CN207891667U - 低速测量轨道几何参数装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种低速测量轨道几何参数装置，其技术方案要点是包括里程计、三维陀螺仪、中央处理单元、安装在列车底部的激光廓形仪以及与中央处理单元连接的计算机，里程计、三维陀螺仪和激光廓形仪均与包含有中央处理单元的电路板连接，每根轨道的上方设置有两个激光廓形仪，两个激光廓形仪分别为前后设置的前廓形仪和后廓形仪，达到了低速情况下对轨道不平顺的检测较为的准确的目的。

Description

低速测量轨道几何参数装置

技术领域

本实用新型涉及一种轨道测量的领域，特别涉及一种低速测量轨道几何参数装置。

背景技术

早期轨道状态采用人工检测，19世纪70年代出现了轨道检查小车。用人力推行小车和机动的检测小车进行检测。用这些方法检查不能反映轨道在列车车轮荷载作用下的几何状态。近十多年来，由于行车速度提高，运量增大，需进一步提高轨道的不平顺性，要求更准确地测出轨道不平顺波形，因而促进了轨道检测新技术的发展。

在高速的情况下，通常使用惯性基准法对轨道不平顺进行检测，通过安装在列车上的里程计、三维陀螺仪以及轨距传感器、横向倾角传感器和纵向倾角传感器获取轨道相对几何参数，即相对测量数据。三维陀螺仪测量轨道相对轨迹的测量原理见图1，以水平面内坐标计算为例，其相对坐标算法公式为：其中：α为三维陀螺仪实时测量的水平面内的角度变化，l为里程计测量的结果，L_i为起点到计算点的里程，t_i为测量过程中的时间微量。

惯性基准法对时间进行两次积分，速度越低，时间越长，积累误差越大，因此惯性基准法受速度影响较大，不适宜低速检测，在高速时更具优势。而在进行监测时，列车刚启动时列车的速度较低，此时测量的数据准确度不高。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种低速测量轨道几何参数装置，其优点是低速情况下对轨道不平顺的检测较为的准确。

本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种低速测量轨道几何参数装置，包括里程计、三维陀螺仪、中央处理单元、安装在列车底部的激光廓形仪以及与中央处理单元连接的计算机，里程计、三维陀螺仪和激光廓形仪均与包含有中央处理单元的电路板连接，每根轨道的上方设置有两个激光廓形仪，两个激光廓形仪分别为前后设置的前廓形仪和后廓形仪。

通过采用上述技术方案，通过里程计可以确定在低速情况下获取轨道相对几何参数的x_i，三维陀螺仪实时测量水平面内的角度变化α，前廓形仪实时测量距离轨道表面x_i-1处的偏移量h_i-1，后廓形仪实时测量距离轨道表面x_i处的偏移量h_i-1，前廓形仪实时测量距离轨道表面x_i处的偏移量h_i’，通过计算机计算得出轨道相对几何参数的y_i，最终得到测量的任意点(x_i，y_i)，获取平顺性参数，对各个参数的测量较为方便准确。

较佳的，该低速测量轨道几何参数装置还包括固定在列车底部的安装架，安装架呈长方形的框状且激光廓形仪位于安装架的四角处。

通过采用上述技术方案，方便激光廓形仪安装较为均匀，整体较为平稳。

较佳的，三维陀螺仪位于安装架内侧且位于中部位置，三维陀螺仪与安装架的内壁固接。

通过采用上述技术方案，方便三维陀螺仪的设置，姿态检测较为准确。

较佳的，前廓形仪包括测量钢轨内侧轮廓的前方内侧廓形仪和测量钢轨外侧轮廓的前方外侧廓形仪，后廓形仪包括测量钢轨内侧轮廓的后方内侧廓形仪。

通过采用上述技术方案，前方内侧廓形仪和前方外侧廓形仪共同配合，检测轨道的断面，同时测量轨道整体轮廓。

较佳的，安装架设置前方内侧廓形仪处的外侧拼接有分架体，前方外侧廓形仪固接在分架体上。

通过采用上述技术方案，方便对前方外侧廓形仪拆装更换。

较佳的，在安装架侧方开设有拼接槽，分架体上固接有与拼接槽插接配合的拼接凸起。

通过采用上述技术方案，拼接凸起和拼接槽相互限制，分架体连接更为的稳定。

较佳的，安装架的转角处开设有锁定槽，分架体上向外突出形成有嵌入锁定槽内的锁定块，锁定块处设置有锁定螺栓且通过锁定螺栓与安装架固定。

通过采用上述技术方案，锁定块和锁定槽相互配合，分架体和安装架固定更为的稳定。

较佳的，分架体设置锁定块一侧相对的另一侧固接有固定边，固定边处设置有固定螺栓且通过固定螺栓与安装架固定。

通过采用上述技术方案，固定边和固定螺栓起到一定辅助固定的作用，使得分架体固定更为的牢固。

较佳的，在安装架上开设有多个容纳槽，激光廓形仪一一安装在容纳槽内。

通过采用上述技术方案，激光廓形仪放在容纳槽中不容易被撞到，容纳槽起到一定的保护作用。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：低速情况下对轨道不平顺的检测较为的准确。

