一种高铁装配式轨道结构底座板用位形调整设备
技术领域
本发明属于轨道交通检测领域,尤其涉及一种高铁装配式轨道结构底座板用位形调整设备。
背景技术
随着高速铁路建设的快速发展,现有的无砟轨道结构的缺点和问题也逐渐暴露出来,主要存在于其施工流程、维护方法、轨道结构及病害预防等各个方面。因此,为了加快我国高速铁路更高效、高质量的快速发展,开发一种新型的装配式轨道结构建造工艺以及相应的施工技术,确保提高施工效率、降低轨道运行病害。对于新型的装配式轨道结构,设计将轨道板调平层下移至底座板,减去了中间填充层,即减少了施工步骤,也简化了轨道结构,提高了施工效率;但是调平层下移至底座板则对底座板提出了更高的要求,需要其高程及位形得到精确的控制,以保证轨道板的安装精确。
因此,根据装配式轨道结构的施工工艺,需要设计一种能够对底座板高程精确控制和表面质量修整的设备,作为底座板摊铺成形后进行精细调整修形和后期维护的辅助设备,通过对平面标高得到精确控制,使轨道板能够不需要经过调整直接安装在底座板上就能达到装配式高铁轨道施工要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种高铁装配式轨道结构底座板用位形调整设备,具体技术方案如下:
一种高铁装配式轨道结构底座板用位形调整设备,包括机架以及设置在机架上的行走装置、检测装置、调整装置和控制装置,行走装置、检测装置以及调整装置均与控制装置连接;
行走装置用于带动整个设备行走;
检测装置用于检测底座板的高程以及路面平整度;
调整装置包括打磨切削机构和/或填补机构,所述打磨切削机构用于对底座板凸起部分打磨平整;所述填补机构用于对底座板凹陷和裂缝部分进行填充修补。
优选的,所述机架包括框架结构以及安装架,所述框架结构包括横梁以及与横梁连接的纵梁;所述安装架包括中间横梁以及设置在中间横梁上的连接件;所述安装架中的连接件通过驱动组件可滑动式设置在纵梁上,所述调整装置通过驱动组件可滑动式设置在中间横梁上。
优选的,所述驱动组件包括齿轮驱动电机、移动平台、齿轮、导轨以及齿条;所述移动平台可滑动式设置在导轨上;所述齿轮驱动电机设置在移动平台上,所述齿轮设置在齿轮驱动电机的输出轴上并与所述齿条啮合;与安装架连接的驱动组件中所述齿条和导轨设置在纵梁上;与所述调整装置连接的驱动组件中的所述齿条和导轨设置在中间横梁上。
优选的,设有打磨切削机构的安装架上还设有用于调节打磨切削机构角度的角度调整机构,所述角度调整机构位于中间横梁与连接件之间。
优选的,所述角度调整机构包括中间横梁支座、连接铰链、电缸安装架和角度调整电缸;所述角度调整电缸的底座与所述连接件的下端连接,且所述角度调整电缸的输出法兰与电缸安装架连接,所述连接铰链一端与电缸安装架连接,另一端与中间横梁支座连接,所述中间横梁支座设置在中间横梁上。
优选的,所述打磨切削机构包括防扬尘外壳、打磨安装架、吸尘管、灰尘收集箱、除尘动力件、打磨驱动电机以及打磨刀盘;所述打磨驱动电机通过所述打磨安装架设置在与之对应的驱动组件的移动平台上,所述打磨刀盘设置在打磨驱动电机的输出端,通过打磨驱动电机驱动所述打磨刀盘进行旋转;所述防扬尘外壳套设在所述打磨刀盘上,所述吸尘管一端与防扬尘外壳内部连通,另一端与除尘动力件和灰尘收集箱连通,用于将防扬尘外壳内的灰尘吸入到灰尘收集箱内;所述调整装置还包括清扫机构,所述清扫机构包括清扫机和第二升降组件;所述清扫机通过第二升降组件设置在与之对应的驱动组件的移动平台上,用于所述清扫机构沿机架的高度方向移动。
优选的,所述填补机构包括3D打印机以及与所述3D打印机连接的混凝土供料机;所述3D打印机与驱动组件中的移动平台之间设有第一升降组件,用于所述3D打印机沿机架的高度方向移动。
优选的,所述混凝土供料机包括搅拌叶片、搅拌轴、罐体、盖板以及搅拌驱动电机;所述罐体上端设有盖板用于封闭和打开所述罐体,其下端设有与3D打印机连接的出料口;所述搅拌驱动电机设置在盖板上,所述搅拌驱动电机与搅拌轴一端连接,搅拌轴另一端穿过盖板设置在罐体内部且其上设有所述搅拌叶片。
