CN211442305U - 多功能轨道结构检测车 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多功能轨道结构检测车，包括车体、激光轮廓传感器和空间定位机构，激光轮廓传感器通过空间定位机构与车体连接从而具有离缝检测位和垫板厚度检测位，在离缝检测位，激光轮廓传感器水平正对于轨道板与支撑层交界处并且其激光发射方向平行于水平向；在垫板厚度检测位，激光轮廓传感器位于钢轨外侧或内侧的扣件正上方并且其激光发射方向平行于竖向。本实用新型提供的多功能轨道结构检测车，通过空间定位机构变换定位激光轮廓传感器的空间位置，使得该激光轮廓传感器既可以满足轨道板离缝检测的需求，又可以满足垫板厚度检测的需求，减少轨道结构检测设备数量和维护成本，降低维护人员工作强度。

Description

多功能轨道结构检测车

技术领域

本实用新型属于铁路轨道结构检测技术领域，具体涉及一种多功能轨道结构检测车。

背景技术

板式无砟轨道的主要病害类型之一是轨道结构的层间离缝。离缝的产生，一方面会影响轨道的平顺性及动力响应，另外，也不可避免地改变了轨道板与支撑层(砂浆层)之间的接触状态及纵向温度力传递特性，影响轨道结构稳定性。

鉴于层间离缝在线路中普遍存在，且离缝高度大小不一。在现有条件下，铁路维修工人必须进行现场测量，初步掌握线路上轨道结构层间离缝分布情况后，才能制定维修方案，实现有效治理。由于高速铁路日间全封闭运营，对轨道结构层间离缝的检查主要依靠在夜间维修天窗人工展开，轨道结构层间离缝测量的主要工具为塞尺。这种检查方式存在如下弊端：(1)夜间可视条件差，对轨道结构离缝检查难以做到精细化；(2)人工探査主观性强，由于线路检测范固较大，导致检测效率低；(3)在长距离作业中，人工记录离缝对应的线路里程及轨道板编号可靠性不高，记漏、记错在所难免。为此需要开发轨道板离缝自动化检测设备。

另外，铁路尤其是高速铁路无砟轨道结构对轨道平顺性要求十分严格，由于线下基础及材料的复杂性，通常产生不均匀变形，从而导致轨面高低不平顺；施工误差等因素也可能导致轨面高低不平顺。列车高速通过不平顺区段时造成颠簸，影响列车乘坐舒适性，甚至威胁列车运行安全。目前，一般通过在钢轨下不同轨枕位置垫入不同厚度的垫板的方法来调整钢轨面的高度从保证钢轨面的平顺性。对于一些复杂地段的无砟轨道线下结构不稳定变形通常是缓慢的，就需要不定期的进行轨道平顺性的检査及调整，在调整之前需要掌握轨下垫板的现状数据。而当前轨道垫板厚度的检测基本靠人工完成，人工检测时，需要每个测量人员俯身贴近钢轨，对每个轨枕的垫板用直尺读数或肉眼识别垫板型号来确定垫板的厚度，作业强度大，效率低下，读数误差较大。

目前，有部分关于轨道板离缝的自动化检测研究，但都处于试验阶段，这些自动化检测设备从轨道板离缝斜上方检测，无法检测离缝内部状态，存在检测结果不准确、检测数据不完全的缺陷，导致工作人员对轨道板离缝制定的维修方案不能与实际相符。另外，目前轨道板离缝检测和垫板厚度检测一般各自独立进行，需要配置多套设备分期进行，设备成本较高，操作人员重复作业性大，作业强度大、作业效率低。

实用新型内容

本实用新型涉及一种多功能轨道结构检测车，至少可解决现有技术的部分缺陷。

本实用新型涉及一种多功能轨道结构检测车，包括车体，还包括激光轮廓传感器和空间定位机构，所述激光轮廓传感器通过所述空间定位机构与所述车体连接从而具有离缝检测位和垫板厚度检测位，

