CN211897634U - 一种具有自动控制车身水平度功能的地铁铺轨车 - Google Patents

Abstract

一种具有自动控制车身水平度功能的地铁铺轨车，所述的地铁铺轨车包括四组行走装置，每组行走装置包括一个以上的轮组，地铁铺轨车车身两侧下方分别设有一条行驶樑，每组行走装置都配置有一个外齿回转轴承和一套转向装置；控制器能够根据前水平传感器及后水平传感器传回的实时数据判断车身与地面是否水平，当车身与地面不平时，控制器会自动根据车身与地面的倾斜情况自动控制各行走装置对应的减速电机是顺时针转动还是逆时针转动，以及转动的幅度，即能够分别控制处于同轴的行走装置是向哪个方向转动以及转动的幅度从而实现对车身的校正，使前樑架和后樑架保持平行并保持与地面水平。

Description

一种具有自动控制车身水平度功能的地铁铺轨车

技术领域

本实用新型涉及一种具有自动控制车身水平度功能的地铁铺轨车，属于地铁铺轨车的优化技术。

背景技术

铺轨车是一种主要用于地铁隧道内施工作业，运输物料及实施铺轨的设备。由于隧道的截面通常为圆形或椭圆形，为了实施铺设轨道，需要在隧道的底部沿长度方向，先铺设上与地面平行且表面平整的，用于安装轨道的轨排。在沿隧道长度方向有弧弯的地段(左转和右转)，所铺设的轨排会根据设计要求，设置一定的倾角和倾向。当铺轨车的轮子沿隧道内壁运行时，轮子的运行轨迹会随着轨排铺设的变化发生偏左或偏右的变化，就意味着该轮子在隧道内壁做上坡或下坡的移动。该偏移的轮子就会带动相连接的车身同步偏移，那么就会出现车身的前轴与后轴的车轴线不平行。即使两轴偏移的方向、幅度相同，两轴同时也相对平行，也无法确定和保障车身与地面保持平行，特别是行驶在有弯曲弧度的地段。

为了解决这些问题，现在的铺轨车大多采用在隧道内建设临时专用轨道，供铺轨车运行使用。这种技术方案虽然因为固定了铺轨车的运行轨迹而解决了上述问题，但建设临时专用轨道不仅麻烦而且成本较高，还会对隧道壁面造成损害。为了解决上述不足，现在出现了能够直接在轨道内壁运行的轮式铺轨车。

在申请号为2016110260606的专利文件中公开了一种轮胎式地铁铺轨车，包括门架机构、吊装置机构、行走机构、驾驶机构总成及液压控制系统，门架机构包括四根立柱，吊装机械设于门架机构上，驾驶机构总成设于门架机构一侧，行走机构有两组，每组行走机构与两根立柱下端连接，所述行走机构包括车架、车轮、斜支架、行走马达、回转支撑及转向油缸，该设计采用液压动力，无需在地铁隧道管片内铺设临时轨道即可运行，而且具有转向功能。该设计的优点是实现了无需在地铁隧道壁面铺设临时轨道，且具有转向功能。但此方案并未对行走机构如何适应在特殊路况，例如弧型壁面的行走进行描述。

在申请号为2017110127017的专利文件中公开了地铁铺轨车的轮胎走行装置及无轨调节方法、地铁铺轨车，轮胎走行装置采用实心轮胎，且实心轮胎的安装角度可根据运行路面的倾斜度进行调整，使实心轮胎角度可根据运行路面的倾斜度进行调整，使实心轮胎与运行路面保持贴合，实现地铁铺轨车的无轨运行。

轮胎式地铁铺轨车由于没有在预设的轨道上运行，在行驶的过程中，难免出现车轮运行轨迹走偏的情况，由于运行路况的突殊性，例如有很多弧形。在较为平坦的路面上运行时，只需通过转向就能修正运行的轨迹。但在弧形的路面上出现轨迹走偏，就会出现车身的倾斜，转向行驶就意味着轮子在作上坡或下坡运动，那么就还会出现前轴与后轴的不平行，进而出现车身的前横樑和后横樑的反向扭曲现像。

