CN207037112U - 一种铁路隧道拱顶地质雷达连续检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种铁路隧道拱顶地质雷达连续检测装置，包括工程车、工作台、液压升降台、隧道断面激光检测机构、拱顶撑杆机构及拱顶雷达天线检测机构。所述拱顶撑杆机构中撑杆主体有两段撑杆臂，两撑杆臂间由撑杆臂调节销轴连接，通过液压升降台和撑杆驱动电机带动两撑杆臂实现两自由度的升降和旋转，使安装在撑杆主体顶端的拱顶雷达天线检测机构中的雷达天线伸展到隧道拱顶内壁与接触网之间所有间隙之中，扫描拱顶需要检测的每个区域，使隧道拱顶的检测空白区域减少为接近零。本装置检测时通过机构之间的配合运动，雷达天线可避开接触网等障碍，减少了拱顶撑杆机构等频繁、快速升降，且控制简单可靠性高，实现连续检测提高了检测效率和质量。

Description

一种铁路隧道拱顶地质雷达连续检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种隧道拱顶地质雷达检测装置，具体地说是涉及一种车载型的可沿铁路隧道纵深进行地质雷达检测，且能够自动避开隧道内的高架接触网等设施，实现连续性、高效率和高质量检测的铁路隧道拱顶地质雷达连续检测装置。

背景技术

随着我国铁路交通事业的不断发展，加上铁路沿线地况的复杂情形，铁路隧道的数量也在逐年增加，长期运营过程中暴露出来的隧道地质危害也时有发生。以往对铁路隧道内壁地质检测主要靠目测和打孔抽查，存在主观检测和以点代面检测的弊病，因此很多部门开展了地质雷达无损检测技术的研究。

近年来，国内已有较先进的地质雷达无损检测技术应用于铁路隧道地质检测领域。如中国专利号为201210245314.9的“隧道拱顶检测装置”，该装置利用绳轮伸缩机构来替代人工手持地质雷达检测，以及在小车行进当中应用缓冲机构使雷达避开高架线架，检测的安全性和稳定性有了一定程度的提高；其不足之处：一是所使用的缓冲机构只能起到缓冲作用，而不能完全避免拱顶检测时地质雷达因碰撞所造成的损坏；同时由于采用弹性接触的缓冲机构使地质雷达避开了高架线架，这样在高架线架四周必然存在检测白区；另一是该装置在不工作时尽管利用折叠机构让检测装置水平放置，方便运输及减少了装置闲置时存放的竖直空间，但由于装置中伸缩机构本身的长度决定了水平的放置空间依然很大。

中国专利网还公开了申请号为201511023416.6的“车载隧道衬砌雷达检测装置”，该技术对前述的专利技术进行了部分改进，但拱顶检测装置部分存在的地质雷达因碰撞所造成的损坏及存在检测白区等不足依然没有很好地解决。

发明内容

本实用新型的目的是为了解决目前现有技术存在的问题，而提出一种结构简单，能适应不同隧道拱顶内壁工况、操作简便和高效的铁路隧道拱顶地质雷达连续检测装置，且装置工作时雷达天线会自动避开高架接触网，可以对铁路隧道拱顶内壁进行连续检测，实现拱顶高架接触网两侧的检测空白区域减少为接近零的检测效果。

为了实现上述目的，本实用新型采取的技术措施是：提供一种铁路隧道拱顶地质雷达连续检测装置，由工程车、工作台、液压升降台、隧道断面激光检测机构、拱顶撑杆机构及拱顶雷达天线检测机构组成；工程车用于固定与承载整个装置和实现在道路上移动，工作台固定在工程车上；

所述的液压升降台设有升降台底座、拉线传感器、液压剪叉组件和升降台台面；所述的升降台底座固定在工作台上，并通过支架固定在工程车上；所述的液压剪叉组件中设有两个液压缸，两液压缸为升降台台面的升降提供动力；拉线传感器安装在升降台底座上，在液压缸拉动升降台台面升降时，拉线传感器用于实时采集和反馈升降台台面位置的信息，进而对升降台台面的升降高度形成闭环的稳定控制；

所述的隧道断面激光检测机构设有角度和位置可调的激光传感器，安装于工作台上且位于液压升降台的前面，隧道断面激光检测机构用于在检测装置工作时预先通过激光进行隧道拱顶断面扫描，通过激光扫描，液压剪叉组件根据扫描检测的数据，控制液压升降台升降高度，同时控制所述的拱顶撑杆机构中的撑杆驱动电机运行，调整撑杆主体的位置，用于避免安装在撑杆主体顶端的拱顶雷达天线检测机构碰撞到拱顶内壁；