在所述离缝检测位，所述激光轮廓传感器水平正对于轨道板与支撑层交界处并且其激光发射方向平行于水平向；

在所述垫板厚度检测位，所述激光轮廓传感器位于钢轨外侧或内侧的扣件正上方并且其激光发射方向平行于竖向。

作为实施例之一，所述空间定位机构包括安设于所述车体上的升降驱动单元以及与所述升降驱动单元输出端连接的多自由度机构，所述激光轮廓传感器与所述多自由度机构连接。

作为实施例之一，所述多自由度机构包括通过连杆连接的旋转自由度单元和翻转自由度单元，所述旋转自由度单元的转轴轴线平行于竖向，所述翻转自由度单元的转轴轴线平行于水平向并且垂直于所述激光轮廓传感器的激光发射方向，所述激光轮廓传感器通过连杆与所述翻转自由度单元的输出端连接。

作为实施例之一，该多功能轨道结构检测车还包括检测盒，所述激光轮廓传感器安设于所述检测盒上。

作为实施例之一，所述检测盒上还设有用于检测其行进路径上的障碍物的测障单元，所述测障单元沿所述车体行进方向安设于所述检测盒的前端；或者，所述测障单元有两组且沿所述车体行进方向分别安设于所述检测盒的前端和后端。

作为实施例之一，所述检测盒上还设有用于检测其是否就位的就位检测单元，所述就位检测单元包括测距传感器，所述测距传感器的安装位置满足：所述激光轮廓传感器处于所述离缝检测位时，所述测距传感器位于所述检测盒的底部；所述激光轮廓传感器处于所述垫板厚度检测位时，所述测距传感器位于所述检测盒的朝向所述车体的一侧。

作为实施例之一，所述检测盒上还设有照明单元，所述照明单元与所述激光轮廓传感器设于所述检测盒的同一面板上。

作为实施例之一，该多功能轨道结构检测车还包括用于采集待检轨道板编号的编号拍照相机，所述车体包括车架，所述编号拍照相机安设于所述车架底部。

作为实施例之一，所述车体配置有能够驱使其双向行走的行走驱动单元。

作为实施例之一，所述车体配置有可正反转驱动的车体驱动电机；

或者，所述车体上设有手动推柄，所述手动推柄包括安装于所述车体上的柄架以及安装于所述柄架上的手柄，所述柄架轴向为竖向，所述手柄轴向平行于所述车体的车轮轴轴向；

或者，所述车体上设有两根柄架，两所述柄架沿车体行走方向分列于所述车体两侧，每根柄架底端与所述车体连接并且朝远离所述车体的方向向上倾斜延伸，每根柄架顶端连接有一个手柄，或者，其中一根柄架上可拆卸装配有一个手柄。

本实用新型至少具有如下有益效果：

本实用新型提供的多功能轨道结构检测车，通过空间定位机构变换定位激光轮廓传感器的空间位置，使得该激光轮廓传感器既可以满足轨道板离缝检测的需求，又可以满足垫板厚度检测的需求，减少轨道结构检测设备数量和维护成本，降低维护人员工作强度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例提供的检测车在离缝检测状态下的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的检测车在垫板厚度检测状态下的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的离缝检测盒的结构示意图。

具体实施方式

下面对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1和图2，本实用新型实施例提供一种多功能轨道结构检测车，包括车体1、激光轮廓传感器21和空间定位机构，所述激光轮廓传感器21通过所述空间定位机构与所述车体1连接从而具有离缝检测位和垫板厚度检测位，

在所述离缝检测位，所述激光轮廓传感器21水平正对于轨道板与支撑层交界处并且其激光发射方向平行于水平向；

在所述垫板厚度检测位，所述激光轮廓传感器21位于钢轨外侧或内侧的扣件正上方并且其激光发射方向平行于竖向。

上述车体1能够在轨道上行走，上述激光轮廓传感器21安装于该车体1上，因而能随车体1沿轨道纵向行进。

本实施例中，采用激光轮廓传感器21，能较好地完成轨道板离缝检测需求以及垫板厚度检测需求。在离缝检测位，该激光轮廓传感器21水平正对于轨道板与支撑层交界处，激光能深入离缝内部，具有较高的敏感性、分辨率和准确性等特点，同时可以实现可视化，结果直观可靠，从而准确而全面地检测轨道板离缝的状态；在垫板厚度检测位，通过该激光轮廓传感器21竖直向下发射激光到达轨道表面不同部位后产生反射并由其接收反射信号，可以获悉该激光轮廓传感器21到反射面的距离，测量结果准确性高。在垫板厚度检测状态下，上述激光轮廓传感器21至承轨台表面距离一般为固定值H，通过该激光轮廓传感器21检测到的其与轨道表面的距离h，则可以计算获知轨道垫板的厚度Δh＝H-h。

