CN216846208U - 基于无线传感的轨道线形监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于无线传感的轨道线形监测装置，包括传感机构(100)，当轨道结构为有砟轨道或连续式无砟轨道时，传感机构(100)仅包括板中传感机构(110)；当轨道结构为单元式无砟轨道时，传感机构(100)包括板中传感机构(110)和板间传感机构(120)，所述板中传感机构(110)和/或板间传感机构(120)包括设置在有砟轨道的轨枕上或者无砟轨道的轨道板上的无线倾角仪。本实用新型在轨旁安装自供电无线倾角仪组成传感机构，实现轨道结构倾角变化远程实时采集，为基于无线传感的轨道线形监测方法提供数据支持。

Description

基于无线传感的轨道线形监测装置

技术领域

本实用新型属于铁路轨道安全监测技术领域，具体涉及一种基于无线传感的轨道线形监测装置。

背景技术

当前，我国轨道结构类型整体上可分为有砟轨道和无砟轨道两种形式，基本可以满足日益发展的高速及重载铁路的运营需求。受线下基础状态变化、地质灾害等因素的影响，轨道结构会出现不同程度的病害及轨道线形异常，影响列车乘坐舒适性，严重时甚至危及行车安全。

对线路的轨道状态检测，我国总体上是以综合检测列车、综合巡检车、轨道检查仪等动静态检查手段为主，对线路几何尺寸和扣件伤损等进行周期性检测。但是对于一些突发性的轨道突变，上述周期性检测手段则无法及时予以发现和识别，导致安全管理存在隐患。

目前针对轨道线形的在线监测以GNSS变形监测、静力水准等静态测试技术为主。在需要高精度检测结果时，这两种技术需要稳定采样一定时间的数据才能计算出可靠结果，从时效性上难以满足轨道变形发生时快速识别病害并报警的要求。

基于此，特提出本实用新型。

实用新型内容

基于上述技术现状，本实用新型提出了一种基于无线传感的轨道线形监测装置，以搭载无线传感网络的倾角检测技术为基础，通过针对不同轨道结构形式特殊设计的机械构件，在轨旁安装固定小型化、高精度、自供电无线倾角仪组成传感机构，减少了通信、电力线缆额外敷设，实现轨道结构倾角变化远程实时采集。这些实时采集的数据通过网关传递给处理计算机，处理计算机分析解算轨道结构变形指标，输出变形数值及监测范围内轨道线形，及时锁定存在行车安全隐患的超限位置，发布预警和报警信息，达到轨道状态安全监测目的，并为线路的养护维修提供科学辅助和数据支撑。

本实用新型的目的在于提供一种基于无线传感的轨道线形监测装置，包括传感机构，当轨道结构为有砟轨道或连续式无砟轨道时，传感机构仅包括板中传感机构；当轨道结构为单元式无砟轨道时，传感机构包括板中传感机构和板间传感机构，所述板中传感机构和/或板间传感机构包括设置在有砟轨道的轨枕上或者无砟轨道的轨道板上的无线倾角仪。无线倾角仪测量轨道变形造成的角度变化，并按一定时间间隔以无线方式传输给网关，网关汇集多个无线倾角仪数据并连接处理计算机，处理计算机对数据进行解算及进一步计算无砟轨道结构变形数值，输出轨道线形，最终进行监测信息的发布及展示。

进一步的，所述板中传感机构包括第一无线倾角仪和安装支架，第一无线倾角仪固定在安装支架上，安装支架紧固于轨枕或轨道板上。板中传感机构用于监测轨枕或轨道板的水平及高程变化。当轨道结构为有砟轨道时，安装支架紧固于轨枕；当轨道结构为连续式无砟轨道时，安装支架紧固于轨道板。

进一步的，所述板间传感机构包括第二无线倾角仪、第一固定底座、第二固定底座和连杆，第一固定底座与第二固定底座分别安装于接缝两侧的轨道板上，连杆一端与第一固定底座的转动轴连接，另一端与第二固定底座的限位立板连接；所述第二无线倾角仪紧固于所述连杆上。板间传感机构用于监测单元式无砟轨道两块轨道板的高程相对变化。

