CN113219057A - 一种高速铁路轨道板充填层检测自动化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速铁路轨道板充填层检测自动化装置，包括控制模块、两组驱动模块、两组能源模块及多组执行检测模块；两组所述驱动模块分别一一对应连接在所述能源模块的底部，两组相对应安装的所述驱动模块及能源模块分别位于所述控制模块的两侧；所述能源模块的两端及控制模块的两端分别固定连接有安装板，且控制模块两端的安装板分别与其靠近的能源模块一端的安装板固定连接；所述执行检测模块分别一一对应转动连接在所述安装板上；所述控制模块分别与所述能源模块、驱动模块及执行检测模块电连接；所述能源模块与所述驱动模块电连接，本发明结构简单，适应性强，测量效率高，节约人工成本。

Description

一种高速铁路轨道板充填层检测自动化装置

技术领域

本发明涉及一种铁路用检测设备，具体涉及一种高速铁路轨道板充填层检测自动化装置。

背景技术

无砟轨道填充层中存在脱空、离缝等病害，当前主要通过人工观察和塞尺测量等方法来检测，费时费力且精度较低。随着技术的进步，科研人员利用冲击回波法、超声波法等无损检测技术来检测无砟轨道结构内部病害，取得了较好的效果。

但当前的无损检测无砟轨道病害的方法都为单点检测，由于轨道板面积较大，测点很多，单点检测的方法效率很低，无法适应高速铁路大规模检测需求。北京铁科工程检测中心结合无砟轨道的结构特征，发明了《CRTSⅡ型板式无砟轨道充填层粘结质量检测设备及方法》，通过检测小车集成的6对超声波传感器，可同时检测一个断面。但该检测小车采用人工推行和人工下压的方式进行检测，下压力度无法良好掌握，容易对传感器造成磨损，且在道岔区钢轨件较多的区域无法下压检测。

因此，如何提供一种检测效果好、适应性强的高速铁路轨道板充填层检测自动化装置是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种高速铁路轨道板充填层检测自动化装置，检测效率高，适应性强。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种高速铁路轨道板充填层检测自动化装置，包括控制模块、两组驱动模块、两组能源模块及多组执行检测模块；两组所述驱动模块分别一一对应连接在所述能源模块的底部，两组相对应安装的所述驱动模块及能源模块分别位于所述控制模块的两侧；所述能源模块的两端及控制模块的两端分别固定连接有安装板，且控制模块两端的安装板分别与其靠近的能源模块一端的安装板固定连接；所述执行检测模块分别一一对应转动连接在所述安装板上；所述控制模块分别与所述能源模块、驱动模块及执行检测模块电连接；所述能源模块与所述驱动模块电连接。

本发明的有益效果是：本发明高速铁路轨道板充填层检测自动化装置包括控制模块、两组驱动模块、两组能源模块及多组执行检测模块；控制模块便于控制驱动模块及执行检测模块的工作，能源模块提供整体检测机器人的电源，保证检测机器人的有序检测及运行，多组执行检测模块可同时检测轨道板的同一横断面，提高检测效率，两组驱动模块还可以提供检测机器人的支撑，方便稳定的在轨道上行走，提高检测机器人的适应性。

优选的，所述控制模块包括控制器盒和数据采集盒，所述控制器盒与所述数据采集盒的一侧边端活页连接；所述控制器盒与所述数据采集盒相靠近的一侧面分别设置有锁紧卡扣及卡口，所述锁紧卡扣可对应卡接在所述卡口内限制所述控制器盒与数据采集盒的转动；所述控制器盒内的控制器与所述数据采集盒内的数据采集板电连接；所述安装板分别固定连接在所述控制器盒及数据采集盒活页转动方向的两端；所述控制器分别电连接所述驱动模块、能源模块、及执行检测模块。