即使前后两轴同时偏移的轨迹相同，车身的前横樑和后横樑是相对平行的，也依然无法确定车身是否与地面保持水平，特别是行驶在弯曲弧度的地段，这时全凭司机对车辆的运行状态的主观感觉进行控制操作。当司机感觉车辆走偏、车身倾斜时，通过操作轮胎转向来平衡车身。例如，当车身向前行走，前横樑和后横樑左高右低时，司机就向右打一点方向来校正，反之，当前横樑和后横樑左低右高时，司机就向左打一点方向来校正，这种控制方式，首先对司机判断能力要求较高，而且对司机操作的精准度及反应敏捷度也很高。其次，方向盘向左转或向右转通常只控制一轴(前驱车控制前轮，后驱车控制后轮)，很难做到随时保持前横樑和后横樑平行并与地面水平。特别是，当前横樑和后横樑出现反向扭曲时，无论司机向左打方向或向右打方向都难以校正，因此其技术方案对行走机构的路况适应性还有待提高。

因此，需要寻找一种能够自动控制车身运行水平度的地铁铺轨车。

实用新型内容

本实用新型的目的是：提供一种能在行走时自动控制车身水平度的地铁铺轨车。

本实用新型的技术方案是：一种具有自动控制车身水平度功能的地铁铺轨车，所述的地铁铺轨车包括四组行走装置，每组行走装置包括一个以上的轮组1，地铁铺轨车车身两侧下方分别设有一条行驶樑2，每组行走装置都配置有一个外齿回转轴承3和一套转向装置4；属于同一组行走装置的轮组1的顶部通过螺栓固定在相应的外齿回转轴承3的外环上，外齿回转轴承的内环通过内轮螺丝固定在行驶樑2的下方；所述的转向装置4包括减速器41、减速电机42；转向装置通过减速器固定在同组的外齿回转轴承旁边的行驶樑上；减速器的动力输出齿轮与外齿回转轴承3的外齿环咬合；转向装置通过动力输出齿轮带动外齿回转轴承3的外环转动，外环再带动与其连接的轮组转动实现转向；在车身的前横樑5上安装前水平传感器，在车身的后横樑6上安装后水平传感器，前横樑和后横樑分别通过立柱与车身两侧的行驶樑连接。

所述的转向装置的减速电机由设在控制台的控制器里预先设定的程序控制；控制器通过给每个行走装置对应的减速电机输出正向电流或反向电流，就能够控制该行走装置的行驶方向。

减速机外设有减速箱，减速机通过减速箱固定在下梁架上，减速电机固定在下梁架上或直接固定在减速箱上。

所述的地铁铺轨车上设有两个以上的电池，当一个电池用尽时，另一个电池还能够供电。

有益效果：

控制器能够根据前水平传感器及后水平传感器传回的实时数据判断车身与地面是否水平，当车身与地面不平时，控制器会自动根据车身与地面的倾斜情况自动控制各行走装置对应的减速电机是顺时针转动还是逆时针转动，以及转动的幅度，即能够分别控制处于同轴的行走装置是向哪个方向转动以及转动的幅度从而实现对车身的校正，使使前樑架和后樑架保持平行并保持与地面水平。

