CN203128962U

CN203128962U - 车载式轨道刚度检测装置

Info

Publication number: CN203128962U
Application number: CN 201320163095
Authority: CN
Inventors: 柴雪松; 暴学志; 潘振; 金花; 薛峰; 杨亮; 段培勇; 冯毅杰; 于国丞; 谢锦妹; 田德柱
Original assignee: Railway Engineering Research Institute of CARS
Current assignee: Railway Engineering Research Institute of CARS
Priority date: 2013-04-03
Filing date: 2013-04-03
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2023-04-03

Abstract

本实用新型公开了一种车载式轨道刚度检测装置。该装置包括：移动加载装置、变形量采集装置、位置参数采集装置及数据采集处理装置；当移动加载装置以初始负载或检测负载在待检测轨道上移动时，数据采集处理装置在通过位置参数采集装置获取位置点参数的同时由变形量采集装置采集轨道变形值，根据同一位置点参数所对应的初始负载时检测到的轨道变形值与检测负载时检测的轨道变形值计算获取轨道刚度。该检测装置可以在移动过程中向轨道施加负载并检测轨道相应变形，从而实现对区段线路轨道刚度的连续检测，显著提高了检测的便利性和快速性。

Description

车载式轨道刚度检测装置

技术领域

本实用新型涉及轨道刚度检测装置，特别涉及一种轨道移动刚度检测装置。

背景技术

对于运营中的轨道，轨道结构的整体刚度是否符合设计要求，不同线路结构之间刚度过渡是否平顺等指标，都将直接影响到列车运行的安全性、平稳性及舒适性。现有轨道刚度的检测技术中，变形测量装置和施力装置被固定在轨道的检测点上，通过施力装置对检测点施力，并由变形测量装置采集施力前后的检测点变形值，并根据该变形值获得轨道刚度。使用上述方法每次只能检测得到一个点的刚度值，在对较长的轨道区间进行检测时，为掌握区段的总体情况，就需要沿区段大量选择检测点，因此，检测周期长，同时采集数据的连续性差。面对现有轨道需要大量且高效的检测要求，现有的轨道刚度检测装置及方法不能满足以上检测要求。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种车载式轨道刚度检测装置，包括：移动加载装置、变形量采集装置、位置参数采集装置及数据采集处理装置；所述移动加载装置设置于待检测轨道上方，所述变形量采集装置、位置参数采集装置及数据采集处理装置设置在所述移动加载装置上，所述数据采集处理装置与所述变形量采集装置及位置参数采集装置的输出连接，当所述移动加载装置以初始负载或检测负载在所述待检测轨道上移动时，数据采集处理装置在通过所述位置参数采集装置获取位置点参数的同时由所述变形量采集装置采集轨道变形值，根据同一位置点参数所对应的初始负载时检测到的变形值与检测负载时检测的变形值计算获取轨道刚度。

本实用新型的检测装置可以在移动过程中向待检测轨道施加初始负载或检测负载并检测轨道相应变形，从而实现对区段线路轨道刚度的连续检测，显著提高了检测的便利性和快速性。

在一些实施方式中，所述移动加载装置包括：轨道车辆、垂向作动器及横向作动器及加载轮对组件，所述加载轮对组件通过所述垂向作动器与所述轨道车辆的上横梁连接，通过所述横向作动器与所述轨道车辆的侧梁连接。由此，可以对待测轨道施加垂向或横向加载力，实现对待测轨道垂向或横向刚度的检测。

在一些实施方式中，所述加载轮对组件包括：加载框架及加载轮对，所述加载框架与所述加载轮对的连接轴连接。

在一些实施方式中，所述移动加载装置还包括：悬挂钩，所述悬挂钩的固定端与所述轨道车辆的底部活动连接，所述加载框架上还包括吊耳，所述悬挂钩与所述吊耳的吊装位置相应，与所述吊耳形成钩接。由此，可以将加载轮对提起使轨道车辆处于非试验状态，轨道车辆可视为通用轨道车辆进行连挂运行。

