杆上的光栅位移传感器以及分别安装于滑杆和滑套上的第一支架和第二支架构成的伸缩式基本轨距测量装置，使测量操作简便、测量结果准确；

(2)本发明中左、右侧轨道内外侧相对测量装置采用红外传感器和编码器的设置，与现有技术轨距尺相比，提高了测量精度；红外传感器以及编码器的结合降低了对测量技术人员水平要求；

(3)本发明将红外传感器、丝杆装置以及编码器结合，通过丝杆移动平台实现自动化测距；

(4)本发明通过对伸缩式基本轨距测量装置的设置，可以安装升降机构，实现自动升降的功能，也可以搭载在移动机构或测量车上实现全程随机自动测量的功能。

附图说明

图1是本发明实施例中轨距测量装置的结构示意图；

图2是本发明实施例中轨道内外侧相对测量装置测量示意图；

图中：1、第一驱动机构；2、第一联轴器；3、第一编码器；4、第一红外传感器；5、第一丝杆；6、滑套；7、光栅位移传感器；8、滑杆；9、第二丝杆；10、第二红外传感器；11、第二编码器；12、第二联轴器；13、第二驱动机构；14、第二支撑台；15、第二丝杆螺母；16、第二线性导轨；17、第二V型块；18、第一V型块；19、第一线性导轨；20、第一丝杆螺母；21、第一支撑台。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

图1是本发明的一种轨道设施轨距测量装置的结构示意图。

如图1所示，本发明的一种轨道设施轨距测量装置由伸缩式基本轨距测量装置、左侧轨道内外侧相对测量装置以及右侧轨道内外侧相对测量装置构成。伸缩式基本轨距测量装置包括线性移动机构、第二V型块17和第一V型块18以及光栅位移传感器7，线性移动机构包括滑杆8和滑套6，测量基本轨距时，将第一V型块18和第二V型块17分别放置于两侧轨道上，滑套6随第一V型块18向一侧线性移动；光栅位移传感器7测量滑套6的相对移动距离，该距离与由滑杆8和滑套6组成的线性移动机构零位时第一V型块18和第二V型块17中心之间的距离之和即为基本轨距。

右侧轨道内外侧相对测量装置包括第一驱动机构1、第一联轴器2、第一编码器3、第一红外传感器4、第一丝杆移动平台和第一线性导轨19。左侧轨道内外侧相对测量装置包括第二驱动机构13、第二联轴器12、第二编码器11、第二丝杆移动平台、第二红外传感器10和第二线性导轨16。

第一驱动机构1和第二驱动机构13均由伺服电机和减速机构成。第一丝杆移动平台由第一丝杆5、第一丝杆螺母20、第一支撑台21等构成；第二丝杆移动平由第二丝杆9、第二丝杆螺母15、第二支撑台14等构成。

光栅位移传感器7通过螺钉固定在线性移动机构中滑杆8的侧面；第二V型块17和第一V型块18分别通过压簧连接在线性移动机构的滑杆8和滑套6上。第一支撑台21通过螺栓固定在线性移动机构上；第一丝杆5的一端通过轴承安装在第一支撑台21上，并且通过第一联轴器2与第一驱动机构1连接，第一丝杆5另一端通过轴承安装在第一支撑台21上，第一红外传感器4通过法兰与第一丝杆螺母20连接；第一线性导轨19通过螺钉固定在第一支撑台21上。第二支撑台14通过螺栓固定在线性移动机构上，第二丝杆9的一端通过轴承安装在第二支撑台14上，并且通过第二联轴器12与第二驱动机构13连接，第二丝杆9另一端通过轴承安装在第二支撑台14上。第二红外传感器10通过法兰与第二丝杆螺母15连接，第二线性导轨16通过螺钉固定在第二支撑台14上。