进一步的，所述第一固定底座包括第一固定底板和垂直设置在所述第一固定底板上的转动轴，转动轴一端与所述第一固定底板固定连接，另一端设置有限位装置。

进一步的，所述第二固定底座包括第二固定底板和垂直设置在所述第二固定底板上的限位立板，所述限位立板上设置有长孔，所述长孔与所述限位立板的外表面之间设置有圆弧面。

进一步的，所述连杆包括连杆主体，在连杆主体的一端设置有转动套，另一端连接有滑动杆，在所述连杆主体的上表面设置有倾角仪固定板。

本实用新型基于无线倾角检测技术，通过传感机构结合现场布置方案，能够实时采集轨枕或者轨道板的变形数据，并且能够通过无线传输的方式传送给网关，并通过网关传送给处理计算机。处理计算机根据本实用新型采集的信息，计算输出有砟或者无砟轨道结构变形指标，进而获取轨道线形信息。

本实用新型具有以下有益效果：

(1)实现了轨道线形远程在线监测，弥补了轨道状态周期性检测的实时性不足，减轻了铁路线路养护维修的工作压力。

(2)充分发挥无线倾角仪低功耗、小型化、自主供电、响应速度快的技术特点，减少了通信、电力线缆的额外敷设，减少施工工序及行车安全隐患，针对突发失稳的超限工况，做到及时报警，有效保障行车安全。

(3)多个传感机构可自主组网，将一定范围内监测数据通过网关组成汇聚节点，结合现场布置需求，实现长距离、大范围、分布式远程自动化监测。

附图说明

图1为本实用新型基于无线传感的轨道线形监测装置一种实施例的结构示意图。

图2为本实用新型基于无线传感的轨道线形监测装置一种实施例的板中传感机构安装示意图，其中图2a为从轨道板侧面看的正视图，图2b为从线路方向看的侧视图，图2c为俯视图。

图3为本实用新型基于无线传感的轨道线形监测装置一种实施例的板间传感机构安装示意图。

图4是图3所示实施例的第一固定底座结构示意图。

图5是图3所示实施例的第二固定底座结构示意图。

图6是图3所示实施例的连杆结构示意图。

其中，100-传感机构，110-板中传感机构，111-第一无线倾角仪，112-安装支架，120-板间传感机构，121-第二无线倾角仪，1221-第一固定底板，1222-转动轴，1223-限位装置，122-第一固定底座，123-第二固定底座，1231-第二固定底板，1232-限位立板，1233-长孔，1234-圆弧面，124-连杆，1241-连杆主体，1242-转动套，1243-滑动杆，1244-倾角仪固定板，200-网关，300-处理计算机。

具体实施方式

以下结合附图1-6，对本实用新型基于无线传感的轨道线形监测装置作进一步地说明。

本实用新型的一种基于无线传感的轨道线形监测装置，包括传感机构100，当轨道结构为有砟轨道或连续式无砟轨道时，传感机构100仅包括板中传感机构110；当轨道结构为单元式无砟轨道时，传感机构100包括板中传感机构110和板间传感机构120，所述板中传感机构110和/或板间传感机构120包括设置在有砟轨道的轨枕上或者无砟轨道上的轨道板上的无线倾角仪。无线倾角仪测量轨道变形所造成的角度变化，并按一定时间间隔以无线方式传输给网关200，网关200汇集多个无线倾角仪的数据并连接至处理计算机300，处理计算机300对数据进行解算及进一步计算无砟轨道结构变形数值，输出轨道线形，最终进行监测信息的发布及展示。图1所示就是轨道结构为单元式无砟轨道时的轨道线形监测系统结构示意图，传感机构100包括了板中传感机构110和板间传感机构120两种形式的传感机构。

如图2所示，为本实用新型应用在连续式无砟轨道上时的板中传感机构110的安装示意图，板中传感机构110包括第一无线倾角仪111和安装支架112，第一无线倾角仪111固定在安装支架112上，安装支架112紧固于轨道板上。在本实用新型中，板中传感机构110用于监测轨道板的水平及高程变化。第一无线倾角仪111与安装支架112可以通过连接螺栓紧固于轨道板上，轨道板发生水平或高程变化时，连带紧固于轨道板上的第一无线倾角仪111同时发生横向和纵向倾斜产生角度变化，第一无线倾角仪111测量角度变化数值并通过无线方式传输给网关200，网关200连接处理计算机300做进一步解算和处理。

板中传感机构110不仅限于安装在轨道板上，还可安装于能够反应轨道线形变化的轨枕或其他装置上。

板中传感机构110根据轨道结构不同布置数量不同，对于单元式轨道结构，每块轨道板上安装1组板中传感机构110；对于有砟轨道或连续式轨道结构，可间隔一定距离布置板中传感机构110，间隔距离根据结构变形特点和线形输出需求设置。

