CN110629609A - 一种动态轨道几何状态测量装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例涉及铁路轨道检测技术领域，具体地，涉及一种动态轨道几何状态测量装置。该动态轨道几何状态测量装置包括行走机构和测量机构；所述行走机构包括车体、呈三角形分布的三个车轮以及固定安装于所述车体的推杆，所述车轮能够绕其轴心线转动地安装于所述车体的底部，所述推杆用于推动所述行走机构沿所述铁路轨道移动；所述测量机构用于测量铁路轨道的轨道里程、轨向、轨面高度、轨距、三角坑以及轨道夹角。该动态轨道几何状态测量装置能够在沿铁路轨道移动的过程中快速采集轨道的姿态信息，从而能够提高铁路轨道的检测效率。

Description

一种动态轨道几何状态测量装置

技术领域

本申请涉及铁路轨道检测技术领域，具体地，涉及一种动态轨道几何状态测量装置。

背景技术

在新建铁路的铺轨精调工作阶段，现有轨道精调测量方式需要使用轨道静态几何状态测量装置(以下简称：静态轨检小车)配合全站仪对轨道逐个轨枕位置点位进行测量。传统的静态测量方法是将静态轨检小车推至轨枕位置让其处于静止状态，采集轨道的轨距和超高倾角，通过全站仪测量静态轨检小车上目标棱镜的坐标，再用精调软件计算轨道轨枕位置的内部几何状态参数和外部参数，完成静态轨检小车一根轨枕处的一次测量，然后将静态轨检小车推至下一根相邻轨枕位置，循环操作。静态轨检小车整个测量过程都以走走停停的方式进行，每一根轨枕的一次数据采集至少需要10秒钟时间，再加上推动静态轨检小车在相邻轨枕之间的行走时间，测量一根轨枕大概需要25秒钟。一个作业小组一晚上12个小时大概能完成1公里轨道测量(单线)。新建铁路轨道精调需要测量三遍，以正线100公里的铁路线路推算，轨道精调测量时间共需要600个组工天，轨道精调测量工作量巨大。

在运营铁路线路的日常检修阶段，轨道检修需要在一个天窗时间内完成一段轨道精调和轨道检测工作，由于受天窗期限制，一晚上只有三四个小时的检修天窗时间，轨道精调及测量时间紧、任务重。如果采用传统的静态轨检小车以静态测量方式作业，天窗时间根本无法保证按时完成轨道检修任务，静态轨检小车作业方式可能会导致铁路线路检修面临巨大的运营危险性。

同时，无砟高速铁路和有砟快速铁路在运营过程中，需要定期对线路状态进行普查测量。而现有静态轨检小车因静态测量方法效率低，不能满足运营期高铁天窗内快速检修的作业要求。

发明内容

本申请实施例中提供了一种动态轨道几何状态测量装置，该动态轨道几何状态测量装置能够在沿铁路轨道移动的过程中快速采集轨道的姿态信息，从而能够提高铁路轨道的检测效率。

本申请实施例提供了一种动态轨道几何状态测量装置，该动态轨道几何状态测量装置包括行走机构和测量机构；其中：

所述行走机构包括车体、呈三角形分布的三个车轮以及固定安装于所述车体的推杆，所述车轮能够绕其轴心线转动地安装于所述车体的底部，所述推杆用于推动所述行走机构沿所述铁路轨道移动；