优选的，所述驱动模块均包括安装架、驱动电机、编码器及两个行走轮，所述驱动电机及编码器均固定安装在所述安装架上，所述驱动电机分别与所述能源模块及所述控制器电连接，所述控制器与所述编码器电连接；两个所述行走轮分别转动安装在所述安装架的两端；所述驱动电机的输出轴传动连接其中一个所述行走轮的驱动轴，所述编码器连接编码器联轴器，所述编码器联轴器对应传动连接另一个所述行走轮的驱动轴。

优选的，所述安装架上对应所述驱动电机的位置固定安装有电机散热器，所述电机散热器与所述能源模块电连接。

优选的，所述能源模块均包括基板、移动电源及罩壳，所述基板固定连接在所述安装架的上方，所述移动电源固定安装在所述基板上，所述罩壳设置在所述移动电源的外周侧且与所述基板固定连接，所述能源模块两端的所述安装板分别固定连接在所述基板的两端；所述移动电源分别与所述驱动电机、电机散热器、控制器及执行检测模块电连接。

优选的，所述执行检测模块均包括升降机架、升降舵机、升降柱、充填层传感器及限位传感器，所述升降机架为U型结构框架，所述升降机架与所述安装板转动连接；所述U型结构框架相对平行的两段上固定连接滑块，所述升降柱的两侧壁设置滑轨，所述滑块分别对应滑动连接在所述滑轨上，所述升降柱的一侧面设有升降齿条，所述升降舵机固定连接在所述升降机架上，所述升降舵机传动连接齿轮，所述齿轮与所述升降齿条啮合带动所述升降柱升降；所述充填层传感器固定安装在所述升降柱下移的端部，所述充填层传感器与所述数据采集板电连接；所述限位传感器固定安装在所述升降柱的一侧面，所述限位传感器与所述升降舵机电连接。

优选的，还包括下限位传感器触发器及上限位传感器触发器，所述限位器包括下限位传感器和上限位传感器，所述下限位传感器位于所述上限位传感器的下侧，所述滑轨的底部沿所述升降柱的升降方向滑动连接有下限位传感器触发环，所述下限位传感器触发器固定安装在所述下限位传感器触发环上；所述下限位传感器固定安装在所述升降柱上，所述下限位传感器触发器可触发所述下限位传感器；所述上限位传感器触发器固定安装在所述升降柱上，所述上限位传感器固定安装在所述升降机架上，所述上限位传感器触发器可触发所述上限位传感器。

优选的，所述充填层传感器包括发射头及接收头，所述发射头及接收头均与所述数据采集板电连接，所述发射头及接收头均固定安装在传感器安装头上，所述传感器安装头固定连接在所述升降柱的升降底端。

优选的，所述升降柱的升降顶端固定设有防止所述滑块脱离滑轨的限位盖。

优选的，所述安装板为两面板长度方向在同一平面内垂直的L型结构板，所述L型结构板的一板面上安装轴承，所述升降机架上对应所述轴承位置固定连接安装轴，且所述安装轴与所述轴承配合连接使得所述升降机架与所述安装板转动连接。