优选的,所述行走装置包括升降支腿以及履带行走机构,所述履带行走机构包括履带轮、履带驱动电机和支腿安装架;所述支腿安装架设置在履带轮上且其上端与升降支腿连接,所述履带驱动电机驱动履带轮运动,从而带动其上的支腿安装架移动;所述升降支腿包括回转支承、回转驱动电机、固定套筒、活动套筒以及支腿电缸;所述活动套筒套设在固定套筒上,所述支腿电缸设置在固定套筒与活动套筒之间,用于驱动活动套筒相对于固定套筒升降,从而带动与活动套筒连接的机架进行升降;所述回转支承上部与固定套筒连接,下部与支腿安装架相连,用于升降支腿与履带行走机构之间的相对转动。
优选的,所述检测装置包括激光高程检测器、路面激光三维扫描器、倾角传感器和旋转编码器;所述激光高程检测器包括激光接收器和立柱,所述激光接收器通过立柱安装在升降支腿上;所述路面激光扫描器包括线激光扫描器与扫描器安装架,所述线激光扫描器通过扫描器安装架安装在机架上,且其扫描方向对准待检测位置;所述倾角传感器安装在机架上;所述旋转编码器安装在设备上的的各个电机的电机轴上。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
(1)本发明的一种高铁装配式轨道结构底座板用位形调整设备,通过行走装置自动沿高铁施工路线行走,行走路径可以精确控制;检测装置能够自动检测底座板位置、高程和表面平整度等数据,并对这些数据进行实时的反馈与分析,生成后续的打磨作业控制方案;调整装置能够对底座板不平整的地方进行切削与打磨,将凸起部分抹平,对底座板凹陷部分、裂缝等缺陷进行修补,在施工结束后也能重新检测底座板表面处理效果,并反馈记录相关参数,从而对底座板的位形进行精密的调整,以便于后续轨道板的安装施工;同时设备的信息化、自动化使其施工效率和精度大大提高。
(2)本发明的设备中,通过安装架、驱动组件以及升降组件的配合,调整装置可以实现在机架上下左右移动,对待调整的平面进行全方位覆盖,并且通过角度调整机构进一步调整打磨切削机构的角度,使其具更多的工作角度,进一步保证对底座板的多角度打磨;升降支腿也可以调整机架整体的角度和姿态,方便提高设备的作业精度。
(3)本发明采用3D打印的方式,通过混凝土打印喷头控制喷出混凝土砂浆对底座板缺陷部分修补完成,待混凝土凝固后再进一步的打磨平整;打磨切削机构以及清扫机构可以自动清扫底座板表面杂物、自动回收表面打磨产生的切屑等,底座板施工完成后需要将表面清扫干净,一次性完成施工修复的全部过程,大大减少施工周期。
附图说明
为了更清楚地说明本发明技术方案,下面将对本发明实施例描述中所需使用到的附图作简单地介绍,显而易见地,下列附图仅仅用于帮助理解本发明中的部分实施例而非技术方案的全部,其中:
图1是本发明的高铁装配式轨道结构底座板用位形调整设备的整体结构示意图;
图2是图1中的驱动组件的结构示意图;
图3是图1中的角度调整机构与安装架连接的结构示意图;
图4是图1中的打磨切削机构的结构示意图;
图5是图1中的3D打印机和清扫机构连接的结构示意图;
图6是图1中的混凝土搅拌机的结构示意图;
图7是图1中的履带行走机构的结构示意图;
图8是图1中的升降支腿的结构示意图。
附图中:1、履带行走机构,2、升降支腿,3、横梁,4、纵梁,5、驱动组件,6、打磨切削机构,7、连接件,8、3D打印机,9、清扫机构,10、底座板,11、混凝土输料管,12、电控柜,13、立柱,14、激光接收器,15、混凝土供料机,16、罐体安装座,17、扫描器安装架,18、线激光扫描器,19、电气箱,20、蓄电池,21、中间横梁,22、角度调整机构;
1.1、支腿安装架,1.2、托链轮,1.3、橡胶板,1.4、驱动轮,1.5、履带驱动电机,1.6、直角减速器,1.7、履带板,1.8、履带链节,1.9、支重轮,1.10、履带台车架,1.11、导向轮;
2.1、回转驱动电机,2.2、回转支承,2.3、固定套筒,2.4、耳环,2.5、活动套筒,2.6、支腿电缸,2.7、耳环安装轴,2.8、支腿端盖,2.9、支腿螺钉;
