CN216139996U - 一种传感器竖向位置可调的钢轨波磨检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种传感器竖向位置可调的钢轨波磨检测装置，用以对钢轨的波磨情况进行检测，包括工字型的车体、安装在车体左右两侧部底端的走行轮以及设置在车体中部横梁上用以放置电脑的推把，该装置还包括分别设置在车体左右两侧部侧面且正对待检测钢轨的传感器以及用以调节传感器竖直高度的滚珠丝杠，所述的滚珠丝杠竖向安装在车体左右两侧部侧面，并且与电脑通信的传感器通过传感器联结板与滚珠丝杠的螺母连接共同实现竖向运动。与现有技术相比，本实用新型具有高精度、高效率、非接触、长距离连续检测的优点。

Description

一种传感器竖向位置可调的钢轨波磨检测装置

技术领域

本实用新型涉及钢轨波磨检测技术领域，尤其是涉及一种传感器竖向位置可调的钢轨波磨检测装置。

背景技术

钢轨在投入使用一段时间之后，会在轨头顶部形成一种近似波浪形状的周期性损伤现象，并且这种伤损大多沿其钢轨纵向有规律地进行分布，人们称这种现象为“钢轨波磨”。列车在行驶到有波磨的钢轨区段时，不仅会导致车厢的剧烈摇晃，影响乘客乘坐的舒适性以及安全性；同时还会加剧列车和钢轨的损坏，增加维修和运营成本；不仅如此，如果波磨现象比较严重，还极有可能因受力不均衡而导致列车脱轨现象的发生，及早发现钢轨的波磨现象，以便对其提前打磨或者更换，是杜绝产生不良后果的最好方式。

现有的钢轨波磨测量方法主要有人工卡尺法、惯性基准法、弦测法和机器视觉方法。人工卡尺法通过一个与轨道表面接触的游标卡尺沿1m直尺走形带内的高低起伏变化，作为该段位置的波磨曲线。这种方法效率太低，且直尺与轨道表面接触零点的位置，受到钢轨变形以及表面伤损的影响，通常不在同一水平面上，从而影响了测量精度。惯性基准法通常用于高速轨检车上，它在车体上安装加速度计，在轴箱上安装光电位移计，测量轴箱相对加速度固定点的位移来作为该点的波磨。该方法可以精确描绘波长100mm～50m的钢轨波磨，但测量精度受行车速度、车轮踏面不平顺的影响较大。弦测法利用多个位移传感器构造出的弦测值与波磨值间的固有传递函数关系，通过设计相应的逆滤波器来对弦测值进行二次处理，使得输出波形逼近轨道波磨的准确面貌，和惯性基准法相比，其测量值不受车体运行速度的影响，但由于车体行进过程中可能发生的多自由度随机振动，难以保证测量点始终位于轨顶有效范围内。机器视觉方法对整幅钢轨图像抽取Gabor纹理特征，然后应用K-近邻方法进行波磨识别，取得了比较高的识别效果。但是该方法基于钢轨图像的全局特征，Gabor滤波速度比较慢，而且它还需要离线的模型训练过程，使用不够方便。

目前地铁工作人员主要通过人工卡尺法对钢轨波磨进行检测，这种方法检测效率低，检测精度不高，且不能进行连续检测。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种传感器竖向位置可调的钢轨波磨检测装置。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种传感器竖向位置可调的钢轨波磨检测装置，用以对钢轨的波磨情况进行检测，包括工字型的车体、安装在车体左右两侧部底端的走行轮以及设置在车体中部横梁上用以放置电脑的推把，该装置还包括分别设置在车体左右两侧部侧面且正对待检测钢轨的传感器以及用以调节传感器竖直高度的滚珠丝杠，所述的滚珠丝杠竖向安装在车体左右两侧部侧面，并且与电脑通信的传感器通过传感器联结板与滚珠丝杠的螺母连接共同实现竖向运动。