附图说明

图1为本实用新型的一个角度的立体结构示意图；

图2为行驶樑及固定在其下方的部件的示意图；

图3为图2的局部爆开图；

图4为本实用新型的车身的局部爆开示意图；

图5为本实用新型在隧道中车身与地面平行时的示意图；

图6为车头及车尾在隧道中向左侧倾斜，前轴与后轴都向右侧转向校正的示意图；

图7为车头在隧道中向右倾斜，前轴向左侧转向校正，车尾在隧道中向左倾斜，后轴向右侧转向校正的示意图；

图8为车头在隧道中向左倾斜，前轴向右侧转向校正，车尾在隧道中向右倾斜，后轴向左侧转向校正的示意图；

图9为车头在隧道中向左倾斜且车尾在隧道中受车头牵引向左倾斜，前轴向右侧转向校正的示意图；

图10为车尾在隧道中向左倾斜且车头在隧道中受车尾牵引向左倾斜，后轴向右侧转向校正的示意图。

具体实施方式

如图1至图10所示，一种具有自动控制车身水平度功能的地铁铺轨车，以下简称地铁铺轨车。

所述的地铁铺轨车包括四组行走装置，每组行走装置包括一个以上的轮组1，地铁铺轨车车身两侧下方分别设有一条行驶樑2，每组行走装置都配置有一个外齿回转轴承3和一套转向装置4；属于同一组行走装置的轮组1的顶部通过螺栓固定在相应的外齿回转轴承3的外环上，外齿回转轴承的内环通过内轮螺丝固定在行驶樑2的下方；所述的转向装置4包括减速器41、减速电机42；转向装置通过减速器固定在同组的外齿回转轴承旁边的行驶樑上；减速器的动力输出齿轮与外齿回转轴承3的外齿环咬合；转向装置通过动力输出齿轮带动外齿回转轴承3的外环转动，外环再带动与其连接的轮组转动实现转向。

所述的转向装置的减速电机由设在控制台的控制器里预先设定的程序控制。

控制器通过控制转向装置的减速电机的的转角和转向，就能够控制转向的幅度和方向。转向装置的动力输出齿轮带动行走装置的轮架转动从而实现了转向的功能。

控制器通过给每个行走装置对应的减速电机输出正向电流或反向电流，就能够控制该行走装置的行驶方向。

四组行走装置对称安置在车身的下方，即每条行驶樑下方一前一后分别有两组行走装置、转向装置以及外齿回转轴承，位于车身前方的两组行走装置、转向装置以及外齿回转轴承称为前轴，位于车身后方的两组行走装置、转向装置以及外齿回转轴承称为后轴。

在车身的前横樑5上安装前水平传感器，在车身的后横樑6上安装后水平传感器，前横樑和后横樑分别通过立柱与车身两侧的行驶樑连接；当车身发生歪斜，特别是前横樑与后横樑发生扭曲不平行时，就会在四根立柱上产生一个剪切力，前、后横樑与车身两侧的活动连接能够消除一部分的剪切力，但当这个力量过大就会使车身变形，进而影响车辆的稳定性和危及生产作业的安全。因此，需要及时消除这种扭曲不平行现象的发生。

前水平传感器通过导线与控制器相连并实时将前横樑与水平面的倾斜角度传递给控制器，后水平传感器通过导线与控制器相连并实时将后横樑与水平面的倾斜角度传递给控制器。

控制器通过控制输送给减速电机的电量，就能够控制减速电机输出的转速，从而能够控制行走装置的转向幅度。位于车身前方的两个行走装置日常又称为前轴，位于车身后方的两个行走装置通常又称为后轴。控制器控制行走装置的转向时，是以轴为单位来进行控制的，即前轴是同时同向转动的，转动幅度也相同，后轴是同时同向转动，转动幅度也相同。

图5-图10是地铁铺轨车在隧道中行进的不同状态，上面的圆表示隧道的截面，圆中的四条虚线中，两条虚线为一组，一组表示前轴，一组表示后轴，圆中的车轮为行走装置的轮组的投影，用于表示行走装置的转向角度及转向方向。图中下面部分的外部四方框是用来对比车身及轮组与前进方向是否保持水平的。

控制器对转向的控制方法如下：

1、当前水平传感器返回的值为前横樑前进方向的右侧与水平面的夹角为-N度，后水平传感器返回的值为后横樑前进方向的右侧与水平面的夹角也是-N度，表示车身往左侧倾斜N度，控制器给所有的减速电机输入反向电源，减速电机逆时针旋转，带动所有的轮架顺时针转动直至前水平传感器返回的值为0并且后水平传感器返回的值为0，如图6所示。