所述测量机构用于测量铁路轨道的轨道里程、轨向、轨面高度、轨距、三角坑以及轨道夹角。

优选地，所述行走机构还包括沿竖直方向高度可调节地安装于所述纵向基座底部的滚轮；

所述测量机构包括与所述滚轮同轴设置的旋转编码器。

优选地，还包括沿所述铁路轨道的宽度方向相对设置的固定轮和活动轮；所述固定轮和所述活动轮的轴心线均沿竖直方向设置；

所述固定轮能够绕其轴心线转动地固定安装于所述车体的底部，所述固定轮沿所述铁路轨道的延伸方向排列，所述固定轮的轮缘与一侧所述铁路轨道的内表面相抵接；

所述活动轮能够绕其轴心线转动地、且与所述固定轮之间的间距可弹性调节地安装于所述车体的底部，所述活动轮的轮缘与另一侧所述铁路轨道的内表面相抵接；

所述测量机构包括安装于所述固定轮上的距离传感器。

优选地，所述车体包括横跨于所述铁路轨道顶部的横向基座和垂直连接于所述横向基座一端的纵向基座；所述纵向基座沿所述铁路轨道的长度方向延伸。

优选地，所述测量机构还包括固定安装于所述横向基座上的惯性导航仪(惯性导航系统，Inertial Navigation System，简称INS)。

优选地，所述横向基座上通过螺栓固定安装有转接板，所述惯性导航仪通过螺栓固定安装于所述转接板上。

优选地，所述横向基座上固定连接有推杆底座，在所述推杆底座上铰接有推杆，所述推杆上焊接连接有推杆手柄。

优选地，在所述横向基座上固定连接有支撑杆，在所述支撑杆的顶部固定安装有卡具；

所述测量机构还包括固定安装于所述卡具上的全站仪(全站型电子测距仪，Electronic Total Station)或目标棱镜。

优选地，所述活动轮固定安装于所述横向基座的底部；

所述固定轮固定安装于所述纵向基座的底部。

优选地，在所述车体的两端均固定连接有把手。

优选地，还包括安装于所述车体的照明灯。

优选地，还包括与所述测量机构信号连接的控制器，所述控制器嵌入于所述车体的顶部，用于控制所述测量机构工作，并采集所述测量机构的测量数据。

优选地，所述行走机构还包括安装于所述车体的驱动组件，所述驱动组件与所述车轮之间传动连接，用于驱动所述车轮转动。

优选地，所述驱动组件为电动机或内燃机。

采用本申请实施例中提供的动态轨道几何状态测量装置，具有以下有益效果：

上述动态轨道几何状态测量装置主要应用于高速铁路、快速铁路轨道的精调测量及线形优化测量，并包括具有车体、车轮和推杆的行走机构，通过行走机构能够使动态轨道几何状态测量装置沿铁路轨道移动；在采用上述动态轨道几何状态测量装置开展轨道测量作业时，将待测量的轨道按60米间距划分测量单元，只需要在测量单元起、终点使用通过测量机构采集车体的三维坐标，在测量单元之间采用测量机构快速采集轨道的姿态信息，并采用测量机构动态采集铁路轨道的里程及轨距，通过对测量机构获取的测量数据进行综合处理，就能够计算出具有较高精度的轨道内部几何状态参数和外部参数。因此，采用上述动态轨道几何状态测量装置能够提高铁路轨道的检测效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例提供的一种动态轨道几何状态测量装置的主视图；

图2为图1中提供的动态轨道几何状态测量装置的俯视图；

图3为图1中提供的动态轨道几何状态测量装置的左视图。

附图标记：

1-横向基座；2-纵向基座；3-车轮；4-惯性导航仪；5-旋转编码器；6-推杆；7-滚轮；8-固定轮；9-活动轮；10-转接板；11-推杆底座；12-推杆手柄；13-支撑杆；14-卡具；15-把手；16-电源；17-照明灯；18-控制器。

具体实施方式

为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

图1、图2和图3为本申请实施例提供的动态轨道几何状态测量装置的不同角度的结构示意图，该动态轨道几何状态测量装置包括行走机构和测量机构；其中：

行走机构包括车体、呈三角形分布的三个车轮3以及固定安装于车体的推杆6，车轮3能够绕其轴心线转动地安装于车体的底部，推杆6用于推动行走机构沿铁路轨道移动；在使用上述动态轨道几何状态测量装置进行测量时，动态轨道几何状态测量装置如图1结构所示放置于铁路轨道上，车轮3支承于铁路轨道的顶面上，并与铁路轨道的轨面滚动接触，在推杆6上施加有作用力时，行走机构可以沿铁路轨道移动；三个车轮3呈三角形分布，其中，两个车轮3支承于同一条铁轨的顶面上，另一个车轮3支承于另一条铁轨的顶面上；行走机构用于带动动态轨道几何状态测量装置沿铁路轨道运动，从而实现对铁路轨道的测量；