所述的工字型的车体的左右两侧部底面走行轮轮轴位置处还设有测量走行轮转速的旋转编码器，所述的旋转编码器与电脑通信。

所述的车体左右两侧部的底面分别设有一组导向轮，所述的导向轮与钢轨的内侧面接触，用以防止偏离轨道。

所述的滚珠丝杠上端带有手轮，用以通过手动操作的方式转动从而带动传感器竖向运动。

所述的电脑带有显示屏，用以显示走行轮的转速和钢轨断面参数。

所述的推把前向倾斜的安装在车体中部横梁上。

所述的推把顶部设有用以放置电脑的水平支架。

所述的传感器包括激光发射器和相机，所述的激光发射器与待检测钢轨正对，所述的相机用以接收激光发射器发射并由待检测钢轨反射回的激光。

所述的相机与激光发射器之间的连线以及激光发射器与待检测钢轨之间的连线的夹角为90度。

所述的传感器下底面与待检测钢轨上表面间的距离范围为90mm-170mm。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

本实用新型通过设置滚珠丝杠从而精确的调节传感器下平面与钢轨上顶面的之间的距离，使其控制在传感器的视场、测量范围确定的最优工作范围内，满足测量的精度要求，并且本实用新型结构简单操作方便，具有高精度、高效率、非接触、长距离连续检测的优点。

附图说明

图1为本实用新型的工作状态的结构示意图。

图2为本实用新型的正视图。

图3为本实用新型的俯视图。

图4为本实用新型的侧视图。

图5为车体的结构示意图。

图6为滚珠丝杠的结构示意图。

图7为传感器的结构示意图。

图8为传感器联结板的结构示意图。

图9为走行轮的结构示意图。

图10为导向轮的结构示意图。

图11为旋转编码器的结构示意图。

图12为推把的结构示意图。

图13为传感器视场、测量范围和坐标系方向示意图。

图14为激光三角测量原理图。

图中标记说明：

1、钢轨，2、走行轮，3、传感器，4、导向轮，5、车体，6、滚珠丝杠，7、推把，8、传感器联结板，9、提手，10、旋转编码器，11、激光发射器，12、相机， 13、被测物。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。应当指出的是，下面通过附图描述的实施例是参考性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

实施例：

如图1-4所示，本实用新型提供了一种传感器竖向位置可调的钢轨波磨检测装置，该装置用以对钢轨的波磨情况进行检测，检测装置主要包括车体5、滚珠丝杠 6、传感器3、传感器联接板8、走行轮2、导向轮4、旋转编码器10、推把7和笔记本电脑。

如图5所示，车体5作为整个检测装置的框架结构，起到与其它机构相联接的作用，其整体形状呈工字型，由左侧部、中部横梁和右侧部一体成型；

如图6所示，带有手轮的滚珠丝杠6通过螺栓竖向安装于车体5左侧部和右侧部的外侧，可用来精确调节传感器3的高度；

如图7所示，传感器3是用来对钢轨进行波磨检测的主要设备，通过数据传输线与笔记本电脑相连，将实时检测数据传输回笔记本电脑；

如图8所示，传感器联接板8是滚珠丝杠6与传感器3联结的中间装置；

如图9所示，走行轮2分别安装于车体5左侧部和右侧部上，带动小车沿钢轨 1滑动；

如图10所示，导向轮4安装于车体5上，左侧部和右侧部各一个，其具有导向的作用，以保证检测小车始终沿着钢轨1的走行带行走，避免其偏离轨道，影响测量的精度与准确性；

如图11所示，旋转编码器10安装在检测小车一侧的走行轮2的轮轴上，在小车运行的过程中可以测量走行轮的转速，并将转速情况实时传输到笔记本电脑上，工作人员可跟据电脑上显示的转速情况人为地控制小车的速度；

如图12所示，推把7用来放置笔记本电脑，其下端前向倾斜固定在车体5的中部横梁上，笔记本电脑用来处理传感器3传输回来的各种数据，并把所需测量的钢轨断面参数显示在电脑屏幕上。

传感器采用了激光三角测量原理，如图14所示，传感器3里的激光发射器11 将激光线投射到被测物13(本例中为待测钢轨)上，传感器3的相机12从一个角度探测被测物13上的激光线，并捕获从被测物13上反射回来的激光。相机12每次曝光捕获一个轮廓，从某种意义上说是捕获一个截面。激光反射回相机12的不同位置，具体取决于被测物13与传感器3之间的距离。传感器3的激光发射器11、相机12和被测物13构成一个三角形。传感器3使用激光发射器11与相机12之间的已知距离以及两个已知角度(其中一个角度取决于相机上激光返回的位置)来计算传感器3与被测物13之间的距离。该距离转换为被测物13的高度。这种计算距离的方法称为激光三角测量。激光发射器11发出的激光垂直照射在被测物13上，激光源P1与相机采光点P2之间的距离D1是一固定值，激光束倾角A1由机械定位为90°，相机在P2点处的采集角为A2，这样激光源与被测点Pa之间的距离 Da可以通过三角计算得到，即：Da＝D1tgA2。