所述的拱顶撑杆机构设有撑杆立柱、配重块、撑杆驱动电机、撑杆主体和撑杆臂调节销轴；所述的撑杆立柱固定在升降台台面上，撑杆立柱上端安装配重块和撑杆驱动电机，配重块用于平衡驱动力矩；所述的撑杆主体设有上、下两段撑杆臂，下撑杆臂前端与撑杆驱动电机连接，上撑杆臂上端与拱顶雷达天线检测机构连接，上、下撑杆臂中间通过撑杆臂调节销轴连接，撑杆驱动电机与撑杆臂调节销轴配合起旋转关节的作用，用于调节两段撑杆臂撑开或回收的角度，通过液压升降台和撑杆驱动电机带动撑杆主体的两段撑杆臂实现两自由度的升降和旋转，调节拱顶雷达天线检测机构的伸展位置；

所述的拱顶雷达天线检测机构设有雷达天线微调驱动电机、平行四边形微调组件、雷达天线和超声波检测器；超声波检测器用于检测雷达天线与隧道拱顶内壁之间距离及反馈所述距离信息，通过控制雷达天线微调驱动电机转动，带动平行四边形微调组件调节雷达天线的位姿；拱顶雷达天线检测机构用于完成整个隧道拱顶单行道纵向检测。

所述的工作台设有工作台面、工作台底座和扶梯，工作台底座用于支撑工作台面上安装的检测机构，扶梯用于操作人员到工作台面上以便调整拱顶撑杆机构的撑杆主体伸展的角度。

所述的拱顶雷达天线检测机构进行检测时，雷达天线与隧道拱顶内壁之间的距离为1～3cm。

本实用新型的铁路隧道拱顶地质雷达连续检测装置与现有装置相比具有的优点是：

1、本实用新型的检测装置通过隧道断面激光检测机构检测后反馈的信息控制撑杆驱动电机，及通过超声波检测器反馈的信息控制雷达天线微调驱动电机的转动，实现了自动化检测，且当检测装置一次性调整好各个检测机构的基准状态后，检测过程中无需避障，故工程车行进速度比现有检测技术的行车速度更快，能明显地提高检测效率。

2、本实用新型的检测装置的拱顶雷达天线检测机构中采用了平行四边形微调组件，响应速度快、稳定性好。

3、本实用新型的检测装置最大的优点是工作时会自动避障和显著地降低检测空白区，操作简单。本检测装置可以实现隧道拱顶内壁地质结构的纵向连续检测，尤其是拱顶撑杆机构的撑杆主体采用了二段撑杆臂实现两自由度的升降和旋转，可大范围调节拱顶雷达天线的位置，使检测空白区降低到接近于零，检测范围大且检测质量高，提升了铁路运输的安全性。

4、本实用新型的检测装置结构简单，便于组装、方便控制，适用于对环境复杂的电气化铁路隧道拱顶衬砌的检测，推广应用前景好。

附图说明

图1为本实用新型的铁路隧道拱顶地质雷达连续检测装置工作时结构示意图。

图2为本装置的工作台、液压升降台及拱顶撑杆机构立体结构示意图。

图3为本装置的拱顶撑杆机构及拱顶雷达天线检测机构结构示意图。

图4为本装置在隧道行进中撑杆主体部分收回时结构示意图。

图5为本装置不工作时撑杆主体完全收回的结构示意图。

上述图中：1-工程车；2-工作台；3-液压升降台；4-隧道断面激光检测机构；5-拱顶撑杆机构；6-拱顶雷达天线检测机构；7-拱顶内壁；8-接触网；30-升降台底座；31-液压剪叉组件；32-拉线传感器；33-升降台台面；51-撑杆立柱；52-配重块；53-撑杆驱动电机；54-撑杆主体；55-撑杆臂调节销轴；61-雷达天线微调驱动电机；62-平行四边形微调组件；63-雷达天线；64-超声波检测器。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本实用新型作进一步说明，但本实用新型的实施不限于此。

实施例1：本实用新型提供一种铁路隧道拱顶地质雷达连续检测装置，其结构如图1所示，由工程车1、工作台2、液压升降台3、隧道断面激光检测机构4、拱顶撑杆机构5和拱顶雷达天线检测机构6组成。

参见图1，图1所示的是本实用新型对单行的铁路隧道纵向检测拱顶的实例。所述的工程车1可在铁轨上行进，用于固定与承载整个装置和实现在道路上移动。

所述的工作台2固定在工程车上，工作台设有工作台面、工作台底座和扶梯，工作台底座用于支撑工作台面上安装的所有检测机构，扶梯方便于操作人员到工作台面上，以便调整撑杆臂伸展的角度。