测量机构用于测量铁路轨道的轨道里程、轨向、轨面高度、轨距、三角坑以及轨道夹角。测量机构可以安装于车体，并包括全站仪(全站型电子测距仪，Electronic TotalStation)、惯性导航仪4(惯性导航系统，Inertial Navigation System，简称INS)、旋转编码器5以及距离传感器(图中未示出)。如图1和图2结构所示，惯性导航仪4设置于车体的一端部，全站仪(图中未示出)可以安装于车体的中间部位或图1中的卡具14上，也可以与车体分体设置；旋转编码器5用于测量铁路轨道的轨道里程，如图3结构所示，在车体的底部还设置有与铁路轨道的轨面滚动接触的滚轮7，旋转编码器5与滚轮7同轴设置，通过旋转编码器5记录滚轮7的滚动圈数，从而得出滚轮7所走过的轨道的长度，即，轨道里程；如图1结构所示，通过距离传感器测量固定轮8和活动轮9之间的距离可以得出轨距。惯性导航仪4可以为高精度激光惯性导航设备。

上述动态轨道几何状态测量装置主要应用于高速铁路、快速铁路轨道的精调测量及线形优化测量，并包括具有车体、车轮3和推杆6的行走机构，通过施加于推杆6的推力能够使车轮沿铁路轨道滚动，使行走机构沿铁路轨道移动；在采用上述动态轨道几何状态测量装置开展轨道测量作业时，将待测量的轨道按60米间距划分测量单元，只需要在测量单元起、终点使用测量机构采集车体的三维坐标，在测量单元之间采用测量机构快速采集轨道的姿态信息，采用测量机构动态采集铁路轨道的里程及轨距，通过对测量机构获取的测量数据进行综合处理，就能够计算出具有较高精度的轨道内部几何状态参数和外部参数。因此，采用上述动态轨道几何状态测量装置能够提高铁路轨道的检测效，行走机构还包括沿竖直方向高度可调节地安装于纵向基座2底部的滚轮7；

为了准确测量轨道里程，如图3结构所示，行走机构还包括沿竖直方向高度可调节地安装于纵向基座2底部的滚轮7；测量机构包括与滚轮7同轴设置的旋转编码器5。滚轮7可以通过支架安装于车体的底部，并在支架和车体之间安装有压缩弹簧，通过压缩弹簧使滚轮7与轨面始终保持接触，从而能够通过与滚轮7同轴转动地旋转编码器5准确地记录滚轮7的转动圈数，以获取行走机构行走的距离，最终得出轨道里程。

如图1和图3结构所示，上述动态轨道几何状态测量装置还包括沿铁路轨道的宽度方向相对设置的固定轮8和活动轮9；固定轮8可以设置一个或多个，活动轮9也可以设置一个或多个；固定轮8能够绕其轴心线转动地固定安装于车体的底部，固定轮8沿铁路轨道的延伸方向排列，固定轮8的轮缘与一侧铁路轨道的内表面相抵接；活动轮9能够绕其轴心线转动地、且与固定轮8之间的间距可弹性调节地安装于车体的底部，活动轮9的轮缘与另一侧铁路轨道的内表面相抵接；测量机构包括安装于固定轮8上的距离传感器。固定轮8和活动轮9的轴心线均沿竖直方向设置，固定轮8的旋转轴与车轮3的旋转轴垂直设置，活动轮9的旋转轴与车轮3的旋转轴垂直设置，使得车轮3在竖直面内转动，车轮3的轮缘与铁路轨道的轨面接触，而固定轮8和活动轮9则在水平面内转动，使得固定轮8的轮缘与铁路轨道一侧铁轨的内表面滚动接触，而活动轮9的轮缘与铁路轨道另一侧铁轨的内侧面滚动接触；通过设置在固定轮8上的距离传感器来检测铁路轨道的两侧铁轨之间的距离。活动轮9可以固定安装于横向基座1的底部；固定轮8固定安装于纵向基座2的底部。