本实施例提供的检测车，通过空间定位机构变换定位激光轮廓传感器21的空间位置，使得该激光轮廓传感器21既可以满足轨道板离缝检测的需求，又可以满足垫板厚度检测的需求，减少轨道结构检测设备数量和维护成本，降低维护人员工作强度。

在其中一方面，可以边进行轨道板离缝检测边进行垫板厚度检测(例如对于同一轨道板区域，先进行离缝检测，再变换激光轮廓传感器21的工作位而进行垫板厚度检测)，这种方式尤其适用于某些重点维护区域。在另一方面，可以在某一轨道段，先完成该轨道段的离缝检测之后，再变换激光轮廓传感器21的工作位并使车体1反向行进而进行垫板厚度的检测。在其它方面，可以在轨道全长进行垫板厚度的检测，而在某些重点区域同时进行轨道板离缝的检测，反之亦是可行的方式，这可根据具体的维护要求而进行确定；另外，轨道板离缝的产生一定程度上影响轨面的平顺性，从而，在可选的操作方式中，通过上述激光轮廓传感器21在垫板厚度检测位的持续检测，在检测到不平顺区域时，通过变换该激光轮廓传感器21的工作位而进行相应位置处的轨道板离缝检测，可以相互地进行检测结果的佐证及修正，减少轨道板离缝检测的操作量及作业时长，提高轨道结构检测效率。

上述激光轮廓传感器21优选为是集成模块，在可选的实施例中，其可采用基恩士的相应系列激光轮廓传感器21。优选地，如图1-图3，上述检测车包括检测盒2，上述激光轮廓传感器21安设于该检测盒2上。易知地，该检测盒2与上述空间定位机构连接。

在图1中，检测盒2的安设有激光轮廓传感器21的检测面25平行于竖向，并且面朝车体，该激光轮廓传感器21处于离缝检测位；在图2中，通过上述空间定位机构的作用，该检测面25平行于水平向，其变位检测盒2的底面，该激光轮廓传感器21处于垫板厚度检测位。

上述空间定位机构可以是常用的三维定位台等，在其他的方案中，也可采用多自由度机械臂结构。作为本实施例的优选结构，如图1和图2，所述空间定位机构包括安设于所述车体1上的升降驱动单元以及与所述升降驱动单元输出端连接的多自由度机构32，所述激光轮廓传感器21与所述多自由度机构32连接。通过该升降驱动单元与多自由度机构32配合，可实现对激光轮廓传感器21的准确、快速定位，于此同时，在某些轨道交通结构中，轨道两侧存在设置有侧向挡块的情况，该侧向挡块以及轨道两侧可能存在的其它障碍物会与该激光轮廓传感器21的行进运动发生干涉，在这种情况下，通过上述升降驱动单元可以实现该激光轮廓传感器21的避障，保证设备安全。

气缸、液压缸、电动推杆、电机+传动机构等常规的升降驱动单元均适用于本实施例中。优选地，如图1和图2，上述升降驱动单元包括设于车体1上的升降导向滑台311，上述多自由度机构32滑设于该升降导向滑台311上；通过升降导向滑台311对多自由度机构32的升降运动进行导向，可提高离激光轮廓传感器21升降运动的平稳性，保证设备安全。在可选的结构中，上述升降驱动单元可采用电机+丝杆机构的方式，丝杆与升降驱动电机连接，上述导向滑块312则螺接于该丝杆上。