所述的液压升降台3设有升降台底座30、拉线传感器32、液压剪叉组件31和升降台台面33；升降台底座安装在工作台2上，拉线传感器32安装在升降台底座上。设计的液压升降台3可以缩短两段撑杆臂的长度和运动行程。所述的液压剪叉组件31中设有两个液压缸，两液压缸为升降台台面33的升降提供动力，两液压缸运动推动升降台台面33作升降运动时，拉线传感器用于实时反馈升降台台面位置的信息，进而对升降台台面的升降高度形成闭环的稳定控制。

如图2所示，所述的隧道断面激光检测机构4设有角度和位置可调的激光传感器，安装于工作台2上，且位于液压升降台3的前面，本检测装置工作时预先采用激光对隧道拱顶内壁7进行断面扫描，通过激光扫描，液压剪叉组件31根据激光扫描检测反馈的数据，控制液压升降台升降高度，同时控制所述的拱顶撑杆机构中的撑杆驱动电机运行，调整撑杆主体的两臂伸展的位置，用于避免拱顶雷达天线检测机构6碰撞隧道拱顶内壁7。

如图3所示，所述的拱顶撑杆机构5设有撑杆立柱51、配重块52、撑杆驱动电机53、撑杆主体54和撑杆臂调节销轴55；所述的撑杆立柱51固定在升降台台面33上，撑杆立柱上端安装配重块52和撑杆驱动电机53，配重块用于平衡驱动力矩；所述的撑杆主体54设有上、下两段撑杆臂，下撑杆臂前端与撑杆驱动电机53连接，上撑杆臂上端与拱顶雷达天线检测机构6连接，两段撑杆臂中间通过撑杆臂调节销轴55连接，撑杆驱动电机的旋转对下撑杆臂起作用，撑杆臂调节销轴的旋转对上下撑杆臂张开一定角度起作用，两者用于调节两段撑杆臂撑开或回收的角度，采用两段撑杆臂的设计便于两撑杆臂运动时避开接触网8；拱顶撑杆机构5通过下方的液压升降台和所述的撑杆驱动电机53带动撑杆主体54的两段撑杆臂转动实现升降和旋转的两自由度，可大范围调节雷达天线63扫描的位置。

所述的拱顶雷达天线检测机构6设有雷达天线微调驱动电机61、平行四边形微调组件62、雷达天线63和超声波检测器64，通过超声波检测器检测到的雷达天线与隧道拱顶内壁7之间距离的信息，反馈并控制雷达天线微调驱动电机转动，带动平行四边形微调组件调节雷达天线的位姿；拱顶雷达天线检测机构6用于完成整个隧道拱顶单行道纵向检测。

图4为拱顶撑杆机构5中的撑杆主体54部分收回时的状态结构图，图5为装置在不工作时撑杆主体完全收回的状态结构图。由图5可见撑杆主体完全收回后本装置直立的高度明显降低，且未加大本系统水平方向的宽度，方便运输及减少了装置闲置时存放空间。

本实用新型的检测装置通过超声波检测器检测到的雷达天线与隧道拱顶内壁之间的距离，反馈距离信息用于控制微调驱动电机转动，采用平行四边形微调组件，响应速度快、稳定性好。

实施例2：本实用新型的铁路隧道拱顶地质雷达连续检测装置工作过程是：

开始检测前，工程车1置于铁路轨道上，工作台2固定在工程车1上，将液压升降台3、隧道断面激光检测机构4、拱顶撑杆机构5、拱顶雷达天线检测机构6等固定到指定位置，如图1所示。然后按以下步骤展开两撑杆臂，拱顶雷达天线检测机构6靠近隧道拱顶内壁7。

1、通过撑杆臂调节销轴55按设计值手动调节好上撑杆臂撑开角度，液压升降台3中的拉线传感器32工作，根据拉线传感器反馈的位移数据来调节液压剪叉组件31，使得液压剪叉组件中设的两个液压缸运动；液压缸拉动升降台台面33升降；升降台台面上升，拱顶撑杆机构5也上升到目标位置，控制撑杆驱动电机53转动一个角度，使上撑杆臂伸展到最高位置，且与接触网8保持安全距离，另外雷达天线距离隧道拱顶内壁1～3厘米之间，完成准备工作。

2、根据雷达天线采样的最小频率来确定工程车1前进的速度；开始检测，如图2、3所示，位于液压升降台3前面的隧道断面激光检测机构4首先采用激光扫描实时检测隧道拱顶内壁7断面的工况，检测装置通过激光扫描反馈数据的变化大小自动进行分类控制：

若隧道拱顶内壁7有变径、大凸起的跳动时，即隧道断面激光检测机构反馈的检测数据变化大，则检测装置通过控制液压剪叉组件31的两液压缸运动，调节升降台台面33的高度和控制撑杆驱动电机53转动来调整拱顶雷达天线检测机构6的基准位置，并控制雷达天线微调驱动电机61转动，带动平行四边形微调组件62调节雷达天线63的位姿；