通过设置在车体底部的固定轮8和活动轮9与铁路轨道相对的内表面的滚动接触，并通过设置在固定轮8上的距离传感器能够检测轨距，由于活动轮9与固定轮8之间的间距可弹性调节，使得活动轮9的轮缘能够始终保持与铁轨内表面的贴合，从而能够准确地测量铁路轨道的轨距；活动轮9的弹性调节可以通过设置在活动轮9与车体之间的压缩弹簧来实现，也可以通过其它方式实现。

为了保证车体的结构强度，如图2结构所示，车体包括横跨于铁路轨道顶部的横向基座1和垂直连接于横向基座1一端的纵向基座2；纵向基座2沿铁路轨道的长度方向延伸。设置于车体上的三个车轮3中的两个车轮3均设置于纵向基座2的底部，而另一个车轮3设置于横向基座1的底部，三个车轮3呈三角形分布，使得三个车轮3之间的结构比较稳定，不易变形，进一步提高测量数据的准确性。

如图1结构所示，测量机构还包括固定安装于横向基座1上的惯性导航仪4，惯性导航仪4可以通过转接板10固定安装于横向基座1上。在横向基座1上通过螺栓固定安装有转接板10，惯性导航仪4通过螺栓固定安装于转接板10上。

如图1结构所示，在构成车体的横向基座1上固定连接有推杆底座11，在推杆底座11上铰接有推杆6，推杆6上焊接连接有推杆手柄12。通过推杆底座11与推杆6的铰接设置，使得推杆6能够相对推杆底座11转动，即，推杆6能够相对横向基座1转动，通过推杆6的相对转动能够调节推杆6的姿态，从而方便操作和用力。

在测量过程中，上述动态轨道几何状态测量装置既可以通过人力进行驱动，即，通过人力推动推杆6使车轮3沿待测量轨道转动，也可以通过机械力对车轮3进行驱动，即，通过电动机、内燃机等驱动组件(图中未示出)产生驱动车轮3转动地驱动力来使车轮3沿待测量轨道转动；行走机构还可以包括安装于车体的驱动组件，驱动组件与车轮3之间传动连接，用于驱动车轮3转动。驱动组件的输出轴可以直接驱动车轮3的轮轴，也可以通过传动组件将驱动组件产生的驱动力传递给车轮3的轮轴，传动组件可以为齿轮传动组件、链传动组件、带传动组件等具有动力传递功能的传动组件。

由于在行走机构的车体上设置有驱动组件，通过驱动组件能够驱动车轮3转动，不仅能够节省人力，降低劳动强度，而且还能对行走机构110的行走速度进行控制，有利于提高测量效率和测量精度。

为了方便全站仪在车体上的安装，如图1结构所示，在横向基座1上固定连接有支撑杆13，在支撑杆13的顶部固定安装有卡具14；测量机构还包括固定安装于卡具14上的全站仪或目标棱镜。通过卡具14能够实现全站仪或目标棱镜的快速安装和拆卸。

如图1和图2结构所示，为了方便上述动态轨道几何状态测量装置的搬运，在车体的两端均固定连接有把手15。在需要对铁路轨道进行测量时，可以通过对设置于车体的两端的把手15进行吊装或抬升将动态轨道几何状态测量装置放置于铁路轨道上，并在测量结束时，通过把手15将动态轨道几何状态测量装置从铁路轨道上搬下来，通过设置在车体两端的把手15方便了动态轨道几何状态测量装置的搬运和装卸。

如图1和图2结构所示，上述动态轨道几何状态测量装置还包括安装于车体的照明灯17，照明灯17可以与设置于车体上的电源16电连接，也可以与设置于车体之外的电源16电连接。

由于动态轨道几何状态测量装置一般只能在晚上进行测量，通过安装于车体上的照明灯17能够为测量人员提供足够亮度的光线，使得在夜间进行测量时能够顺利进行，提高了动态轨道几何状态测量装置的使用效率。