附图说明

图1为本发明一种高速铁路轨道板充填层检测自动化装置整体结构示意图；

图2为本发明一种高速铁路轨道板充填层检测自动化装置俯视图；

图3为本发明一种高速铁路轨道板充填层检测自动化装置控制模块示意图一；

图4为本发明一种高速铁路轨道板充填层检测自动化装置控制模块示意图二；

图5为本发明一种高速铁路轨道板充填层检测自动化装置驱动模块示意图；

图6为本发明一种高速铁路轨道板充填层检测自动化装置驱动模块A-A截面示意图；

图7为本发明一种高速铁路轨道板充填层检测自动化装置能源模块示意图；

图8为本发明一种高速铁路轨道板充填层检测自动化装置基板及安装板示意图；

图9为本发明一种高速铁路轨道板充填层检测自动化装置执行检测模块示意图；

图10为本发明一种高速铁路轨道板充填层检测自动化装置执行检测模块内部示意图一；

图11为本发明一种高速铁路轨道板充填层检测自动化装置执行检测模块内部示意图二；

图12为本发明一种高速铁路轨道板充填层检测自动化装置折叠状态示意图。

1控制模块、101控制器盒、102数据采集盒、103锁紧卡扣、104卡口、2驱动模块、201安装架、202驱动电机、203编码器、204行走轮、205编码器联轴器、206驱动轴、207电机散热器、3能源模块、301基板、302罩壳、4执行检测模块、401升降机架、402升降舵机、403升降柱、404充填层传感器、4041发射头、4042接收头、405限位传感器、4051下限位传感器、4052上限位传感器、406滑轨、407滑块、408升降齿条、409齿轮、410下限位传感器触发环、411下限位传感器触发器、412上限位传感器触发器、413限位盖、5安装板、6连接杆、7轴承。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参阅本发明附图1至12，根据本发明实施例一种高速铁路轨道板充填层检测自动化装置，包括控制模块1、两组驱动模块2、两组能源模块3及多组执行检测模块4；两组驱动模块2分别一一对应连接在能源模块3的底部，两组相对应安装的驱动模块2及能源模块3分别位于控制模块1的两侧；能源模块3的两端及控制模块1的两端分别固定连接有安装板5，且控制模块1两端的安装板5分别与其靠近的能源模块一端的安装板5固定连接，具体的，控制模块两端的安装板与其靠近的能源模块一侧的安装板通过连接杆固定连接，且各组执行检测模块相对布置均匀，执行检测模块4分别一一对应转动连接在安装板5上；控制模块1分别与能源模块3、驱动模块2及执行检测模块4电连接；能源模块3与驱动模块2电连接。

在另一些实施例中，控制模块1包括控制器盒101和数据采集盒102，控制器盒101与数据采集盒102的一侧边端活页连接；控制器盒与数据采集盒的联合作用保障检测机器人的有序运行，且活页连接可以折叠该装置，方便携带和运输，控制器盒101与数据采集盒102相靠近的一侧面分别设置有锁紧卡扣103及卡口104，锁紧卡扣103可对应卡接在卡口104内限制控制器盒101与数据采集盒102的转动；锁紧卡扣的应用保证检测机器人的正常工作状态，应用完毕后折叠收起，控制器盒101内的控制器与数据采集盒102内的数据采集板电连接；安装板5分别固定连接在控制器盒101及数据采集盒102活页转动方向的两端；控制器分别电连接驱动模块2、能源模块3及执行检测模块4。

具体的，控制器盒及数据采集盒上均设有LED指示灯，指示灯可以显示检测机器人的运行状态及报警。

在另一些实施例中，驱动模块2均包括安装架201、驱动电机202、编码器203及两个行走轮204，驱动电机202及编码器203均固定安装在安装架201上，驱动电机与能源模块电连接提供检测机器人行走动力源，驱动电机与控制器电连接，控制器与编码器203电连接；两个行走轮204分别转动安装在安装架201的两端；驱动电机202的输出轴传动连接其中一个行走轮204的驱动轴206，编码器203连接编码器联轴器205，编码器联轴器205对应传动连接另一个行走轮204的驱动轴，通过编码器连接编码器联轴器进而获得行走轮的圈数，编码器将行走轮的圈数采集并换算成里程值，反馈给控制器，也可以有效降低震动对编码器的影响。

具体的，驱动电机与行走轮的驱动轴之间连接减速器，可以使得行走轮获得相应的转速。

具体的，安装架201上对应驱动电机202的位置固定安装有电机散热器207，电机散热器207与能源模块3电连接，电机散热器会对驱动电机进行散热，提高输出效率，延长使用寿命。

在另一些实施例中，能源模块3均包括基板301、移动电源及罩壳302，基板301采用镂空的设计，一方面减少用料及自身重量，另一方面便于穿线，基板301固定连接在安装架201的上方，移动电源固定安装在基板301上，罩壳302设置在移动电源的外周侧且与基板301固定连接，能源模块3两端的安装板5分别固定连接在基板301的两端；移动电源分别与驱动电机202、电机散热器207、控制器及执行检测模块4电连接。