2、当前水平传感器返回的值为前横樑前进方向的右侧与水平面的夹角为N度，后水平传感器返回的值为后横樑前进方向的右侧与水平面的夹角是负M度，表示车头往右侧倾斜N度，车尾往左侧倾斜M度，控制器给两个前行走装置的减速电机输入正向电源，两个前行走装置的减速电机顺时针旋转，带动两个前行走装置的轮架上的左前轮11和右前轮12逆时针转动直至前水平传感器返回的值为0，控制器给两个后行走装置的减速电机输入反向电源，这两个减速电机逆时针旋转，带动两个后行走装置的轮架上的左后轮21和右后轮22顺时针转动直至后水平传感器返回的值为0，如图7所示。

3、当前水平传感器返回的值为前横樑前进方向的右侧与水平面的夹角为负N度，后水平传感器返回的值为后横樑前进方向的右侧与水平面的夹角也是M度，表示车头往左侧倾斜N度，车尾往右侧倾斜M度，控制器给两个前行走装置的减速电机输入反向电源使其逆时针旋转，带动两个前行走装置的轮架上的左前轮11和右前轮12顺时针转动直至前水平传感器返回的值为0，控制器给两个后行走装置的减速电机输入反向电源，这两个减速电机逆时针旋转带动两个后行走装置的轮架上的左后轮21和右后轮22逆时针转动直至后水平传感器返回的值为0，如图8所示。

4、当前水平传感器返回的值为前横樑前进方向的右侧与水平面的夹角为N度，后水平传感器返回的值为后横樑前进方向的右侧与水平面的夹角也是M度，表示车头往右侧倾斜N度，车尾往右侧倾斜M度，控制器给两个前行走装置的减速电机输入正向电源使其顺时针转动，带动两个前行走装置的轮架上的左前轮11和右前轮12逆时针转动直至前水平传感器返回的值为0，控制器给两个后行走装置的减速电机输入正向电源，这两个减速电机顺时针旋转，带动两个后行走装置的轮架上的左后轮21和右后轮22逆时针转动直至后水平传感器返回的值为0。

5、当前水平传感器返回的值为前横樑前进方向的右侧与水平面的夹角为N度，后水平传感器返回的在0度到N度之间，表示车头往右侧倾斜N度，车尾在车头的带动下在向右倾斜，控制器给两个前行走装置的减速电机输入正向电源使其顺时针旋转，带动两个前行走装置的轮架上的左前轮11和右前轮12逆时针转动直至前水平传感器返回的值为0，车头向左转回正常轨迹，带动车尾也转回正常轨道，如图9所示。

6、当前水平传感器返回的值为N且后水平传感器返回的值大于N，则车尾带动车头向右倾，控制器给两个后行走装置的减速电机输入正向电源使其顺时针转动带动轮架上的左后轮21和右后轮22逆时针转动直至后水平传感器返回的值为0，车尾向右转回正常轨迹，带动车头也转回正常轨道，如图10所示。

当车身前横樑和后横樑的倾斜方向不同，会导致车身不平衡，在车身前部和后部之间产生一个剪切力，这个剪切力过大时可能会导致车身损坏，当这个剪切力不大时，车身会通过前横樑和后横樑的变形来对冲剪切力对车身的影响，再加上控制器也会及时根据预设的程序控制车头的两个行走装置向与车身前部倾斜方向相反的方向转，车尾的两个行走装置向与车尾倾斜方向相反的方向转来拉直车身，从而能够自动平衡车身的倾斜。

在实际的应用中，除了将水平传感器安装在前横樑和后横樑上，还可以采用其它的方案，例如在车身的四条立柱21上分别设有一个水平传感器，所述的水平传感器选用单轴倾角传感器或双轴倾向传感器，所述的水平传感器在立柱上纵向安装并通过导线与控制器相连，实时将各立柱在垂直方向上的倾斜情况传递给控制器。