如图2所示，本发明的轨道内外侧相对测量装置以测量左侧轨道内外侧为例，第二红外传感器10位于第二V型块17正上方的中心处，此时第二编码器11为初始标定值；左侧轨道内外侧相对测量装置的第二驱动机构13驱动第二丝杆9带动第二红外传感器10从初始位置向左运动，第二编码器11的码盘开始计数，第二红外传感器10的光线不被轨道外侧遮挡时，第二红外传感器电平信号发生跳变，控制器触发输入I/O中断，在中断程序中记录第二编码器11码盘的当前值，根据第二红外传感器10相对第二V型块17中心的初始标定值，测得左侧轨道中心相对外侧偏差s₁；第二红外传感器回到初始位置，由第二驱动机构13驱动第二丝杆9带动第二红外传感器10从初始位置向右运动，第二编码器11的码盘开始计数，第二红外传感器10的光线不被轨道内侧遮挡时，第二红外传感器电平信号发生跳变，控制器触发输入I/O中断，在中断程序中记录第二编码器11码盘的当前值，根据第二红外传感器10相对第二V型块17中心的初始标定值，测得左侧轨道中心相对内侧偏差s₂，同理可以测得右侧轨道中心相对内侧偏差s₃、右侧轨道中心相对外侧偏差s₄。根据第一V型块18与第二V型块17中心的初始标定值及光栅位移传感器7读数计算可得基本轨距s₀。通过计算公式l_内＝s₀-s₂-s₃、l_外＝s₀+s₁+s₄分别得出轨道两内侧之间的距离、两外侧之间的距离。

如图1所示，本发明的一种轨距测量装置可以安装升降机构，实现自动升降的功能，也可以搭载在移动机构或测量车上实现全程随机自动测量的功能。

以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施实例，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种轨距测量装置，其特征在于，包括：伸缩式基本轨距测量装置、左侧轨道内外侧相对测量装置以及右侧轨道内外侧相对测量装置，所述的左侧轨道内外侧相对测量装置和右侧轨道内外侧相对测量装置均安装在所述的伸缩式基本轨距测量装置上；所述伸缩式基本轨距测量装置包括由滑杆（8）和套装在滑杆上的滑套（6）组成的线性移动机构、滑杆（8）上的光栅位移传感器（7）以及分别安装于滑杆（8）和滑套（6）上的第一支架和第二支架；

所述第一支架和第二支架为倒立的V型块；

所述左、右侧轨道内外侧相对测量装置分别使用红外传感器和编码器测量轨道内、外两侧分别偏离相应V型块的顶点所在位置的距离；

所述轨距测量装置测量轨距的方法，包括以下步骤：

1）将两V型块分别放置在两轨道上；

2）通过线性移动机构和光栅位移传感器（7）测出基本轨距；

3）通过红外传感器和编码器分别测量左、右两侧轨道的内、外侧分别偏离相应的V型块顶点所在位置的距离；

其中，红外传感器位于V型块正上方的中心处时，编码器的码盘值为初始标定值；红外传感器从初始位置向左或向右运动，当红外传感器的光线不被轨道遮挡时，记录编码器码盘的当前值；

4）利用步骤2）测得的基本轨距与步骤3）测得的左、右两侧轨道的内、外侧分别偏离相应V型块顶点所在位置的距离，计算左、右两侧轨道的内侧之间的距离以及外侧之间的距离；

其中所述步骤4）的计算方法具体为：根据第二红外传感器（10）相对第二V型块（17）中心的初始标定值，测得左侧轨道中心相对外侧偏差s₁和左侧轨道中心相对内侧偏差s₂，同理可以测得右侧轨道中心相对内侧偏差s₃、右侧轨道中心相对外侧偏差s₄；根据第一V型块（18）与第二V型块（17）中心的初始标定值及光栅位移传感器（7）读数计算可得基本轨距s₀；

通过计算公式l_内=s₀-s₂-s₃、l_外=s₀+s₁+s₄分别得出轨道两内侧之间的距离、两外侧之间的距离。

2.根据权利要求1所述的轨距测量装置，其特征在于，所述左、右侧轨道内外侧相对测量装置分别包括带动红外传感器进行线性移动的丝杆移动平台、线性导轨、驱动机构、联轴器以及编码器。

3.根据权利要求2所述的轨距测量装置，其特征在于，所述驱动机构由伺服电机和减速机构成。

4.根据权利要求2所述的轨距测量装置，其特征在于，所述丝杆移动平台由丝杆、丝杆螺母、支撑台构成。

5.根据权利要求1所述的轨距测量装置，其特征在于，所述的光栅位移传感器（7）可以固定在所述的线性移动机构中滑杆（8）的任意一面。

6.根据权利要求1所述的轨距测量装置，其特征在于，所述第一支架和第二支架分别通过压簧连接在所述的线性移动机构的滑杆（8）和滑套（6）下方。

7.根据权利要求4所述的轨距测量装置，其特征在于，所述的支撑台固定在所述的线性移动机构上，所述的丝杆的一端通过轴承安装在所述的支撑台上，并且通过所述的联轴器与所述的驱动机构连接，所述的丝杆移动平台另一端通过轴承安装在所述的支撑台上；所述的线性导轨通过螺钉固定在所述的支撑台上；所述的支撑台通过螺栓固定在所述的线性移动机构上。