如图2结构所示，上述动态轨道几何状态测量装置还包括与测量机构信号连接的控制器18，控制器18嵌入于车体的顶部，用于控制测量机构工作，并采集测量机构的测量数据。控制器18可以与设置于车体上的电源16电连接。通过控制器18能够对测量机构进行控制，并获取和存储测量机构的测量数据，便于在测量结束后对测量数据进行计算或存储。测量机构与控制器18之间可以通过无线网络进行无线连接，也可以通过线缆进行有线连接。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (14)

1.一种动态轨道几何状态测量装置，其特征在于，包括行走机构和测量机构；其中：

所述行走机构包括车体、呈三角形分布的三个车轮以及固定安装于所述车体的推杆，所述车轮能够绕其轴心线转动地安装于所述车体的底部，所述推杆用于推动所述行走机构沿所述铁路轨道移动；

所述测量机构用于测量铁路轨道的轨道里程、轨向、轨面高度、轨距、三角坑以及轨道夹角。

2.根据权利要求1所述的动态轨道几何状态测量装置，其特征在于，所述行走机构还包括沿竖直方向高度可调节地安装于所述纵向基座底部的滚轮；

所述测量机构包括与所述滚轮同轴设置的旋转编码器。

3.根据权利要求2所述的动态轨道几何状态测量装置，其特征在于，还包括沿所述铁路轨道的宽度方向相对设置的固定轮和活动轮；所述固定轮和所述活动轮的轴心线均沿竖直方向设置；

所述固定轮能够绕其轴心线转动地固定安装于所述车体的底部，所述固定轮沿所述铁路轨道的延伸方向排列，所述固定轮的轮缘与一侧所述铁路轨道的内表面相抵接；

所述活动轮能够绕其轴心线转动地、且与所述固定轮之间的间距可弹性调节地安装于所述车体的底部，所述活动轮的轮缘与另一侧所述铁路轨道的内表面相抵接；

所述测量机构包括安装于所述固定轮上的距离传感器。

4.根据权利要求3所述的动态轨道几何状态测量装置，其特征在于，所述车体包括横跨于所述铁路轨道顶部的横向基座和垂直连接于所述横向基座一端的纵向基座；所述纵向基座沿所述铁路轨道的长度方向延伸。

5.根据权利要求4所述的动态轨道几何状态测量装置，其特征在于，所述测量机构还包括固定安装于所述横向基座上的惯性导航仪。

6.根据权利要求5所述的动态轨道几何状态测量装置，其特征在于，所述横向基座上通过螺栓固定安装有转接板，所述惯性导航仪通过螺栓固定安装于所述转接板上。

7.根据权利要求4所述的动态轨道几何状态测量装置，其特征在于，所述横向基座上固定连接有推杆底座，在所述推杆底座上铰接有推杆，所述推杆上焊接连接有推杆手柄。

8.根据权利要求5所述的动态轨道几何状态测量装置，其特征在于，在所述横向基座上固定连接有支撑杆，在所述支撑杆的顶部固定安装有卡具；

所述测量机构还包括固定安装于所述卡具上的全站仪或目标棱镜。

9.根据权利要求4所述的动态轨道几何状态测量装置，其特征在于，所述活动轮固定安装于所述横向基座的底部；

所述固定轮固定安装于所述纵向基座的底部。

10.根据权利要求4所述的动态轨道几何状态测量装置，其特征在于，在所述车体的两端均固定连接有把手。

11.根据权利要求1所述的动态轨道几何状态测量装置，其特征在于，还包括安装于所述车体的照明灯。

12.根据权利要求11所述的动态轨道几何状态测量装置，其特征在于，还包括与所述测量机构信号连接的控制器，所述控制器嵌入于所述车体的顶部，用于控制所述测量机构工作，并采集所述测量机构的测量数据。

13.根据权利要求1-12任一项所述的动态轨道几何状态测量装置，其特征在于，所述行走机构还包括安装于所述车体的驱动组件，所述驱动组件与所述车轮之间传动连接，用于驱动所述车轮转动。

14.根据权利要求13所述的动态轨道几何状态测量装置，其特征在于，所述驱动组件为电动机或内燃机。