在使用传感器3对钢轨1进行波磨检测时，传感器3下平面距离钢轨1上顶面的高度是影响测量精度的关键因素，传感器的视场、测量范围及坐标系方向如图 13所示，规定的测量范围为90mm-170mm，如果超出了这一范围，将采集不到钢轨数据，最佳的测量高度为130mm，为了精确控制这一距离，故而采用了滚珠丝杠的设计。在对钢轨1进行波磨测量时首先将传感器3通过传感器联结板8安装于滚珠丝杠6上，使传感器3位于钢轨1的正上方，然后通过转动滚珠丝杠6上面的手轮将传感器3下平面距离钢轨1上顶面的高度控制在90mm-170mm范围内，接着将传感器3通过数据传输线与笔记本电脑相连，最后操作笔记本电脑控制传感器 3便可得到钢轨波磨的测量数据。

以上仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域内的技术人员来说，本实用新型可以有多种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、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 (9)

1.一种传感器竖向位置可调的钢轨波磨检测装置，用以对钢轨的波磨情况进行检测，包括工字型的车体(5)、安装在车体(5)左右两侧部底端的走行轮(2)以及设置在车体(5)中部横梁上用以放置电脑的推把(7)，其特征在于，该装置还包括分别设置在车体(5)左右两侧部侧面且正对待检测钢轨(1)的传感器(3)以及用以调节传感器(3)竖直高度的滚珠丝杠(6)，所述的滚珠丝杠(6)竖向安装在车体(5)左右两侧部侧面，并且与电脑通信的传感器(3)通过传感器联结板(8)与滚珠丝杠(6)的螺母连接共同实现竖向运动，所述的传感器(3)下底面与待检测钢轨(1)上表面间的距离范围为90mm-170mm。

2.根据权利要求1所述的一种传感器竖向位置可调的钢轨波磨检测装置，其特征在于，所述的工字型的车体(5)的左右两侧部底面走行轮(2)轮轴位置处还设有测量走行轮(2)转速的旋转编码器(10)，所述的旋转编码器(10)与电脑通信。

3.根据权利要求1所述的一种传感器竖向位置可调的钢轨波磨检测装置，其特征在于，所述的车体(5)左右两侧部的底面分别设有一组导向轮(4)，所述的导向轮(4)与钢轨(1)的内侧面接触，用以防止偏离轨道。

4.根据权利要求1所述的一种传感器竖向位置可调的钢轨波磨检测装置，其特征在于，所述的滚珠丝杠(6)上端带有手轮，用以通过手动操作的方式转动从而带动传感器(3)竖向运动。

5.根据权利要求1所述的一种传感器竖向位置可调的钢轨波磨检测装置，其特征在于，所述的电脑带有显示屏，用以显示走行轮(2)的转速和钢轨断面参数。

6.根据权利要求1所述的一种传感器竖向位置可调的钢轨波磨检测装置，其特征在于，所述的推把(7)前向倾斜的安装在车体(5)中部横梁上。

7.根据权利要求1所述的一种传感器竖向位置可调的钢轨波磨检测装置，其特征在于，所述的推把(7)顶部设有用以放置电脑的水平支架。

8.根据权利要求1所述的一种传感器竖向位置可调的钢轨波磨检测装置，其特征在于，所述的传感器(3)包括激光发射器(11)和相机(12)，所述的激光发射器(11)与待检测钢轨(1)正对，所述的相机(12)用以接收激光发射器(11) 发射并由待检测钢轨(1)反射回的激光。

9.根据权利要求8所述的一种传感器竖向位置可调的钢轨波磨检测装置，其特征在于，所述的相机(12)与激光发射器(11)之间的连线以及激光发射器(11)与待检测钢轨(1)之间的连线的夹角为90度。

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