当所有水平传感器返回的值都是0，表示四条立柱都与地面垂直，地铁铺轨车正常行驶。当控制器根据立柱上的水平传感器返回的值判断出车身的倾斜状态后，就会根据车身的倾斜情况控制各减速电机的电源输入量及方向，从而平衡车身。如果采用在每根立柱上分别安装水平传感器的方式来平衡车身，则控制器能够单独对每个转向装置进行控制，控制更为精确。

减速机外设有减速箱，减速机通过减速箱固定在下梁架上，减速电机固定在下梁架上或直接固定在减速箱上。

所述的地铁铺轨车上设有两个以上的电池，当一个电池用尽时，另一个电池还能够供电。地铁铺轨车上的减速电机等用电器由电池供电。

所述的单轴倾角传感器优先选用LCA318T系列产品。LCA318T系列倾角是深圳市瑞芬科技有限公司开发的一款小体积MEMS单轴倾角传感器，输出电流经过内部二次线性度修正，是一款线性度电流输出倾角传感器，单轴的只能垂直安装，双轴的可以垂直安装也可以水平安装。

所述的双轴倾角传感器优先选择RION公司的SCA126V产品。SCA126V是RION公司针对工业现场控制领域推出串口输出型双轴倾角传感器(垂直安装)，SCA126V专业针对有需求双轴垂直测量环境，方便用户安装使用。输出接口RS485/RS232RS422/TTL可选。由于内置了ADI公司的高精度数字传感器，可根据内置温度传感器的变化修正传感器温度漂移，保证产品在低温与高温环境下的高重复性。输出响应频率标准可达18Hz。

所述的外齿回转轴承选用沧州市尚赐五金厂生产的产品，其它厂家生产的同类型产品也可以选用。

上述所有的电器部件，都通过导线与电源及控制器相连。

在本实用新型中，控制器能够根据前水平传感器及后水平传感器传回的实时数据判断车身与地面是否水平，当车身与地面不平时，控制器会自动根据车身与地面的倾斜情况自动控制各行走装置对应的减速电机是顺时针转动还是逆时针转动，以及转动的幅度，即能够分别控制处于同轴的行走装置是向哪个方向转动以及转动的幅度从而实现对车身的校正，使前樑架和后樑架保持平行并保持与地面水平。

上述实施例仅是用来说明解释本实用新型的用途，而并非是对本实用新型的限制，本技术领域的普通技术人员，在本实用新型的实质范围内，做出各种变化或替代，也应属于本实用新型的保护范畴。

Claims (3)

1.一种具有自动控制车身水平度功能的地铁铺轨车，所述的地铁铺轨车包括四组行走装置，每组行走装置包括一个以上的轮组(1)，地铁铺轨车车身两侧下方分别设有一条行驶樑(2)，其特征在于：每组行走装置都配置有一个外齿回转轴承(3)和一套转向装置(4)；属于同一组行走装置的轮组(1)的顶部通过螺栓固定在相应的外齿回转轴承(3)的外环上，外齿回转轴承的内环通过内轮螺丝固定在行驶樑(2)的下方；所述的转向装置(4)包括减速器(41)、减速电机(42)；转向装置通过减速器固定在同组的外齿回转轴承旁边的行驶樑上；减速器的动力输出齿轮与外齿回转轴承(3)的外齿环咬合；转向装置通过动力输出齿轮带动外齿回转轴承(3)的外环转动，外环再带动与其连接的轮组转动实现转向；在车身的前横樑(5)上安装前水平传感器，在车身的后横樑(6)上安装后水平传感器，前横樑和后横樑分别通过立柱与车身两侧的行驶樑连接。

2.根据权利要求1所述的具有自动控制车身水平度功能的地铁铺轨车，其特征在于：所述的转向装置的减速电机由设在控制台的控制器里预先设定的程序控制；控制器通过给每个行走装置对应的减速电机输出正向电流或反向电流控制该行走装置的行驶方向及行驶速度。

3.根据权利要求1所述的具有自动控制车身水平度功能的地铁铺轨车，其特征在于：所述的地铁铺轨车上设有两个以上的电池，当一个电池用尽时，另一个电池还能够供电。

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