在另一些具体实施例中，执行检测模块4均包括升降机架401、升降舵机402、升降柱403、充填层传感器404及限位传感器405，升降机架401为U型结构框架，升降机架401与安装板5转动连接；可以使得执行检测模块有效的折叠，U型结构框架相对平行的两段上固定连接滑块407，升降柱403的两侧壁设置滑轨406，滑块407分别对应滑动连接在滑轨406上，滑块及滑轨的设置使得升降柱顺利的上下升降，升降柱403的一侧面设有升降齿条408，升降舵机402固定连接在升降机架401上，升降舵机主要控制升降柱的升降，升降舵机402的输出轴传动连接齿轮409，齿轮409与升降齿条408啮合带动升降柱403升降；充填层传感器404固定安装在升降柱403下移的端部，便于超声检测轨道板充填层的状况，充填层传感器404与数据采集板电连接；限位传感器405固定安装在升降柱403的一侧面，限位传感器405与升降舵机402电连接，限位传感器的作用在于控制升降柱的升降位置。

在其他一些实施例中，还包括下限位传感器触发器411及上限位传感器触发器412，限位传感器405包括下限位传感器4051和上限位传感器4052，下限位传感器4051位于上限位传感器4052的下侧，滑轨406的底端沿升降柱403的升降方向滑动连接有下限位传感器触发环410，下限位传感器触发器411固定安装在下限位传感器触发环上410；下限位传感器4051固定安装在升降柱403上，下限位传感器触发器411可触发下限位传感器4051；上限位传感器触发器412固定安装在升降柱403上，上限位传感器4052固定安装在升降机架401上，上限位传感器触发器412可触发上限位传感器4052。

具体的，上限位传感器触发器通过接触上限位传感器来触发上限位传感器的工作，上限位传感器触发器采用斜面式设计，在上升的过程中便于将冲击力与触发力分离，有效保护上限位传感器，延长使用寿命。

在其他一些具体实施例中，充填层传感器404包括发射头4041及接收头4042，发射头4041及接收头4042均与数据采集板电连接，发射头4041及接收头4042均固定安装在传感器安装头414上，传感器安装头414固定连接在升降柱403的底端。

具体的，下限位传感器触发环的尺寸大于传感器安装头的尺寸，可以有效的保护充填层传感器，避免被非轨道板的障碍物触发造成误测情况，

更具体的，升降柱403的升降方向顶端固定设有防止滑块407脱离滑轨的限位盖413，增强安全性。

再具体的，安装板5为两面板长度方向在同一平面内垂直的L型结构板，L型结构板的一板面上安装轴承7，升降机架401上对应轴承位置固定连接安装轴，且安装轴与轴承7配合连接使得升降机架401可在安装板5上相对转动，更具体的，控制器盒的一侧、数据采集盒的一侧、能源基板的两侧均设置有轴承，使得升降机架两端的安装轴均与对应的轴承配合安装，提高转动连接的稳定性，在收起检测机器人时，适当的调节执行检测模块的转动位置，便于后续的折叠收起。

本发明中所有的线路均为隐蔽线路，在对应的部件上设置走线孔及过线孔，在增加本发明装置美观性的同时，确保其安全性。

本发明中驱动模块作为机器人动力输出，拖动机器人在铁轨上进行运动。执行检测模块主要实现充填层传感器对轨道板充填层状况的采集，控制模块主要对机器人进行控制并实现折叠使机器人便于携带。能源模块为机器人提供全部的电力供应，并进行电源管理。

