CN2102952U - 智能轨道动态检查仪 - Google Patents

Abstract

一种由主机、加速度传感器和测速传感器组成的 智能轨道动态检查仪，如图1所示。主机由模拟记录 部分、测速走纸部分、数字检测部分和系统标定部分 组成。加速度传感器主要由充电器电路板、变压器、 电池、水平加速度计、垂直加速度计和电压表组成。 测速传感器主要由磁铁组合件、感应线圈、固定框架、 旋转柄，调节臂和测速信号输出插座组成。本实用新 型适合铁路工务部门用于检查轨道状态、监察线路质 量及指导线路维修养护作业。

Description

本实用新型属于铁路专用轨道检查仪的改进。

在对铁路线路进行维修、养护过程中，通常要事先测定轨道的技术状态。在国外铁路维修规范中，制定了列车振动检查标准。用列车振动加速度的大小来检查线路质量的好坏。例如，在日本主要用吉田精机株式会生产的UH－Ⅱ型列车振动加速度计来检查线路质量。其工作特点是：以模拟方式记录列车振动加速度，通过量图分析病害大小，找出列车在线路上晃动的地点。它是目前国外比较先进的一个检查线路质量好坏的仪器。但该仪器没有同步记录，也不能进行数据处理，不能测列车运行速度，只能用平均速度代替；没有列车运行中的里程显示，整机无系统灵敏度标定，总能耗较高。

国内目前生产的类似检查仪有中国专利：轨道动态检查仪。申请号：88214397.2。该仪器虽然解决了日本生产的UH－Ⅱ型列车振动加速度计的上述问题，但在电路设计、元件器件选择以及机械结构设计方面仍存在诸多问题，致使整机的稳定性和可靠性均较差。

本实用新型的目的是提供一种稳定性和可靠性较好的智能轨道动态检查仪。该检查仪由微电脑控制。能用来测量列车加速度，兼测列车速度和里程。它适用于检查轨道状态、监察线路质量及安全状况，特别适合铁路工务部门用于指导线路维修养护作业。本实用新型能用来检测列车运行时的振动加速度，并通过车速检测系统自动检测瞬时车速和走行距离。在记录纸上自动记录水平、垂直两维加速度的波形、公里标和百米标，还能随时记录手动操作标记。由于走纸速度与车速同步，因此查找波形和定位均十分方便。当人为预置起始里程和上、下行标志后，微电脑能通过显示屏自动显示里程。当列车振动加速度超过按车速分级设定的阈值时，微电脑能自动打印出异常地点的“里程位置”、“水平加速度”、“垂直加速度”和“列车运行速度”，并在每一公里处打印出瞬时车速，使列检人员能迅速、准确、直观地了解列车运行中线路所处的状况。

下面结合附图对本实用新型详细描述如下：

图1为轨道动态检查仪的工作原理图

图2为轨道动态检查仪的主面板取出后右半部结构示意图

图3为轨道动态检查仪的主面板取出后左半部结构示意图

图4为轨道动态检查仪的电路方框图

图5为模拟记录及信号处理部分电路图

图6为计程测速与标定信号部分电路图

图7为8031及数字化检测部分电路图

图8为显示器电路图

图9为充电器电路图

图10为电源变换器电路图

图11为打印机电路图

图12为加速度传感器的结构示意图

图13为磁铁组合件示意图

图14为测速传感器工作及结构示意图

图15为走纸机构示意图

智能轨道动态检查仪由主机1、加速度传感器2和测速传感器3组成。

智能轨道动态检查仪的内部机械结构描述如下：

主机1的主面板取出后，右半部结构示意图如图2所示：右半部由里程显示电路板76、8031及数字化检测电路板77、面板开关电路板78、测速及标定信号电路板81、模拟放大及信号处理电路板82、每公里转数拨码盘84、预置里程拨码盘86和打印机电路板88组成。

主机1的主面板取出后，左半部的结构示意图如图3和图15所示，左半部由墨水壶89、记录笔17、记录笔杆91、标记笔26、抬笔旋钮38、抬笔板93、卷纸轴94、纸卷95、记录平板96、走纸机构左侧板97、压级轮98、走纸机构右侧板99、传动齿轮组100、步进电机101、走纸轴102、压纸板103和中隔板104组成。

主机1由模拟记录部分、测速走纸部分、数字检测部分和系统标定部分组成。各部分电路分别描述如下：

模拟记录部分如图4和图5所示：由测振传感器7、积分器8、高通滤波器9、放大器10、低通滤波器11、RC耦合电路12、跟随器13、灵敏度校准电位器14、功率放大器15、消振电路16和记录笔17组成。

当测振传感器7接收到列车运行时产生的振动信号之后，输入给积分器8，经高通滤波器9滤波后送放大器10放大，经低通滤波器11滤波，并经RC耦合电路12消去直流成分，经跟随器13和灵敏度校准电位器14送给功率放大器15，其输出推动记录笔17。功率放大器15输出端有RC消振电路16。垂直、水平两路信号相同。