附图说明

图1是安装架和列车连接时的结构示意图；

图2是图2中的A部放大图；

图3是激光廓形仪照射时的示意图；

图4是廓形仪选取基准时的示意图；

图5是低速测量轨道几何参数时的原理图；

图6是惯性基准法测量轨道几何参数时的原理图；

图7是实施例二的安装架结构示意图；

图8是实施例二中分架体与安装架配合示意图；

图9是实施例二中分架体与安装架结合时的结构示意图。

图中，1、轨道；2、安装架；21、分架体；211、锁定块；2111、锁定螺栓；212、拼接凸起；213、固定边；2131、固定螺栓；214、拼接槽；3、后廓形仪；4、前廓形仪；41、前方内侧廓形仪；42、前方外侧廓形仪；5、三维陀螺仪；6、安装组件；61、连接杆；62、螺母；63、安装座；7、中部廓形仪。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“底面”和“顶面”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

实施例一

如图1所示，一种测量第三轨几何参数的轨道测量装置，包括实时记录列车经过里程的里程计、实时测量水平面内的角度变化α的三维陀螺仪5、实时测量距离轨道1表面高度的激光廓形仪，激光廓形仪(可以称激光轮廓仪、激光轮廓测量仪、激光轮廓扫描仪等)包括实时测量距离轨道1表面高度的前廓形仪4、实时测量距离轨道1表面高度的后廓形仪3，整理计算里程计、三维陀螺仪5、前廓形仪4和后廓形仪3信息的计算机，里程计、三维陀螺仪5和激光廓形仪均与包含有中央处理单元的电路板连接，中央处理单元可以通过无线通讯的方式和计算机连接，中央处理单元接收采集的信息反馈给计算机。

每根轨道1的上方均设置有前廓形仪4和后廓形仪3，前廓形仪4和后廓形仪3沿着轨道1方向前后分布。测量第三轨几何参数的轨道测量装置还包括安装架2，安装架2的侧方设置有安装组件6。结合图2，安装组件6包括连接杆61以及与安装架2侧方固接的安装座63，连接杆61的上端可以通过螺栓和列车底部固接，连接杆61的下端设置有螺纹，连接杆61的下端螺纹连接有两个螺母62，连接杆61的下端穿过连接座，通过两个螺母62夹持连接座从而固定安装座63。

安装架2呈长方形的框状，激光廓形仪安装在安装架2的四角处，三维陀螺仪5位于安装架2内侧且位于中部位置，三维陀螺仪5与安装架2的内壁固接。

前廓形仪4包括测量钢轨内侧轮廓的前方内侧廓形仪41和测量钢轨外侧轮廓的前方外侧廓形仪42，通过前方内侧廓形仪41和前方外侧廓形仪42来测量轨道1的断面，也可测量距离轨道1表面的高度，后廓形仪3包括测量钢轨内侧轮廓后方内侧廓形仪可测量距离轨道1表面的高度。结合图3，前方内侧廓形仪41和前方外侧廓形仪42分别位于轨道1的侧上方，前方内侧廓形仪41和前方外侧廓形仪42可以关于轨道1对称，后方内侧廓形仪位于轨道1的侧上方，这样通过各个廓形仪能测出轨道内侧的轮廓，即可一起判断出竖向偏移和横向偏移。

结合图4，在通过廓形仪判定偏移时，需要选定基准，可以选用轨道1工作边轮廓的公切线，公切线与轨道1的切点就是竖向偏移的基准点，切线向下移动一定距离，可以是14mm、16mm或20mm，与内侧面的交点就是横向偏移的基准点，竖向偏移用于计算高低，横向偏移用于计算轨向。

一种低速测量轨道几何参数方法，此方法可在列车速度不超过15Km/h适用，需要使用里程计、三维陀螺仪5、中央处理单元、前廓形仪4、后廓形仪3以及计算机进行采集和处理数据，以上设备均安装的列车上，同一根轨道1上方的前廓形仪4和后廓形仪3之间的距离为C。在列车启动时，开启里程计、三维陀螺仪5、中央处理单元、前廓形仪4、后廓形仪3以及计算机。

之后通过里程计实时记录列车经过的里程，反映到水平面内的坐标中可获取轨道1相对几何参数x_i，经过中央处理单元的整理输入至计算机中。三维陀螺仪5实时测量水平面内的角度变化α，经过中央处理单元输入至计算机中。前廓形仪4实时测量距离轨道1表面x_i-1处的高度h_i-1，经过中央处理单元输入至计算机中。后廓形仪3实时测量距离轨道1表面x_i处的高度h_i，经过中央处理单元输入至计算机中。由于在运行的过程中轨道1存在一定的不平顺，列车会有一定的起伏，此时前廓形仪4检测完x_i-1处的数值后到达x_i处检测数值时，会与后廓形仪3检测x_i时的检测数值h_i不同，可以记前廓形仪4实时测量距离轨道1表面x_i处的高度为h_i’，经过中央处理单元输入至计算机中。