进一步优化上述空间定位机构，如图1和图2，所述多自由度机构32包括通过连杆连接的旋转自由度单元321和翻转自由度单元322，所述旋转自由度单元321的转轴轴线平行于竖向，所述翻转自由度单元322的转轴轴线平行于水平向并且垂直于所述激光轮廓传感器21的激光发射方向，所述激光轮廓传感器21通过连杆与所述翻转自由度单元322的输出端连接。其中，该旋转自由度单元321通过第一连杆323与上述升降驱动单元连接，例如与上述导向滑块312连接；翻转自由度单元322通过第二连杆324与上述旋转自由度单元321连接，该第二连杆324优选为是L型连杆，可以使多自由度机构32的布置紧凑化；激光轮廓传感器21/检测盒2通过第三连杆325与翻转自由度单元322连接。各连杆的形状及长度设计保证能使激光轮廓传感器21在其离缝检测位时水平正对于轨道板与支撑层交界处、在其垫板厚度检测位时位于钢轨外侧或内侧的扣件正上方即可，这是本领域技术人员易于设计和调整的。

易知地，上述旋转自由度单元321和翻转自由度单元322可采用多自由度机械臂等领域中的自由度设备，例如电机。本实施例中，上述旋转自由度单元321和翻转自由度单元322均采用中空直线电机，各连杆则均为中空杆，可直接在多自由度机构32内部布线，不仅可以保护电线线路，而且美观度高。

显然地，采用两个以上的自由度单元也可以完成对激光轮廓传感器21的空间定位，此处不作详述。

如上所述，通过上述空间定位机构可以实现激光轮廓传感器21/检测盒2的自动避障，相应地，可在检测盒2上进一步设置用于检测其行进路径上的障碍物的测障单元，通过该测障单元与上述空间定位机构联锁配合，可以实现该检测车自动避障。该测障单元可采用传感器，即其包括测障传感器22，超声波传感器、激光传感器、红外传感器、雷达传感器等均适用于本实施例中；在另外的实施例中，也可采用测障相机，进一步可采用测障相机与测障传感器22配合，通过该测障相机可知悉前方障碍物的类型、高度，从而使检测盒2更安全地避障。

在其中一个实施例中，如图3，上述测障单元沿车体1行进方向安设于检测盒2的前端，或者，测障单元有两组且沿车体1行进方向分别安设于检测盒2的前端和后端。其中，对于在检测盒2前端和后端分别安设测障单元的情况，可实现检测车双向检测的目的，例如可以往复地对某块轨道板的离缝情况进行检测，提高检测准确率，例如可以在某处离缝检测数据/垫板厚度数据缺失时，返回至该处进行补充检测等。

进一步优化上述空间定位机构，如图1-图3，所述检测盒2上还设有用于检测其是否就位的就位检测单元，所述就位检测单元包括测距传感器23，所述测距传感器23的安装位置满足：所述激光轮廓传感器21处于所述离缝检测位时，所述测距传感器23位于所述检测盒2的底部；所述激光轮廓传感器21处于所述垫板厚度检测位时，所述测距传感器23位于所述检测盒2的朝向所述车体1的一侧。同样地，该测距传感器23可采用超声波传感器、激光测距传感器23、红外测距传感器23等。其中，基于该测距传感器23的功能需求，可在车体1的对应位置处设置测距基准板，激光轮廓传感器21处于垫板厚度检测状态时，该测距传感器23位于检测盒2的朝向车体1的一侧并且与该测距基准板相对，便于检测激光轮廓传感器21与测距基准板/车体1之间的相对距离，判断该激光轮廓传感器21是否处于垫板厚度检测位。通过上述就位检测单元检测激光轮廓传感器21是否就位，保证检测结构的准确性以及设备的安全性；同时，通过该就位检测单元安装位置的合理设计，一套设备即可完成激光轮廓传感器21的两种工作状态下的就位检测需求，减少设备数量和设备成本。

进一步地，上述检测车还包括中控单元，上述激光轮廓传感器21、空间定位机构、测障单元和就位检测单元均与该该中控单元电连接或通讯连接，该中控单元用于接收指令，指导空间定位机构将激光轮廓传感器21定位至相应的工作位，该中控单元还用于获取并分析激光轮廓传感器21采集的数据，判断对应位置处的轨道板是否产生离缝，或者计算对应位置处的轨道垫板厚度。