若隧道拱顶内壁7比较平滑，即隧道断面激光检测机构反馈的检测数据变化小，则检测装置只调节雷达天线微调驱动电机61的转动，带动平行四边形微调组件62调节雷达天线的位姿。

3、在检测过程中，检测装置还实时通过超声波检测器64调节雷达天线微调驱动电机61，带动平行四边形微调组件62运动，保证雷达天线63和隧道拱顶内壁7的距离为1～3厘米的检测距离。

4、完成整个隧道的拱顶检测后，撑杆臂按照步骤1中相反方向执行，参见图4、5，将撑杆主体54、拱顶雷达天线检测机构6逐步收回至与接触网8距2m以上的位置后，工程车1离开铁路轨道返回车库。

在以上整个检测过程中雷达天线63都会自动伸至隧道拱顶内壁需要检测的每个角落进行扫描，当遇到拱顶内壁有大凸起、隧道变径、碰到接触网等特殊工矿时，装置也能实时记录雷达天线检测位置，便于进行缺陷定位和补充检测。完成检测后，工程车在铁路行进时，撑杆主体54、拱顶雷达天线检测机构6都要收缩到距接触网2米以上的安全距离。

本实用新型的检测装置结构简单，便于组装、方便控制，能实现将检测空白区降低到接近于零的检测效果，检测范围大，提高了检测质量和铁路运输的安全性。本装置适用于对环境复杂的电气化铁路隧道衬砌拱顶内壁的检测，推广应用前景好。

Claims (3)

1.一种铁路隧道拱顶地质雷达连续检测装置，由工程车、工作台、液压升降台、隧道断面激光检测机构、拱顶撑杆机构及拱顶雷达天线检测机构组成；工程车用于固定与承载整个装置和实现在道路上移动，工作台固定在工程车上；其特征在于：

所述的液压升降台设有升降台底座、拉线传感器、液压剪叉组件和升降台台面；所述的升降台底座固定在工作台上，并通过支架固定在工程车上；所述的液压剪叉组件中设有两个液压缸，两液压缸为升降台台面的升降提供动力；拉线传感器安装在升降台底座上，在液压缸拉动升降台台面升降时，拉线传感器用于实时采集和反馈升降台台面位置的信息，进而对升降台台面的升降高度形成闭环的稳定控制；

所述的隧道断面激光检测机构设有角度和位置可调的激光传感器，安装于工作台上且位于液压升降台的前面，隧道断面激光检测机构用于在检测装置工作时预先通过激光进行隧道拱顶断面扫描，通过激光扫描，液压剪叉组件根据扫描检测的数据，控制液压升降台升降高度，同时控制所述的拱顶撑杆机构中的撑杆驱动电机运行，调整撑杆主体的位置，用于避免安装在撑杆主体顶端的拱顶雷达天线检测机构碰撞到拱顶内壁；

所述的拱顶撑杆机构设有撑杆立柱、配重块、撑杆驱动电机、撑杆主体和撑杆臂调节销轴；所述的撑杆立柱固定在升降台台面上，撑杆立柱上端安装配重块和撑杆驱动电机，配重块用于平衡驱动力矩；所述的撑杆主体设有上、下两段撑杆臂，下撑杆臂前端与撑杆驱动电机连接，上撑杆臂上端与拱顶雷达天线检测机构连接，上、下撑杆臂中间通过撑杆臂调节销轴连接，撑杆驱动电机与撑杆臂调节销轴配合起旋转关节的作用，用于调节两段撑杆臂撑开或回收的角度，通过液压升降台和撑杆驱动电机带动撑杆主体的两段撑杆臂实现两自由度的升降和旋转，调节拱顶雷达天线检测机构的伸展位置；

所述的拱顶雷达天线检测机构设有雷达天线微调驱动电机、平行四边形微调组件、雷达天线和超声波检测器；超声波检测器用于检测雷达天线与隧道拱顶内壁之间距离及反馈所述距离信息，通过控制雷达天线微调驱动电机转动，带动平行四边形微调组件调节雷达天线的位姿；拱顶雷达天线检测机构用于完成整个隧道拱顶单行道纵向检测。

2.根据权利要求1所述的铁路隧道拱顶地质雷达连续检测装置，其特征在于：所述的工作台设有工作台面、工作台底座和扶梯，工作台底座用于支撑工作台面上安装的检测机构，扶梯用于操作人员到工作台面上以便调整拱顶撑杆机构的撑杆主体伸展的角度。

3.根据权利要求1所述的铁路隧道拱顶地质雷达连续检测装置，其特征在于：所述的拱顶雷达天线检测机构进行检测时，雷达天线与隧道拱顶内壁之间的距离为1～3cm。