本发明高速铁路轨道板充填层检测自动化装置的具体工作过程：

将检测机器人放置在待检测的高速铁路轨道上，检测机器人开始工作，在驱动模块的驱动作用下，机器人在轨道上行走，具体的驱动模块由驱动电机驱动行走轮在轨道上行走，行走轮反过来可以通过编码器测得其行走的里程，便于控制模块进一步分析控制，执行检测模块工作，升降柱在升降舵机的带动下进行下降，当升降柱端部的下限位传感器触发环触碰到下部的障碍物时会被顶起，此时下限位传感器触发器上移并触发下限位传感器，下限位传感器可将信息传给控制器，控制器进而下达命令控制升降舵机保持位置，充填层传感器通过发射头和接收头完成数据采集，完成数据采集后控制器控制升降舵机工作，升降柱在升降舵机的带动下实现上升动作，当上限位传感器触发器触发上限位传感器时，升降舵机保持位置，同时在此动作中由于升降机架的作用可使得下限位传感器触发环复位，在升降柱升降的一次循环中，多个位置的执行检测模块的充填层传感器可以采集轨道板一个断面的情况，采集效率高，即使在岔道口处也能采集相应的数据，具体的各个执行模块的独立工作运行的，互不干扰，保证检测工序的有效进行。

本发明由于采用模块化设计，检测机器人的通用部件可扩展至其他轨道检测设备进行使用；如果出现故障，可以直接对模块进行更换，减少因故障造成的工作延误；采用独立驱动的升降柱安装超声波充填层传感器，可以使机器人在检测岔道或遇到未知障碍时，依然有部分传感器可以实现独立的采集，不影响其他传感器的正常使用；多组传感器的安装，可以使机器人一个工作循环即可完成一个断面的数据采集，大大的提高了效率；且本发明可折叠式的设计可以使机器人的便携性大大提升。

对于实施例公开的装置和使用方法而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种高速铁路轨道板充填层检测自动化装置，其特征在于，包括控制模块(1)、两组驱动模块(2)、两组能源模块(3)及多组执行检测模块(4)；两组所述驱动模块(2)分别一一对应连接在两组所述能源模块(3)的底部，两组相对应安装的所述驱动模块(2)及能源模块(3)分别位于所述控制模块(1)的两侧；所述能源模块(3)的两端及控制模块(1)的两端分别固定连接有安装板(5)，且所述控制模块(1)两端的安装板分别与其靠近的所述能源模块(3)一端的安装板固定连接；所述执行检测模块(4)分别一一对应转动连接在所述安装板(5)上；所述控制模块(1)分别与所述能源模块(3)、驱动模块(2)及执行检测模块(4)电连接；所述能源模块(3)与所述驱动模块(2)电连接。

2.根据权利要求1所述的一种高速铁路轨道板充填层检测自动化装置，其特征在于，所述控制模块(1)包括控制器盒(101)和数据采集盒(102)，所述控制器盒(101)与所述数据采集盒(102)的一侧边端活页连接；所述控制器盒(101)与所述数据采集盒(102)相靠近的一侧面分别设置有锁紧卡扣(103)及卡口(104)，所述锁紧卡扣(103)可对应卡接在所述卡口(104)内限制所述控制器盒(101)与数据采集盒(102)的转动；所述控制器盒(101)内的控制器与所述数据采集盒(102)内的数据采集板电连接；所述安装板(5)分别固定连接在所述控制器盒(101)及数据采集盒(102)活页转动方向的两端；所述控制器分别电连接所述驱动模块(2)、能源模块(3)及执行检测模块(4)。

3.根据权利要求2所述的一种高速铁路轨道板充填层检测自动化装置，其特征在于，所述驱动模块(2)均包括安装架(201)、驱动电机(202)、编码器(203)及两个行走轮(204)，所述驱动电机(202)及编码器(203)均固定安装在所述安装架(201)上，所述驱动电机(202)分别与所述能源模块(3)及所述控制器电连接；所述控制器与所述编码器(203)电连接；两个所述行走轮(204)分别转动安装在所述安装架(201)的两端；所述驱动电机(202)的输出轴传动连接其中一个所述行走轮(204)的驱动轴(206)，所述编码器(203)连接编码器联轴器(205)，所述编码器联轴器(205)对应传动连接另一个所述行走轮(204)的驱动轴。