测速走纸部分，如图4和图6所示，由测速传感器18、倍频器19、分频器20、每公里转数预置器21、8031单片机接口电路22、里程显示器23、打印机24、或门25、标记笔26、里程预置器27、脉冲分配器28、驱动电路29、步进电机和走纸机构30组成。

列车运行时，车轮每转一圈，测速传感器18便输出一个脉冲，经倍频器19和分频器20处理后，产生两个脉冲序列。一个序列送给8031单片机，供里程计数和测定瞬时车速使用；另一个序列经过脉冲分配器28和驱动电路29来推动步进电机，达到走纸速度与车速同步的目的，匀速走纸时，推动步进电机运转的脉冲序列是由8031输出的晶体振荡经过分频处理而来的。上述两个脉冲序列均有两个频率，形成了快慢两挡的走纸速度。

数字检测部分如图4和图7所示：测振传感器7接收到振动信号后，输入给积分器8、经高通滤波器9滤波后，送放大器10放大，经低通滤波器11滤波，并经RC耦合电路12消去直流成份后，送给峰值检测器107。该电路在每个峰值处发出一个脉冲。绝对值电路106将双极性信号变为单向脉冲信号，送给A／D转换器31。当信号达到或超过阈值时，电平鉴别器108便产生一个脉冲。这样，当信号峰值达到或超过阈值时，“与门电路”105便在峰值处送出一个脉冲，向8031申请中断，8031响应中断，启动A／D转换器31，读取里程计数值，测定瞬时车速，并读取A／D转换结果，经过处理后，里程计数值送显示器显示，显示器电路图如图8所示。其他结果由打印机打印输出。打印机电路图如图11所示。水平、垂直两个分量的检测过程相同。

系统标定：标定信号是由晶体振荡分频得出频率为1.5625Hz的方波，经滤波和功率放大后，以恒流方式加到两个加速度计的标定线圈上，使加速度计产生等效于0.40g（峰－峰值）的振动。

判别及标记：8031还读取预置的起始里程。判别上行、下行（计数减或加），及时显示里程，并送出百米标记和公里标记，在每个整公里处打印输出瞬时车速。

主机1的外部机械结构如图1所示：

在主机1的主面板上装有有机玻璃盖板37、监视窗及透明有机玻璃盖板39、走纸机构紧固挂勾手柄42、予置按键43、手动标记插孔44、手动标记按键45、每公里转数拨码盘46、公里数预置拨码盘47、记数加减平拨开关48、电机控制开关49、走纸速度快慢开关50、同步开关51、打印机盖板52、打印纸出纸槽53、打印纸支架固定座54、打印纸支架55、垂直向调零电位器56、水平向调零电位器57和里程显示器62。在主机1的前面板上装有出纸槽40和走纸机构拉出拉手41。在主机1的侧面板上装有抬笔旋钮38。

加速度传感器2的机械结构部分描述如下：

在加速度传感器2如图1所示的主面板上装有电压表33、电压输出插座34、备用电池连接插座35和信号输出插座36。在加速度传感器2的内部如图12所示，装有充电器电路板69，充电器电路图如图9所示。变压器70、电池71、水平加速度计72、垂直加速度计73和电压表74。

测速传感器3的机械结构部分描述如下：

测速传感器3如图14所示，其上的磁铁组合件68分别装在列车车轮75和发电机皮带轮80上。感应线圈66装在固定框架64的左端。用固定框架64和固定框架夹紧螺栓65固定在转向架79上。在固定框架夹紧螺栓65上装有旋转柄87。固定框架64与调节臂83之间用调节臂紧固螺母85固定。在调节臂83中部装有测速信号输出插座67，调节臂83的下部装有感应线圈66。在发电机皮带轮80上装有磁铁组合件68。磁铁组合件68如图13所示，由强磁铁88和不锈钢弯板89组成。

实施例：

磁铁组合件68由强磁铁88和不锈钢弯板89组成。强磁铁88选用钕铁硼材料制造。积分器8中的漆膜电容采用1μf／63V的超小型无感电容。低通滤波器的截止频率为10Hz。显示器采用8031串口输出数据，用74HC164串入并出移位寄存器作为锁存与驱动器。标志笔驱动电路电源的电压为±6V。模拟放大部分由5片四运放LM2902组成。电池为4.5AH密封电池，灵敏度调整电位器为5KΩ。标定信号频率为1.5625Hz。电源系统中的供电电压为：DC±6。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点。

1、主机电路部分的改进：

（1）现有技术中的积分器使用的是4μf／40V漆膜电容。这种电容不仅体积大、笨重、价格贵、不易购买，而且，在振动环境中长期使用容易损坏焊盘，造成接触不良。本实用新型中改用1μf／63超小型无感电容。不仅价格便宜，重量轻、货源充足，而且，在长期使用过程中，不会因振动而损坏焊接电容器的焊盘，从而提高了整机的可靠性。

（2）现有技术中低通滤波器的截止频率为8Hz，本实用新型中改用10Hz，从而改善了对突发性列车晃动的响应能力和检测精度。

（3）在本实用新型中的低通滤波器与功率放大器之间，增加了一级跟随器，跟随器之前增加了高通式RC耦合电路，隔离了功率放大器与前面电路之间的直流耦合，消除了放大器零点漂移对功率放大器的影响，减小了记录基线的漂移。