轨道1在空间中的不平顺有竖向高低不平顺，也有横向不平顺，竖向不平顺可以称之为高低或者说高低起伏，而横向不平顺也称之为轨向不平顺，为了测量轨道1竖向不平顺和横向不平顺，其中偏移量可以是距离轨道1上表面的竖直高度或者是距离轨道1内侧表面的横向距离。

结合图5，以高低不平顺为例做出具体说明，曲线为轨道1实际的起伏曲线，曲线上方线段的两端分别为前廓形仪4和后廓形仪3测出的距离轨道1表面的高度。线段的长度是一定的，记为C，但由于轨道1有一定的起伏，使得列车以及安装在列车上的三维陀螺仪5、前廓形仪4以及后廓形仪3的姿态不同，α为三维陀螺仪5实时测量的水平面内的角度变化，第x_i处的角度为α_i-1，前廓形仪4实测的距离轨道1表面的高度为h_i-1’，后廓形仪3实测的距离轨道1表面的高度为h_i，因此可以得出，最终得出其中y₀和C为测量值，h_i’、α_i和h_i为实测值，通过计算机得出每个点的参数(x_i，y_i)，最终形成轨道1的起伏曲线。测量竖向不平顺时竖向h叫高度，而测量横向不平顺时，横向h叫偏移，前廓形仪4和后廓形仪3测出的距离轨道1内侧表面的偏移即可。

实施例二

如图7所示，安装架2设置前方内侧廓形仪41处的外侧拼接有分架体21，前方外侧廓形仪42固接在分架体21上。在安装架2和分架体21两者的底部均可以开设有容纳槽，前廓形仪4和后廓形仪3均设置在容纳槽内，其中前方外侧廓形仪42位于分架体21的容纳槽中。

结合图8，为了固定分架体21较为的稳定，安装架2的转角处开设有锁定槽，分架体21上向外突出形成锁定块211，在进行安装时，锁定块211嵌入锁定槽中，让后通过在锁定块211处的锁定螺栓2111将锁定块211和安装架2固定，完成安装，这样在不需要前方外侧轮廓仪的情况下可以对其快速拆装。为了分架体21连接更加的稳定，更加不容易发生晃动，在安装架2的侧方即靠近分架体21一侧开设有拼接槽214，在分架体21靠近安装架2一侧向外突出形成有拼接凸起212，在安装时拼接凸起212插入拼接槽214中。

结合图9，当然也可以在分架体21设置锁定块211一侧相对的另一侧固接有固定边213，固定边213处设置有固定螺栓2131，固定螺栓2131一端穿过固定边213上的通孔和安装架2固接。

本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种低速测量轨道几何参数装置，其特征在于：包括里程计、三维陀螺仪(5)、中央处理单元、安装在列车底部的激光廓形仪以及与中央处理单元连接的计算机，里程计、三维陀螺仪(5)和激光廓形仪均与包含有中央处理单元的电路板连接，每根轨道(1)的上方设置有两个激光廓形仪，两个激光廓形仪分别为前后设置的前廓形仪(4)和后廓形仪(3)。

2.根据权利要求1所述的低速测量轨道几何参数装置，其特征在于：该低速测量轨道(1)几何参数装置还包括固定在列车底部的安装架(2)，安装架(2)呈长方形的框状且激光廓形仪位于安装架(2)的四角处。

3.根据权利要求2所述的低速测量轨道几何参数装置，其特征在于：三维陀螺仪(5)位于安装架(2)内侧且位于中部位置，三维陀螺仪(5)与安装架(2)的内壁固接。

4.根据权利要求3所述的低速测量轨道几何参数装置，其特征在于：前廓形仪(4)包括测量钢轨内侧轮廓的前方内侧廓形仪(41)和测量钢轨外侧轮廓的前方外侧廓形仪(42)，后廓形仪(3)包括测量钢轨内侧轮廓的后方内侧廓形仪。

5.根据权利要求4所述的低速测量轨道几何参数装置，其特征在于：安装架(2)设置前方内侧廓形仪(41)处的外侧拼接有分架体(21)，前方外侧廓形仪(42)固接在分架体(21)上。

6.根据权利要求5所述的低速测量轨道几何参数装置，其特征在于：在安装架(2)侧方开设有拼接槽(214)，分架体(21)上固接有与拼接槽(214)插接配合的拼接凸起(212)。

7.根据权利要求5所述的低速测量轨道几何参数装置，其特征在于：安装架(2)的转角处开设有锁定槽，分架体(21)上向外突出形成有嵌入锁定槽内的锁定块(211)，锁定块(211)处设置有锁定螺栓(2111)且通过锁定螺栓(2111)与安装架(2)固定。

8.根据权利要求7所述的低速测量轨道几何参数装置，其特征在于：分架体(21)设置锁定块(211)一侧相对的另一侧固接有固定边(213)，固定边(213)处设置有固定螺栓(2131)且通过固定螺栓(2131)与安装架(2)固定。

9.根据权利要求2所述的低速测量轨道几何参数装置，其特征在于：在安装架(2)上开设有多个容纳槽，激光廓形仪一一安装在容纳槽内。