4.根据权利要求3所述的一种高速铁路轨道板充填层检测自动化装置，其特征在于，所述安装架(201)上对应所述驱动电机(202)的位置固定安装有电机散热器(207)，所述电机散热器(207)与所述能源模块(3)电连接。

5.根据权利要求3所述的一种高速铁路轨道板充填层检测自动化装置，其特征在于，所述能源模块(3)均包括基板(301)、移动电源及罩壳(302)，所述基板(301)固定连接在所述安装架(201)的上方，所述移动电源固定安装在所述基板(301)上，所述罩壳(302)设置在所述移动电源的外周侧且与所述基板(301)固定连接，所述能源模块(3)两端的所述安装板(5)分别固定连接在所述基板(301)的两端；所述移动电源分别与所述驱动电机(202)、电机散热器(207)、控制器及执行检测模块(4)电连接。

6.根据权利要求5所述的一种高速铁路轨道板充填层检测自动化装置，其特征在于，所述执行检测模块(4)均包括升降机架(401)、升降舵机(402)、升降柱(403)、充填层传感器(404)及限位传感器(405)，所述升降机架(401)为U型结构框架，所述升降机架(401)与所述安装板(5)转动连接；所述U型结构框架相对平行的两段上固定连接有滑块(407)，所述升降柱(403)的两侧壁设置有滑轨(406)，所述滑块(407)分别对应滑动连接在所述滑轨(406)上，所述升降柱(403)的一侧面沿升降方向设有升降齿条(408)，所述升降舵机(402)固定连接在所述升降机架(401)上，所述升降舵机(402)传动连接齿轮(409)，所述齿轮(409)与所述升降齿条(408)啮合带动所述升降柱(403)升降；所述充填层传感器(404)固定安装在所述升降柱(403)下移的端部，所述充填层传感器(404)与所述数据采集板电连接；所述限位传感器(405)固定安装在所述升降柱(403)的一侧面，所述限位传感器(405)与所述升降舵机(402)电连接。

7.根据权利要求6所述的一种高速铁路轨道板充填层检测自动化装置，其特征在于，还包括下限位传感器触发器(411)及上限位传感器触发器(412)，所述限位传感器(405)包括下限位传感器(4051)和上限位传感器(4052)，所述下限位传感器(4051)位于所述上限位传感器(4052)的下侧，所述滑轨(406)的底部沿所述升降柱(403)的升降方向滑动连接有下限位传感器触发环(410)，所述下限位传感器触发器(411)固定安装在所述下限位传感器触发环(410)上；所述下限位传感器触发器(411)可触发所述下限位传感器(4051)；所述上限位传感器触发器(412)固定安装在所述升降柱(403)上，所述上限位传感器(4052)固定安装在升降柱一侧的升降机架上，所述上限位传感器触发器(412)可触发所述上限位传感器(4052)。

8.根据权利要求6所述的一种高速铁路轨道板充填层检测自动化装置，其特征在于，所述充填层传感器(404)包括发射头(4041)及接收头(4042)，所述发射头(4041)及接收头(4042)均与所述数据采集板电连接，所述发射头(4041)及接收头(4042)均固定安装在传感器安装头上，所述传感器安装头固定连接在所述升降柱(403)的底端。

9.根据权利要求6所述的一种高速铁路轨道板充填层检测自动化装置，其特征在于，所述升降柱(403)的升降方向顶端固定设有防止所述滑块(407)脱离滑轨的限位盖(413)。

10.根据权利要求6所述的一种高速铁路轨道板充填层检测自动化装置，其特征在于，所述安装板(5)为两面板长度方向在同一平面内垂直的L型结构板，所述L型结构板的一板面上安装轴承(7)，所述升降机架(401)上对应所述轴承(7)位置固定连接安装轴，且所述安装轴与所述轴承(7)配合连接使得所述升降机架(401)与所述安装板(5)上转动连接。

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