第一无线倾角仪111可通过螺栓紧固于安装支架112上，安装支架112可通过植筋或膨胀螺栓等方式紧固于轨道板上。当然了，第一无线倾角仪111固定于轨道板上的方式不仅限于螺栓连接方式，也可采用胶粘或其它方式固定。

如图3所示，为本实用新型应用在单元式无砟轨道上时的板间传感机构120的安装示意图，板间传感机构120包括第二无线倾角仪121、第一固定底座122、第二固定底座123和连杆124，第一固定底座122与第二固定底座123分别安装于接缝两侧的轨道板上，连杆124一端与第一固定底座122的转动轴连接，另一端与第二固定底座123的圆杆长孔连接；第二无线倾角仪121紧固于连杆124上。在本实用新型中，板间传感机构120用于监测两块轨道板的高程相对变化。

在本实用新型中，第一固定底座122与第二固定底座123分别安装于接缝两侧的轨道板1和轨道板2上，连杆124一端通过转动套与第一固定底座122的转动轴连接，另一端通过滑动杆与第二固定底座123上的长孔滑动连接。第二无线倾角仪121通过螺栓连接方式紧固于连杆124上，当两块轨道板发生高程相对变化时，连带固定于两块轨道板上的第一固定底座122和第二固定底座123同时产生高程变化，连杆124发生角度倾斜，第二无线倾角仪121测量角度变化数值并通过无线方式传输给网关200，网关200连接处理计算机300，并根据连杆124长度及角度数据做进一步解算和处理。

如图4所示，第一固定底座122包括第一固定底板1221和垂直设置在第一固定底板1221上的转动轴1222，转动轴1222一端与第一固定底板1221固定连接，另一端设置有限位帽1223。在本实用新型中，转动轴1222可插入第一固定底板1221并固定，例如二者进行螺纹连接，限位帽1223用于防止连杆124从转动轴1222上脱离。

如图5所示，第二固定底座123包括第二固定底板1231和垂直设置在第二固定底板1231上的限位立板1232，限位立板1232上设置有长孔1233，长孔1233与限位立板1232的外表面之间设置有圆弧面1234。圆弧面1234用于给连杆124的滑动杆在限位立板1232上的窜动留出活动空间。

如图6所示，连杆124包括长方形的连杆主体1241，在连杆主体1241的一端设置有转动套1242，用于套设在第一固定底板1221上的转动轴1222；连杆主体1241的另一端连接有滑动杆1243，滑动杆1243远离连杆主体1241的一端设置有限位圆台，用于工作时防止滑动杆1243从限位立板1232上的长孔1233中脱离；在连杆主体1241的上表面设置有倾角仪固定板1244，用于设置倾角仪。

在本实用新型中，连杆124的转动套1242与第一固定底座122的转动轴1222间隙配合连接，连杆124可绕转动轴1222转动；连杆滑动杆直径与固定底座2限位立板中间开孔的宽度间隙配合连接，滑动杆可在长孔内横向及纵向自由运动；第一固定底座122与第二固定底座123之间安装距离与连杆124长度匹配安装；连杆124长度、滑动直径与长孔1233的开孔宽度、安装间隙、高程测量量程匹配设置；第二无线倾角仪121通过螺栓紧固于连杆124的倾角仪固定板1244上，第一固定底座122与第二固定底座123通过植筋或膨胀螺栓等方式紧固于轨道板上。第二无线倾角仪121固定于连杆124的倾角仪固定板1244上的方式不仅限于螺栓连接方式，也可采用胶粘或其它方式固定。

在本实用新型中，第一无线倾角仪111和第二无线倾角仪121的类型可以相同，都可以是双轴无线倾角仪，可同时测量横向及纵向角度值，具备较高的分辨率，具有低功耗、小型化、自主供电、响应速度快的技术特点。同时，结合物联网技术，双轴无线倾角仪通过网关200建立无线局域网，对多个双轴无线倾角仪进行通信配对，做到局部数据稳定汇集，实现长距离范围内分布式测量。