5.1、齿轮驱动电机,5.2、齿轮减速器,5.3、移动平台,5.4、滑块,5.5、齿轮,5.6、导轨,5.7、齿条,5.8、安装槽;
6.1、防扬尘外壳,6.2、打磨安装架,6.3、吸尘管,6.4、灰尘收集箱,6.5、除尘动力件,6.6、打磨驱动电机,6.7、打磨刀盘;
8.1、喷嘴,8.2、打印机罐体,8.3、打印机进料口,8.4、螺杆,8.5、挤出机安装支架,8.6挤出驱动电机,8.7、第一升降组件;
9.1、清扫机,9.2、第二升降组件;
15.1、出料口,15.2、搅拌叶片,15.3、叶片安装卡扣,15.4、搅拌轴,15.5、罐体,15.6、搅拌减速器,15.7、搅拌驱动电机,15.8、盖板;
22.1、角度调整电缸,22.2、输出法兰,22.3、电缸安装架,22.4连接铰链,22.5、支座安装架,22.6、中间横梁支座。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明,但是本发明可以如权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
如图1,本实施例中的一种高铁装配式轨道结构底座板用位形调整设备,包括机架以及设置在机架上的行走装置、检测装置、调整装置和控制装置,行走装置、检测装置以及调整装置均与控制装置连接;行走装置用于带动整个设备行走;检测装置用于检测底座板10的高程以及路面平整度;调整装置包括打磨切削机构6和填补机构,所述打磨切削机构6用于对底座板10凸起部分打磨平整;所述填补机构用于对底座板10凹陷和裂缝部分进行填充修补。
所述机架包括框架结构以及两组安装架,所述框架结构包括相互垂直连接的横梁3以及纵梁4,二者组成方形的框架结构;所述安装架包括两根中间横梁21以及连接件7,所述连接件优选为C形连接架,两组安装架均通过驱动组件滑动设置在纵梁上,打磨切削机构和填补机构均分别通过驱动组件设置在安装架上,通过上述设置,打磨切削机构和填补机构均可沿机架的纵梁和横梁移动,以便对待调整的底座板面实现全面覆盖;
如图2,所述驱动组件5包括齿轮驱动电机5.1、齿轮减速器5.2、移动平台5.3、滑块5.4、齿轮5.5、导轨5.6以及齿条5.7;所述移动平台5.3通过滑块5.4可滑动式设置在导轨5.6上;所述齿轮驱动电机5.1设置在移动平台5.3上,所述齿轮5.5设置在齿轮驱动电机5.1的输出轴上并与所述齿条5.7啮合,所述齿轮驱动电机还带有齿轮减速器;纵梁上还设有安装槽5.8,与安装架连接的驱动组件中所述齿条5.7和导轨5.6设置在纵梁4上的安装槽5.8内;与所述调整装置连接的驱动组件中的所述齿条5.7和导轨5.6设置在安装架上的中间横梁21上。
如图3,设有打磨切削机构6的安装架上还设有用于调节打磨切削机构6角度的角度调整机构22,所述角度调整机构22位于中间横梁21与连接件7之间。所述角度调整机构22包括中间横梁支座22.6、连接铰链22.4、电缸安装架22.3和角度调整电缸22.1;所述角度调整电缸22.1的底座与所述连接件7的下端连接,且所述角度调整电缸22.1的输出法兰22.2与电缸安装架22.3连接,所述连接铰链22.4一端与电缸安装架22.3连接,另一端通过支座安装架22.5与中间横梁支座22.6连接,所述中间横梁支座22.6设置在中间横梁21上。所述打磨切削机构对底座板凸起部分进行打磨平整,所述角度调整机构通过两端电缸的伸缩可以带动中间横梁升降,从而带动其上的驱动组件升降,并通过控制两侧电缸的不同伸缩量可以带动驱动组件倾斜一定角度,从而控制打磨机构的打磨高度和打磨倾斜角度。