在一些实施方式中，所述位置参数采集装置包括：旋转编码器及计数单元，所述旋转编码器的输出与所述计数单元连接。使变形量采集装置获取数据时，可获得从起点开始计算的相对移动位置量。

在一些实施方式中，所述变形量采集装置为三点弦测量装置，包括检测框架及三个测距传感器，所述检测框架安装于加载框架上，三个所述测距传感器通过安装调节座固定在检测框架上。通过对同一待测轨道在两次不同加载力作用下轨道变形之差的测量方法，可以有效消除由于轨道车辆振动或轨道不平顺对轨道弹性变形测量带来的误差，保证了移动检测的准确性。

在一些实施方式中，所述三点弦测量装置的检测框架通过减震弹簧固定于所述移动加载装置的加载框架上。因此在测距传感器跟随加载轮对移动的同时，减小加载轮对振动对测距传感器的影响。

在一些实施方式中，所述变形量采集装置包括：接触式测距传感器或非接触式测距传感器。

在一些实施方式中，所述变形量采集装置的测距传感器布置在待测轨道的钢轨内侧上方。

附图说明

图1为本实用新型轨道刚度检测装置的纵向内部结构示意图；

图2为图1中所表示轨道刚度检测装置的内部结构俯视半剖图；

图3为本实用新型轨道刚度检测装置的局部立体视图；

图4为图1中所表示轨道刚度检测装置的内部结构主视半剖图；

图5为本实用新型的车载式轨道刚度检测装置的控制模块图；

图6为本实用新型的车载式轨道刚度检测装置检测过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。

本实用新型中的术语“轨道”在本领域中是钢轨、扣件系统、轨枕及枕下系统的总称。因此轨道刚度是指上述钢轨、扣件系统、轨枕及枕下系统在一起的整体刚度。

从图1中本实用新型的轨道刚度检测装置的内部组成示意图可知，本实用新型的轨道刚度检测装置设置并运行在待检测轨道15上，具体包括：移动加载装置11、变形量采集装置12、位置参数采集装置13及数据采集处理装置14。

如图1～3所示，移动加载装置11通过在轨道车辆16上设置施力装置17及加载轮对组件18给予实现，施力装置17作用在加载轮对组件18上。其中，轨道车辆通过加载轮对组件18实现对待检测轨道15的表面施力。为实现对待检测轨道15在二维方向（垂向、横向）上的施力，施力装置17可包括：垂向作动器17a、横向作动器17b。垂向作动器17a的上端与轨道车辆16的上横梁16a连接，垂向作动器17a的下端与加载轮对组件18中加载框架18a通过螺栓相连，加载框架18a通过轴承与加载轮对18b的连接轴相连，因此垂向作动器17a在液压控制系统的控制下，通过加载框架18a向加载轮对18b施加荷载，从而实现加载轮对18b向待检测轨道的垂向加载。

如图1～2中所示，横向作动器17b一端与轨道车辆16的侧梁固定连接，另一端通过横向加力梁16b与加载框架18a相连。因此，通过横向作动器17b在液压控制系统的控制下带动加载轮对18b在横向运动，并可通过对液压控制系统的控制，实现横向作动器17b向加载轮对18b横向加载，从而在待检测轨道上实现横向加载。

如图1所示，纵向牵引杆17c一端与加载框架18a相连，另一端与轨道车辆的16c部分相连，从而当轨道车辆16在待检测轨道上移动时，可通过牵引杆17c实现加载框架18a以及加载轮对18b沿待检测轨道15的延展方向移动。

考虑到本检测装置在施力时的准确性，进一步对垂向作动器17a及横向作动器17b进行精确控制，其中，液压控制系统可采用液压伺服控制系统，即可通过压力传感器采集垂向作动器17a及横向作动器17b的实际施加力，通过位移传感器采集垂向作动器17a和横向作动器17b的实际产生位移，从而将采集到的垂向作动器17a和横向作动器17b的实际加载力及位移信息反馈至数据采集处理装置14的输入中，数据采集处理装置14会根据此采集信息对照预设值（加载力预设值或位移预设值），并根据此对照结果对垂向作动器17a及横向作动器17b实现微调，从而实现液压系统的闭环伺服控制，起到对垂向施加力及横向施加力的准确调节。