（4）在本实用新型中省去了滤波器与功率放大器之间的精密衰减器，将记录灵敏度分挡可调改为0～100mm／g连续可调。与此相适应，省去了切换记录灵敏度的波段开关。改进后的轨道动态检测仪，不仅降低了成本，且更加符合实际需要。此外，由于减小了记录灵敏度调整电位器的阻值，因此，调整灵敏度时，基本上消除了记录基线同时移动的现象。

（5）在本实用新型的功率放大器输出端，增加了消振电路，从而彻底消除了寄生振荡，提高了稳定性。

（6）现有技术中的显示器采用锁存、译码、驱动、显示功能合一的LC002显示器，不仅价格昂贵，可靠性也差。本实用新型中改为8031串口输出数据，用74HC164串入并出移位寄存器作为锁存与驱动器。用普通数码管显示，不仅降低了成本，还提高了整机的可靠性。

（7）在本实用新型中，增加了标志笔驱动电路电源的电压，增加了标志笔驱动线圈的圈数，使驱动电流从100mA，降至40mA。这样一来，不仅降低了脉冲电流对记录基线的影响，消除了基线偏移，且标志笔动作更为有力，使记录更加清晰。

（8）现有技术中采用了18个单运放LM308，在本实用新型中改为5片四运放LM2902。这不仅降低了成本，而且可以在－25℃～70℃温度范围内工作，提高了整机耐低温性，方便了北方用户使用。

（9）在本实用新型的马达驱动电路中，减小了降压电阻的数值，从而降低了无功功耗和整机功耗。

（10）在本实用新型中，降低了标定信号频率，使其更符合实际使用情况。

（11）在本实用新型的里程预置中，增加了百米标，且可在任意整百米处预置。

2、电源系统部分的改进如图10所示：

（1）现有技术中的供电电源为DC±7.5V，电池为3AH镉镍电池，本实用新型中的供电电源改为DC±6V，电池改为4.5AH密封电池，使整机功率从6W降至5W以下。连续工作时间从5小时增加到16小时以上，满足了部分地区车速低、检测时间长的要求，且成本降低约50％。

3、主机结构部分的改进：

（1）现有技术中的主机面板上有4个钮子开关、两个按通按钮，其材料的耐热性能较差，易损坏。走纸机构为转门式，不便机械加工，且可靠性差。本实用新型中的主机面板上的开关改为平拨开关，按钮改为按通键，不易损坏，且可靠性好，走纸机构改为抽屉式，不仅便于机械加工，且能确保良好的齿轮啮合，使走纸更加可靠。此外，主机内主要电路板的尺寸因元器件更换而大大缩小，降低了成本；再有，电器安装在传感器机箱内，使整机结构更加紧凑，使用维修更加方便。

（2）现有技术中加速度传感器的外壳为方形座，不仅费工费料，且使用不便。本实用新型中将其改为底座开孔，改进后的外壳不仅重量轻，节省了大量原材料和机械加工，且安装使用均很方便。

（3）现有技术中的记录笔的记录幅度较小，通常为±20mm，本实用新型中增加到±25mm。

4、测速传感器结构部分的改进：

（1）现有技术中的测速传感器由线圈和磁铁组成。该传感器安装在车架底下，磁铁装在车轴中部，线圈装在车箱两个大梁之间，安装时，操作人员要钻到车下去，既不方便，也不安全。本实用新型中测速传感器线圈的架子卡装在车箱内侧的转向架上，从外侧即可安装。磁铁组合件中的强磁铁采用钕铁硼强磁铁，重量轻、吸力强，直接吸贴在车轮外侧的内沿上或者吸贴在发电机皮带轮外侧内沿上，安装使用均较方便，且非常安全。采用强磁铁后，使测速传感器的输出信号大大增强，从而提高了测速的可靠性。

Claims (3)

1、一种由主机、加速度传感器和测速传感器组成的轨道动态检查仪，其特征在于：智能轨道动态检查仪主机的右半部由里程显示电路板、8031数字化检测电路板、面板开关电路板、测速及标定信号电路板、模拟放大及信号处理电路板、每公里转数拨码盘、预置里程拨码盘和打印机电路板组成；主机的左半部由墨水壶、记录笔、记录笔杆、标记笔、抬笔旋钮、抬笔板、卷纸轴、纸卷、记录平板、走纸机构左侧板、压纸轮、走纸机构右侧板、传动齿轮组、步进电机、走纸轴、压纸板和中隔板组成；主机上部有面板；测速传感器由磁铁组合件、感应线圈、固定框架、固定框架夹紧螺栓、旋转柄、调节臂和测速信号输出插座组成；

2、根据权利要求1所述的智能轨道动态检查仪，其特征在于：主机面板上的开关为平拨开关，按钮为按通键，走纸机构为抽屉式；

3、根据权利要求1所述的智能轨道动态检查仪，其特征在于：磁铁组合件由强磁铁和不锈钢弯板制成。

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