如图4,所述打磨切削机构6包括防扬尘外壳6.1、打磨安装架6.2、吸尘管6.3、灰尘收集箱6.4、除尘动力件6.5、打磨驱动电机6.6以及打磨刀盘6.7;所述打磨驱动电机6.6通过所述打磨安装架6.2设置在与之对应的驱动组件5的移动平台5.3上,所述打磨刀盘6.7设置在打磨驱动电机6.6的输出端,打磨刀盘可安装金刚石磨块、四齿环氧刀等不同打磨刀具,以满足不同的打磨需求;通过打磨驱动电机驱动所述打磨刀盘6.7进行旋转;所述防扬尘外壳6.1套设在所述打磨刀盘上,所述吸尘管6.3一端与防扬尘外壳内部连通,另一端与除尘动力件6.5和灰尘收集箱6.4连通,用于将防扬尘外壳6.1内的灰尘吸入到灰尘收集箱6.4内;所述除尘动力件是一个鼓风机,其和灰尘收集箱安装在打磨机安装架上端,打磨机安装在打磨机安装架的一侧,所述打磨切削机构可以实现对混凝土地面的切削打磨同时可以回收切屑防止扬尘,从而可以避免二次对底座板的清理,省时省力。
如图5,所述填补机构包括3D打印机8以及与所述3D打印机连接的混凝土供料机15;所述3D打印机8与驱动组件5中的移动平台5.3之间设有第一升降组件8.7,第一升降组件为直线模组,可以是驱动组件5相同的结构,用于所述3D打印机8沿机架的高度方向移动。所述3D打印机由螺杆挤出机、挤出机安装支架8.5、L形安装板组成;所述螺杆挤出机由喷嘴8.1、打印机罐体8.2、螺杆8.4和挤出驱动电机8.6组成,混凝土输料管输送的混凝土料由供料口通过打印机进料口8.3进入到打印机罐体内部,通过挤出驱动电机带动螺杆旋转将罐体中的混凝土料经喷嘴均匀挤出。所述螺杆挤出机固定在挤出机安装支架上,挤出机安装支架安装在直线模组的滑块上,直线模组安装在L形安装板的较长段,L形安装板的短段安装在驱动组件的移动平台一侧上。所述3D打印机由两组驱动组件和直线模组带动进行三自由度的平移运动,可以实现混凝土料的堆叠打印作业;设备进行3D打印修复作业时,先通过清扫盘移动清扫,将表面杂物清扫干净,喷嘴则用于控制挤出浆料的形状与大小。
如图5,所述调整装置还包括清扫机构9,所述清扫机构9包括清扫机9.1、L形安装板和第二升降组件9.2;所述第二升降组件为直线模组,也可采用驱动组件相同的结构,所述清扫机9.1通过第二升降组件9.2设置在3D打印机所在的移动平台上,所述清扫机构9可与3D打印机一起沿机架的上下左右移动。所述清扫机包括清扫盘和清扫驱动电机;所述清扫盘通过联轴器安装在清扫驱动电机输出轴上,清扫驱动电机通过安装架安装在直线模组上,直线模组安装在L形安装板的长段,L形安装板的短段安装在3D打印机所在的驱动组件的移动平台的一侧上,所述清扫机构由两组驱动组件和直线模组带动进行三自由度的平移运动,可以对底座板表面进行进一步的清扫,特别是针对打磨切削机构无法清除的比较顽固和较大的废料物体具有更好的清理效果。
如图6,所述混凝土供料机15包括出料口15.1、搅拌叶片15.2、叶片安装卡扣15.3、搅拌轴15.4、罐体15.5、搅拌减速器15.6、搅拌驱动电机15.7以及盖板15.8;搅拌叶片通过叶片安装卡扣与搅拌轴固定在一起,通过轴的旋转带动叶片转动对混凝土料进行搅拌。所述罐体为圆柱形,并固定在罐体安装座上,用于存放混凝土料,罐体盖板为半圆形,安装在圆柱罐体上部,混凝土料可以从半圆形缺口倒入罐中。所述搅拌驱动电机与搅拌减速器连接,搅拌减速器安装在减速器安装座上,减速器安装座安装在罐体盖板上;所述混凝土供料机经混凝土出料口由混凝土输料管11向3D打印机输送混凝土料,所述混凝土供料机通过对混凝土不断搅拌可以保证混凝土料混合均匀,防止凝固和保证良好物理性能。
所述行走装置包括升降支腿2以及履带行走机构1,所述履带行走机构1包括履带轮、履带驱动电机1.5和支腿安装架1.1;
如图7,所述履带轮包括履带台车架1.10、驱动轮1.4、导向轮1.11、履带板1.7、橡胶板1.3、履带链节1.8、支重轮1.9、托链轮1.2和履带驱动电机。上述履带驱动电机上还设有一个直角减速器,所述驱动轮、导向轮、托链轮与支撑轴均安装在履带台车架上,直角减速器通过螺钉固定在履带台车架侧面,直角减速器输出轴通过联轴器与履带驱动电机轮轴相连,履带驱动电机通过螺钉与直角减速器固定。所述橡胶板通过螺钉安装在履带板上,履带板通过螺钉安装在履带链节上,履带链节与驱动轮轮齿相互啮合。所述支腿安装架安装在履带台车架两侧。所述履带行走机构作为设备的移动装置,履带可以提供较大的抓地力同时运动平稳。
