CN204775291U - 基于主动激励的轨道几何不平顺检测系统的荷载施加装置 - Google Patents

Abstract

基于主动激励的轨道几何不平顺检测系统的荷载施加装置，它涉及一种荷载施加装置。本实用新型为解决在轨道几何不平顺检测的过程中，轨检车需要人力推行检测，存在检测效率低，检测结果受人工影响而不准确的问题；综合检测车存在造价昂贵且检测时往往要求线路封闭，影响正常交通运营的问题。本实用新型中激振设备设置在移动机车的底盘上，激振设备通过信号采集器与控制系统相连接，控制系统发出控制信号给激振设备，激振设备将指定频率及幅值的激振作用通过移动机车施加给轨道上，电力供应系统在移动机车上并为激振设备、控制系统和信号采集器提供动力。本实用新型的检测效率高、精度好，适于推广使用。本实用新型用于轨道几何不平顺。

Description

基于主动激励的轨道几何不平顺检测系统的荷载施加装置

技术领域

本实用新型涉及一种基于主动激励的轨道几何不平顺检测系统的荷载施加装置。

背景技术

轨道交通是国家重要的基础设施，是国民经济的动脉，在大众化的交通工具中扮演重要角色。作为交通运输体系的骨干，轨道交通在推动我国经济社会又好又快发展过程中发挥着重要作用。城市化进程的加速使城市交通问题凸显，轨道交通以其运量大、效率高、污染低等优势，迅速成为城市解决交通问题的首要选择。目前，国内较发达的城市和地区大多有比较成熟的轨道交通系统，轨道交通运输量占公共交通运量的50％以上，有的则高达70％。伴随着城市中心的外围扩展以及城际、国际间的联通加强，轨道交通将有更大的发展空间。然而，随着列车车速的提升、载运量的增加以及运输密度的大幅度提高，轮轨系统间的动力问题变得更为复杂。因此，列车运行的安全性问题越发值得关注。

列车线路发生的永久性几何变形导致轨道存在几何偏差，也称为轨道几何不平顺。轨道几何不平顺是车轨系统振动的主要原因，是影响列车运行安全性和稳定性的关键因素，也是轨道结构部件损伤和失效的重要原因。因此，轨道几何不平顺检查一直是轨道检测的必检项目。目前，国内外应用较多的轨道不平顺检测设备，主要是在路肩或路心设置控制参考点并架设全站仪，辅以人工推行的轨道检测小车完成轨道检测工作。此种检测方法，受人为因素影响较大，如检测人员的步行速度、推行的平稳度以及检测人员的经验积累等等。此外，人工推行的方式，检测效率较低，易受外界环境影响，边远地区实施受限。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种基于主动激励的轨道几何不平顺检测系统的荷载施加装置，以解决在轨道几何不平顺检测的过程中，轨检车需要人力推行检测，存在检测效率低，检测结果受人工影响而不准确的问题；综合检测车存在造价昂贵且检测时往往要求线路封闭，影响正常交通运营的问题。

本实用新型为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种基于主动激励的轨道几何不平顺检测系统的荷载施加装置，它包括移动机车、激振设备、控制系统、信号采集器和电力供应系统，所述移动机车在轨道上自行行驶或通过牵引设备牵引行驶，所述激振设备、控制系统、信号采集器和电力供应系统均设置在移动机车内；

所述激振设备设置在移动机车的底盘上，所述激振设备通过信号采集器与控制系统相连接，所述控制系统发出控制信号给激振设备，所述激振设备在控制信号的控制下将指定频率及幅值的激振作用通过移动机车施加给轨道上，所述电力供应系统设置在移动机车上并为激振设备、控制系统和信号采集器提供动力。

本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型是以轨道为对象进行检测工作，无需人工推行进行检测，受环境及人为因素影响小，在正常交通运营的情况下即可实现交通轨道检测，无需线路封闭。