接续上述检测车的结构，该检测车还包括用于采集所述车体1移动速度的速度检测单元，该速度检测单元例如可以是与所述车体1的车轮轴连接的旋转编码器，当然，轮轴脉冲速度传感器等常规测速元件也适用于本实施例中。在检测车包括中控单元的实施例中，该速度检测单元还与该中控单元电连接。通过该速度检测单元检测车体1的移动速度，中控单元可对应换算成车体1的行进里程，在确定起始里程后，可实现对轨道板离缝测量结果及垫板厚度检测结果的准确定位。

其中，可预先在中控单元数据库中预存轨道板编号，通过起始里程信息以及车体1的行进里程信息，可推算判断轨道板离缝测量结果及垫板厚度检测结果所对应的轨道板。但这种推算判断在相邻两块轨道板接合处可能存在不准确的情况，为此，可设置编号采集单元，该编号采集单元用于采集待检轨道板的编号，上述中控单元还用于获取待检轨道板的编号，并将离缝检测信息及垫板厚度检测信息与轨道板编号对应存储。作为优选，该编号采集单元包括编号拍照相机(未图示)，该编号拍照相机的设置宜根据轨道板编号的刻制情况进行选择，在其中一个实施例中，对于轨道板编号刻制于轨道板上表面(位于两道轨之间)的情况，该编号拍照相机优选为设置于车体1的底部。

尤其地，结合上述速度检测单元采集车体1移动速度的方案，在知悉车体1的行进里程后，该编号拍照相机无需持续工作，而仅需根据轨道板编号的刻制规则，在中控单元判断车体1接近轨道板编号处时，该编号拍照相机才开始工作。

进一步优选地，上述检测车还配置有定位单元，用于定位车体1所处位置。该定位单元可以是GPS定位模块和/或北斗定位模块，当然其它的定位模块也适用于本实施例中。通过该定位单元，可进一步保证对检测车测量结果的准确定位，同时可实时发送检测车位置信息，便于铁路局夜间上道设备管控。

进一步优选地，如图3，上述检测盒2上还设有照明单元24，该照明单元24可用于满足夜间测量的需求，保证测量结果的准确性以及人员设备安全。该照明单元24可采用常规的照明器材，例如LED灯等；该照明单元24优选为与激光轮廓传感器21设于检测盒2的同一面板上。

如图1和图2，上述检测盒2优选为设置有两组，且沿车体1的车轮轴轴向分别安装于车体1两侧，用于分别检测轨道板两侧的离缝状态及垫板厚度。

进一步优选地，如图1和图2，该检测车还配置有显示器4，通过该显示器4可同步显示实时测量结果、线路里程等信息；该显示器4进一步优选为是触屏显示器4，便于人机交互。上述中控单元优选为是计算机，其优选为与上述显示器4组合为一体机，测量数据及结果可直接在该计算机中本地下载，该计算机也可通过网络将测量数据发送至云服务器备份。上述显示器4/计算机可通过显示器4支架安装于车体1上，适于工作人员使用。

如上所述，在某些方式中，上述车体1可双向行走，对于轨道结构的检测效果更佳，例如可对某一轨道板进行反复检测，或者在完成轨道离缝检测后再反向进行轨道垫板厚度的检测。相应地，所述车体1配置有能够驱使其双向行走的行走驱动单元。具体可通过如下方案实现：

(1)所述车体1配置有可正反转驱动的车体1驱动电机；通过电机驱动车体1双向行走是常规技术，此处不作赘述。

(2)如图1和图2，车体1上设有手动推柄5，所述手动推柄5包括安装于所述车体1上的柄架以及安装于所述柄架上的手柄，所述柄架轴向为竖向，所述手柄轴向平行于所述车体1的车轮轴轴向。