如图1、3所示，为使轨道车辆16在对待检测轨道15实现有效空载检测，或在非试验状态时取消对垂向作动器17a和横向作动器17b的使用，设置了悬挂机制。在轨道车辆16下侧与加载轮组件18的加载框架18a的对应处设置四个相互对应悬挂钩31，四个悬挂钩31的上固定端与轨道车辆16的底部活动连接，为使悬挂钩31与加载框架18a可准确配合，在加载框架18a与悬挂钩31配合的相应吊装位置上，还包括吊耳32，从而使悬挂钩31与吊耳32形成钩接。从图1中的示意可知，当垂向作动器17a提升加载轮对组件，并使其脱离待检测轨道15表面，上升到适当高度后，四个吊耳32由于底部弧线的作用向外侧运动，当加载轮对组件中加载框架18a的悬挂钩31上升到与悬挂钩31可钩装的位置时，悬挂钩31落入吊耳32内，此时垂向作动器17a可不再施力，由此可知，通过上述机构的设计，最终实现了加载轮对组件处于非试验状态或空载状态时的安放。

变形量采集装置12包括检测框架41、测距传感器42和减震弹簧43。检测框架41通过减震弹簧43与加载框架18a相连，测距传感器42布置在检测框架41中，其测量位置对准待检测轨道15的方向。为提高待检测轨道15的检测精确，其测距传感器42可在检测框架41中实施单点或多点的布置，即可实现单点或多点的检测方式，同时测距传感器42可采用接触式和非接触式两种，其中非接触式可使用激光测距传感器。为有效消除由于检测框架振动或轨道不平顺对轨道弹性变形测量带来的误差，保证移动检测的准确性，上述测距传感器42的布置可采用实现三点弦测量的布置方式。因此检测结果中消除轨道车辆振动和轨道初始平顺的影响，因此可以保证测量的精度。

为使测距传感器42更便于调节，如图3及图4所示，测距传感器42可以通过安装调节座101固定在检测框架41上。安装的调节座43可以在90度范围内调整测距传感器42与待检测轨道15的夹角，以适应设计角度的要求。采用激光二维传感器可以同时测量获得该位置点的轨道垂向数值及横向数值。

如图1所示，位置参数采集装置13中的旋转编码器13a安装在轨道车辆16的走行轮对19一侧的轴头位置上，其计数单元13b安装在与数据采集处理装置14相近的位置上，计数单元将计数输出传送到数据采集处理装置14的输入端中。

数据采集处理装置14布置在轨道车辆16上。可以采用单片机、可编程控制器（PLC）或工业计算机予以实现。数据采集装置14与变形量采集装置12及位置参数采集装置13的输出连接。当移动加载装置以初始负载或检测负载在待检测轨道上移动时，数据采集处理装置14在通过位置参数采集装置13获取位置点参数的同时由变形量采集装置12采集变形值，根据同一位置点参数所对应的初始负载时检测到的变形值与检测负载时检测的变形值获取轨道刚度。

以下将结合图5、6对本实用新型中的轨道刚度检测装置的检测实现过程给予说明，图5中所示，其变形量采集装置12及位置参数采集装置13的输出与数据采集处理装置14的输入连接。首先，使轨道车辆16在待检测轨道A→B区间上设定移动速度匀速移动，同时由数据采集处理装置14驱动垂向作动器17a或横向作动器17b对加载框架18a施加初始负载，使加载轮对18b对待检测轨道15施加初始负载，初始负载可设定为空载或轻载，同时变形量采集装置12及位置参数采集装置13分别记录位置点的位置值和变形量，在数据采集处理装置14中将其进行一一对应，获取每个位置点的第一变形值y_L（y_L1、y_L2……y_Ln）（即待检测轨道区间在承受初始负载时的变形），其位置值的获取可通过设定速度和时间进行获取，同时也可采用本实用新型上述实施方式中所提供的旋转编码器13a和计数单元13b采集测量的方式给予实现。之后，在待检测轨道A→B区间上，使轨道车辆16以设定移动速度匀速移动，同时由数据采集处理装置14驱动垂向作动器17a或横向作动器17b对加载框架18a施加检测负载，使加载轮对18b对待检测轨道15施加检测负载，采集装置12及位置参数采集装置13分别记录位置点的位置值和变形量，在数据采集处理装置14中将其进行一一对应，获取每个位置点的第二变形值y_H（y_H1、y_H2……y_Hn）（即待检测轨道区间在承受检测负载时的变形）。最后，根据同一位置点的第一变形值y_L（y_L1、y_L2……y_Ln）及第二变形值y_H（y_H1、y_H2……y_Hn）、初始负载及检测负载，通过下述公式1计算获取轨道刚度。