2、本实用新型协助基于主动激励的检测系统实现轨道几何不平顺的自行检测或列车牵引检测，无需人力推行，因此，节约了大量人力和物力，检测效率提高了30％。

3、移动机车依靠自身设置的电力供应系统供能并在轨道上自行行驶时，可大幅度地降低其他牵引车辆行驶过程中产生的振动对轨道的检测结果的影响，从而提高检测精度。

4、本实用新型具有理论研究价值和实际应用前景，可普及推广使用。

附图说明

图1为本实用新型的主视结构示意图；

图2为本实用新型的俯视结构示意图；

图3为本实用新型的左视结构示意图；

图4为本实用新型的工作原理图；

图5为本实用新型所应用在轨道几何不平顺检测系统中的工作过程流程图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1、图2、图3、图4和图5说明本实施方式，本实施方式包括移动机车1、激振设备2、控制系统3、信号采集器4和电力供应系统5，所述移动机车1在轨道10上自行行驶或通过牵引设备牵引行驶，所述激振设备2、控制系统3、信号采集器4和电力供应系统5均设置在移动机车1内；

所述激振设备2设置在移动机车1的底盘上，所述激振设备2通过信号采集器4与控制系统3相连接，所述控制系统3发出控制信号给激振设备2，所述激振设备2在控制信号的控制下将指定频率及幅值的激振作用通过移动机车1施加给轨道10上，所述电力供应系统5设置在移动机车1上并为激振设备2、控制系统3和信号采集器4提供动力。

本实施方式中移动机车1为电力驱动机车，可以在轨道10上按指定速度自动行驶，也可通过其他牵引设备牵引行驶，同时，所述激振设备2、控制系统3、信号采集器4和电力供应系统5均设置于移动机车1内，所述激振设备2为市场上已有的各种激振设备，当激振设备2为电动式惯性激振器，激振力幅值1000N，激振设备2用于对机车1施加连续激振作用，并通过移动机车1将该激振作用传递给轨道10上。

本实施方式中所述控制系统3用于协调控制本实用新型的协调工作。

本实施方式中所述信号采集器4用于采集激振设备2作用下，移动机车1与激振设备2之间的传力信号。通过控制激振设备2的激振频率和激振幅值，使移动机车1的轮轨与轨道10始终保持接触状态。

本实施方式中电力供应系统5为蓄电池装置，为荷载施加装置提供电能。

具体实施方式二：结合图1、图2和图3说明本实施方式，本实施方式中所述激振设备2位于移动机车1底盘的中轴线上，所述激振设备2的激振端通过连接轴8与移动机车1的底盘可拆卸连接。如此设置使激振设备2和移动机车1的连接关系更加合理，更加有利于传递传力信号。其他结构及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1、图2和图3说明本实施方式，本实施方式中所述信号采集器4设置在连接轴8上，所述信号采集器4获取激振设备2与移动机车1之间的传力信号并将传力信号传送给控制系统3。其他结构及连接关系与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式中所述荷载施加装置还包括多个走行轮6、多个轮支架9和多个导行轮7，走行轮6和轮支架9一一对应设置，每个走行轮6通过其对应的轮支架9安装在移动机车1的下端面，每个走行轮6所在的轮支架9上可拆卸连接有两个相对设置导行轮7，多个走行轮6带动移动机车1沿轨道10行驶，相对设置的两个导行轮7分别紧贴在轨道10的内侧和外侧。

在具体检测过程中，多个走行轮6和多个轮支架9的个数均为四个，多个导行轮7为八个，即四对，走行轮6带动移动机车1沿轨道10行驶，导行轮7紧贴轨道10的内外侧对称设置。多个走行轮6和多个导行轮7的设置是为了辅助移动机车1更加稳定地在轨道10上行驶。其他结构及连接关系与具体实施方式三相同。

本实用新型的工作原理：

控制系统3通过调整激振设备2的激振频率，使激振频率与轨道10局部振动的频率相一致，产生局部模态的共振；通过调整激振设备2的激振幅值，控制激振作用的强弱，保证激振作用产生的变形满足轨道10的正常使用要求，对轨道10不产生额外损伤。

本实用新型的工作过程：

当移动机车1在轨道10上行驶时，控制系统3来控制激振设备2的激振频率和激振幅值，使移动机车1的车轮与轨道10始终保持接触状态。在不引起损伤或正常使用功能的情况下对轨道局部模态进行共振激振。激振设备2的激振端与移动机车1的底盘相连接，激振设备2产生的连续激振力作用于移动机车1的车身上，该激振力将通过移动机车1传递给轨道10。所述激振设备2设置于移动机车1的底盘上，并位于底盘的中轴线上。