本实用新型基于无线传感的轨道线形监测装置获取的数据，被网关200传送给处理计算机300，用来进行轨道线形监测。

需要说明的是，该轨道线形监测的一种方法，既可以应用于有砟轨道，还可以应用于连续式或者单元式无砟轨道，该方法具体包括如下的步骤：

步骤1、计算板中传感机构110获得的水平与高低位移变化量。

所述步骤1包括：

步骤101、板中传感机构110实时检测轨道结构的水平、高低相对角度变化量；

步骤102、当其相对角度变化量超过管理阈值时，实时发送报警信息；

步骤103、板中传感机构110倾角仪检测的X轴角度反映轨道高低变形，采用下述公式计算，得到轨道高低位移变化值：

S_x＝L_x*tan θx

式中，L_x为相邻板中传感机构间距，θ_x为板中传感机构X轴角度变化量；

步骤104、板中传感机构110倾角仪的Y轴角度反映轨道水平变形，采用下述公式计算，得到轨道水平位移变化值：

S_y＝L_y*tanθ_y

式中，L_y为轨道板板宽，θ_y为板中传感机构Y轴角度变化量。

步骤2、计算板间传感机构120获得的高低位移变化量。

所述步骤2具体包括：

步骤201、板间传感机构120实时检测相邻轨道板间的高低相对角度变化量；

步骤202、当其相对角度变化量超过管理阈值时，实时发送报警信息；

步骤203、板间传感机构120倾角仪的X轴角度反映轨道板间高低变形，采用下述公式计算，得到轨道板间高低位移变化值：

S_j＝L_j·tan|θ_j|

式中，L_j为板间传感机构长度，θ_j为板中传感机构X轴角度变化量。

步骤3、根据步骤1、步骤2所得结果，进一步计算轨道高低的弦测值、轨道水平的轨道结构变形数值。

所述步骤3具体包括：

步骤301、根据步骤104中公式计算轨道水平位移值，即得到S_y；

步骤302、根据下述公式计算轨道高低弦测值：

S_i＝S_(i-1)x+S_ix+S_ij

式中，i为轨道板序号。

步骤4、根据轨道结构变形数据，输出监测范围内沿里程的轨道线形。

当轨道结构为单元式无砟轨道时，轨道结构变形计算按上述步骤1、步骤2和步骤3来进行；当轨道结构为有砟轨道或连续式无砟轨道时，轨道结构变形计算仅依据板中传感机构监测数据来进行，即只需要进行步骤1和步骤3两个步骤，就能获得需要的计算结果。

以上已经描述了本实用新型的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于无线传感的轨道线形监测装置，包括传感机构(100)，其特征在于，当轨道结构为有砟轨道或连续式无砟轨道时，传感机构(100)仅包括板中传感机构(110)；当轨道结构为单元式无砟轨道时，传感机构(100)包括板中传感机构(110)和板间传感机构(120)，所述板中传感机构(110)和/或板间传感机构(120)包括设置在有砟轨道的轨枕上或者无砟轨道的轨道板上的无线倾角仪。

2.如权利要求1所述的基于无线传感的轨道线形监测装置，其特征在于，所述板中传感机构(110)包括第一无线倾角仪(111)和安装支架(112)，第一无线倾角仪(111)固定在安装支架(112)上，安装支架(112)紧固于轨枕或轨道板上。

3.如权利要求1所述的基于无线传感的轨道线形监测装置，其特征在于，所述板间传感机构(120)包括第二无线倾角仪(121)、第一固定底座(122)、第二固定底座(123)和连杆(124)，第一固定底座(122)与第二固定底座(123)分别安装于板间接缝两侧的轨道板上，连杆(124)一端与第一固定底座(122)的转动轴(1222)连接，另一端与第二固定底座(123)上的限位立板(1232)连接；所述第二无线倾角仪(121)紧固于所述连杆(124)上。

4.如权利要求3所述的基于无线传感的轨道线形监测装置，其特征在于，所述第一固定底座(122)包括第一固定底板(1221)和垂直设置在所述第一固定底板(1221)上的转动轴(1222)，转动轴(1222)一端与所述第一固定底板(1221)固定连接，另一端设置限位装置(1223)。

5.如权利要求3所述的基于无线传感的轨道线形监测装置，其特征在于，所述第二固定底座(123)包括第二固定底板(1231)和垂直设置在所述第二固定底板(1231)上的限位立板(1232)，所述限位立板(1232)上设置有长孔(1233)。

6.如权利要求3所述的基于无线传感的轨道线形监测装置，其特征在于，所述连杆(124)包括连杆主体(1241)，在连杆主体(1241)的一端设置有转动套(1242)，另一端连接有滑动杆(1243)，在所述连杆主体(1241)的上表面设置有倾角仪固定板(1244)。

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