K = \frac{ΔP}{Δy} = \frac{P_{H} - P_{L}}{y_{H} - y_{L}}

公式1

其中PL为初始负载，PH为检测负载。

公式1中PH，PL可采用垂向作动器17a和横向作动器17b的测力传感器测得的加载力数据，也可在加载轮对18b上采用下述测力轮对技术来实现准确测量。测力轮对技术为：在加载轮对18b上布置相应的应力测量装置，其与数据采集处理装置14的数据输入端连接。在加载轮对18b运行过程中，应力测量装置将采集的加载轮对18b的轮轨力数据及与之对应的位置参数并发送至数据采集处理装置14。

以上所述的仅是本实用新型的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.车载式轨道刚度检测装置，其特征在于，包括：移动加载装置、变形量采集装置、位置参数采集装置及数据采集处理装置；所述移动加载装置设置于待检测轨道上方，所述变形量采集装置、位置参数采集装置及数据采集处理装置设置在所述移动加载装置上，所述数据采集处理装置与所述变形量采集装置及位置参数采集装置的输出连接，当所述移动加载装置以初始负载或检测负载在所述待检测轨道上移动时，数据采集处理装置在通过所述位置参数采集装置获取位置点参数的同时由所述变形量采集装置采集轨道变形值，根据同一位置点参数所对应的初始负载时检测到的变形值与检测负载时检测的变形值计算获取轨道刚度。

2.根据权利要求1所述的轨道刚度检测装置，其特征在于，所述移动加载装置包括：轨道车辆、垂向作动器及横向作动器及加载轮对组件，所述加载轮对组件通过所述垂向作动器与所述轨道车辆的上横梁连接，通过所述横向作动器与所述轨道车辆的侧梁连接。

3.根据权利要求2所述的轨道刚度检测装置，其特征在于，所述加载轮对组件包括：加载框架及加载轮对，所述加载框架与所述加载轮对的连接轴连接。

4.根据权利要求3所述轨道刚度检测装置，其特征在于，所述移动加载装置还包括：悬挂钩，所述悬挂钩的固定端与所述轨道车辆的底部活动连接，所述加载框架上还包括吊耳，所述悬挂钩与所述吊耳的吊装位置相应，与所述吊耳形成钩接。

5.根据权利要求1或2所述的轨道刚度检测装置，其特征在于，所述位置参数采集装置包括：旋转编码器及计数单元，所述旋转编码器的输出与所述计数单元连接。

6.根据权利要求1或2所述的轨道刚度检测装置，其特征在于：所述变形量采集装置为三点弦测量装置，包括检测框架及三个测距传感器，所述检测框架安装于加载框架上，三个所述测距传感器通过安装调节座固定在检测框架上。

7.根据权利要求6所述的轨道刚度检测装置，其特征在于，所述三点弦测量装置的检测框架通过减震弹簧固定于所述移动加载装置的加载框架上。

8.根据权利要求1或2所述的轨道刚度检测装置，其特征在于，所述变形量采集装置包括：接触式测距传感器或非接触式测距传感器。

9.根据权利要求8所述的轨道刚度检测装置，其特征在于，所述变形量采集装置的测距传感器布置在待测轨道的钢轨内侧上方。