所述支腿安装架1.1设置在履带轮上且其上端与升降支腿2连接,所述履带驱动电机1.5驱动履带轮运动,从而带动其上的支腿安装架1.1移动;
如图8,升降支腿通过螺栓与纵梁和横梁连接,分别有四个设置在车架的框架结构的四角,所述升降支腿2包括回转支承2.2、回转驱动电机2.1、固定套筒2.3、耳环2.4、活动套筒2.5、支腿电缸2.6、耳环安装轴2.7、支腿端盖2.8以及支腿螺钉2.9;所述固定套筒分为上固定套筒与下固定套筒,并通过螺钉连接,支腿电缸通过耳轴固定在上固定套筒与下固定套筒之间。所述回转支承上部与下固定套筒通过螺钉连接,回转支承下部与履带行走机构的支腿安装架通过螺钉相连,这样可以实现上部升降支腿与履带行走机构可以相对转动。所述活动套筒套在上固定套筒外,两者可以相对滑动,支腿电缸活塞杆末端安装有耳环,耳环与耳环安装轴连接,耳环安装轴安装在活动套筒上端,这样通过支腿电缸伸缩可以带动活动套筒升降,从而带动与活动套筒连接的机架进行升降调整。所述支腿端盖通过螺钉与活动套筒安装在一起。所述升降支腿可以实现支腿的升降以及与履带行走机构之间的相对转动,便于设备进行转向以及调整高度,同时方便调整设备整体姿态,保持其水平,可以减小姿态位置不正导致的测量和调整的误差,使打磨和填补更加精准。
参见图1,所述检测装置包括激光高程检测器、路面激光三维扫描器、倾角传感器和旋转编码器;所述激光高程检测器包括激光接收器14和立柱13,所述激光接收器14通过立柱13安装在升降支腿2上;立柱下端通过螺钉安装在升降支腿上端;所述路面激光扫描器包括线激光扫描器18与扫描器安装架17,所述线激光扫描器18通过扫描器安装架17安装在机架上,扫描器安装架通过螺钉安装在机架的两侧横梁上,线激光扫描器扫描方向对准待检测位置;所述倾角传感器安装在机架上;所述旋转编码器安装在设备上的的各个电机的电机轴上。所述激光接收器通过接收激光信号检测设备的高程参数,线激光扫描器对底座板路面进行三维扫描重构,可获取底座板表面平整度等数据,倾角传感器可获取机架倾斜姿态以及打磨切削机构倾角,旋转编码器可以采集电机转动数据,对各个电机状态进行检测,所述检测装置可以实现路面三维检测、设备自身姿态检测和工作状态监测,并更具检测数据调整机架以及调整装置的工况实现对底座板表面的位形参数精确调整。
如图1,在本实施例中,控制装置包括电控柜12、电气箱19和蓄电池20,电控柜、电气箱和蓄电池均安装在横梁上,所述横梁最好为矩形横梁。所述电源及控制系统可以为设备提供电源,同时能够对各个机构进行控制以及处理采集的相关数据。
设备路面检测具体实施过程如下:高铁装配式轨道结构底座板用位形调整设备通过履带行走机构搭载调整装置和检测装置沿底座板路线行走,在行走过程中检测装置对底座板路面信息进行检测,并根据检测数据对底座板重构。扫描完一块底座板后设备停止前进,根据重构结果对比底座板建造参数,设备自动生成底座板位形控制方案,通过打磨切削和3D打印的方式将底座板表面控制平整,同时满足顶面标高要求。完成一块底座板的施工后设备继续沿底座板路线前进,检测已加工底座板的表面数据是否合格,同时扫描下一块底座板表面数据。
在线激光检测设备进行路面三维检测时,设备向前行走,为收集完整的底座板表面数据,要将激光检测装置的检测数据按行驶路线进行拼接,因此需要对位形控制设备的位置、行驶速度精确测量;这里通过电机旋转编码器对设备的位置及速度进行检测收集;整个系统工作时,安装在履带轮驱动电机的编码器跟随电机转动输出脉冲信号,输出脉冲信号为高程测量机构和底座板三维检测机构提供触发信号,保证两个系统的同步采集,最终高程测量系统经过一系列处理得到底座板表面顶点网格,底座板表面图像采集系统得到底座板纹理图片,通过纹理映射实现底座板三维重构。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。