本实用新型在理论上，激振设备2可安装在移动机车1底盘的任意位置，为了提高检测的精准度，在具体装配过程中，激振设备2设置于移动机车1底盘的刚度中心位置。为避免轨道几何不平顺检测系统与本实用新型共振对检测结果造成影响，激振设备2的激振频率应远离移动机车1的固有频率，同时，激振设备2的激振频率应尽量接近道路局部模态振动的自振频率。

本实施方式中的信号采集器4，设置于激振设备2与移动机车1的连接部位，用以拾取激振设备2与移动机车1之间的相互作用力。在具体装配过程中信号采集器4为一个力传感器。

轨道几何不平顺检测系统的具体检测过程如下：

首先，建立常规的列车轨道耦合模型a和本实用新型与轨道的耦合模型b；根据现有典型轨道谱确定轨道几何静态不平顺初始数值；

然后，将轨道静态不平顺初始值带入本实用新型的控制系统3及轨道耦合模型b，同时将轨道静态不平顺引入运动微分方程，利用非线性数值积分算法获得荷载加载装置、轨道10的动态响应，比较数值仿真结果在本实用新型作用下实际测得的动态响应之间的差别，通过基于时域、频域或频域时域相结合的差值估计算法进行迭代运算，逐步更新仿真模型中的轨道静态几何不平顺，使仿真计算得到的动态响应逐渐逼近实测的真实值，当迭代误差满足计算精度要求时，即可获得轨道10的静态几何不平顺。

最后，分析移动机车1和轨道10的耦合模型a并计算出轨道10的动态变形，将轨道静态几何不平顺与轨道动态变形进行求和计算，即可获得轨道动态几何不平顺。

本实用新型为一种荷载施加装置，可对轨道施加连续激振作用，激振作用的加载速率、出力大小可调，适用于各种轨道类型，无需手工操作，因此，节约了大量的人力、物力，同时大幅度提高检测精度和检测效率，便于各种既有线路的检修以及新建线路的质量监督，应用前景十分广泛。

Claims (4)

1.一种基于主动激励的轨道几何不平顺检测系统的荷载施加装置，其特征在于：它包括移动机车(1)、激振设备(2)、控制系统(3)、信号采集器(4)和电力供应系统(5)，所述移动机车(1)在轨道(10)上自行行驶或通过牵引设备牵引行驶，所述激振设备(2)、控制系统(3)、信号采集器(4)和电力供应系统(5)均设置在移动机车(1)内；

所述激振设备(2)设置在移动机车(1)的底盘上，所述激振设备(2)通过信号采集器(4)与控制系统(3)相连接，所述控制系统(3)发出控制信号给激振设备(2)，所述激振设备(2)在控制信号的控制下将指定频率及幅值的激振作用通过移动机车(1)施加给轨道(10)上，所述电力供应系统(5)设置在移动机车(1)上并为激振设备(2)、控制系统(3)和信号采集器(4)提供动力。

2.根据权利要求1所述的基于主动激励的轨道几何不平顺检测系统的荷载施加装置，其特征在于：所述激振设备(2)位于移动机车(1)底盘的中轴线上，所述激振设备(2)的激振端通过连接轴(8)与移动机车(1)的底盘可拆卸连接。

3.根据权利要求2所述的基于主动激励的轨道几何不平顺检测系统的荷载施加装置，其特征在于：所述信号采集器(4)设置在连接轴(8)上，所述信号采集器(4)获取激振设备(2)与移动机车(1)之间的传力信号并将传力信号传送给控制系统(3)。

4.根据权利要求3所述的基于主动激励的轨道几何不平顺检测系统的荷载施加装置，其特征在于：所述荷载施加装置还包括多个走行轮(6)、多个轮支架(9)和多个导行轮(7)，走行轮(6)和轮支架(9)一一对应设置，每个走行轮(6)通过其对应的轮支架(9)安装在移动机车(1)的下端面，每个走行轮(6)所在的轮支架(9)上可拆卸连接有两个相对设置导行轮(7)，多个走行轮(6)带动移动机车(1)沿轨道(10)行驶，相对设置的两个导行轮7分别紧贴在轨道(10)的内侧和外侧。