(3)车体1上设有两根柄架，两所述柄架沿车体1行走方向分列于所述车体1两侧，每根柄架底端与所述车体1连接并且朝远离所述车体1的方向向上倾斜延伸，手柄为一个并且可拆卸地装配于其中一根柄架上，或者，每根柄架顶端连接有一个手柄。

显然地，上述第(2)和第(3)种方案为通过人工推动而在轨道上行走的检测车。本实施例中，优选为通过人工推动车体1在轨道上行走，便于控制车体1的行走速度，更准确地测量轨道板离缝状况。其中，又以第(2)种方案结构简单、构件数量少，便于运输和安装，而应用效果更好。

上述手柄宜适于操作人员握持施力，其一般包括两个柄把。

另外，上述柄架的高度优选为可调，以便适应不同身高的操作人员。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多功能轨道结构检测车，包括车体，其特征在于：还包括激光轮廓传感器和空间定位机构，所述激光轮廓传感器通过所述空间定位机构与所述车体连接从而具有离缝检测位和垫板厚度检测位，

在所述离缝检测位，所述激光轮廓传感器水平正对于轨道板与支撑层交界处并且其激光发射方向平行于水平向；

在所述垫板厚度检测位，所述激光轮廓传感器位于钢轨外侧或内侧的扣件正上方并且其激光发射方向平行于竖向。

2.如权利要求1所述的多功能轨道结构检测车，其特征在于：所述空间定位机构包括安设于所述车体上的升降驱动单元以及与所述升降驱动单元输出端连接的多自由度机构，所述激光轮廓传感器与所述多自由度机构连接。

3.如权利要求2所述的多功能轨道结构检测车，其特征在于：所述多自由度机构包括通过连杆连接的旋转自由度单元和翻转自由度单元，所述旋转自由度单元的转轴轴线平行于竖向，所述翻转自由度单元的转轴轴线平行于水平向并且垂直于所述激光轮廓传感器的激光发射方向，所述激光轮廓传感器通过连杆与所述翻转自由度单元的输出端连接。

4.如权利要求2所述的多功能轨道结构检测车，其特征在于：还包括检测盒，所述激光轮廓传感器安设于所述检测盒上。

5.如权利要求4所述的多功能轨道结构检测车，其特征在于：所述检测盒上还设有用于检测其行进路径上的障碍物的测障单元，所述测障单元沿所述车体行进方向安设于所述检测盒的前端；或者，所述测障单元有两组且沿所述车体行进方向分别安设于所述检测盒的前端和后端。

6.如权利要求4所述的多功能轨道结构检测车，其特征在于，所述检测盒上还设有用于检测其是否就位的就位检测单元，所述就位检测单元包括测距传感器，所述测距传感器的安装位置满足：所述激光轮廓传感器处于所述离缝检测位时，所述测距传感器位于所述检测盒的底部；所述激光轮廓传感器处于所述垫板厚度检测位时，所述测距传感器位于所述检测盒的朝向所述车体的一侧。

7.如权利要求4所述的多功能轨道结构检测车，其特征在于：所述检测盒上还设有照明单元，所述照明单元与所述激光轮廓传感器设于所述检测盒的同一面板上。

8.如权利要求1至7中任一项所述的多功能轨道结构检测车，其特征在于：还包括用于采集待检轨道板编号的编号拍照相机，所述车体包括车架，所述编号拍照相机安设于所述车架底部。

9.如权利要求1至7中任一项所述的多功能轨道结构检测车，其特征在于：所述车体配置有能够驱使其双向行走的行走驱动单元。

10.如权利要求9所述的多功能轨道结构检测车，其特征在于：所述车体配置有可正反转驱动的车体驱动电机；

或者，所述车体上设有手动推柄，所述手动推柄包括安装于所述车体上的柄架以及安装于所述柄架上的手柄，所述柄架轴向为竖向，所述手柄轴向平行于所述车体的车轮轴轴向；

或者，所述车体上设有两根柄架，两所述柄架沿车体行走方向分列于所述车体两侧，每根柄架底端与所述车体连接并且朝远离所述车体的方向向上倾斜延伸，每根柄架顶端连接有一个手柄，或者，其中一根柄架上可拆卸装配有一个手柄。

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