CN2725851Y - 便携式铁路线路几何形状检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种便携式铁路线路几何形状检测装置，包括机械结构，电源，感应测试，控制和显示部分，用于对铁轨的几何参数如：轨距、超高、三角坑的检测。机械结构为“工”形结构，三点式构架。横架铁轨的空心主梁上安装着支承行走机构、靠紧机构、手握推杆、测量机构、控制系统、电源、显示盒以及传感器，三只滚轮及其机构既是支承，又是行走机构。靠紧机构一侧是定位靠轮，另一侧为可伸缩的抵压靠轮，使主梁与轨道垂直，并紧靠钢轨内侧。本实用新型解决了使用方便、质量轻、运行平稳、震动小和耐腐蚀等问题，提供了一种实现动态连续测量，测量精度高、刚性好、基准平面稳定的新装置，结构轻巧简单、构思新颖、方便操作，能很快投入工业化应用。

Description

便携式铁路线路几何形状检测装置

技术领域

本实用新型涉及铁路铁轨的质量检测设备，主要涉及中铁轨的几何参数自动检测设备，具体讲就是一种新型的便携式铁路线路几何形状检测装置。

背景技术

轨道线路是铁路运输中的基础部分，其基本的几何参数如：轨距、超高、三角坑的正确与否对于保证铁路行车安全具有举足轻重的意义。

轨道的不平顺，轻则降低轨道及机车车辆寿命，降低旅客乘坐舒适度，重则危及行车安全，造成出轨，颠覆等恶性行车事故，给乘客带来巨大的财产及生命损失，这是人命关天的大事，也是铁路运输部门的头等大事。

铁路运输的一次又一次提速，列车的运行速度越来越快，从每小时五、六十公里提高到每小时一百四十公里，除对机车、车辆要求高以外还对铁路路轨的要求也越来越高。铁路路轨的几何参数正确与否对于高速行驶的列车安全显得越来越重要。

随着铁路五次全面提速，相应地对线路几何参数的检查更加严格，由原来线路领工区每月进行一次测量，测点距10M，改为每月测量2次，间隔5M，现为每周测量2次，间隔3M。每季度铁路局大型轨检车进行复测检查。

传统的检测铁路路轨的方法是轨距尺由人工测量，读数，每次弯腰调整，三步一磕头，劳动强度大，效率底，在提速新形势下已显得力不从心。

传统的检测铁路路轨的方法远远落后于列车提速的需求，也落后于越来越先进的数字化信息化管理手段。这样铁路运输存在着这样一个不可预知的安全隐患，这将对未来列车的运行安全构成巨大的威胁。

我国铁路贯穿东西南北，网络密集。到目前为止，全国铁路线总长为7.2万公里，由于我国经济的高速发展，铁路每年都在高速地延伸到各个地方。而在各公务段，工区以及铁路的建设部门均需要该类产品，其总需要量成千上万。而在国内外尚无同类可接受产品的报告，境外的需要也同样是非常重要的部分。

在近十几年中各铁路局科研所、大专院校进行了有关的研究，克服使用轨距尺劳动强度大，效率低的问题，研制一种切实可行的测试仪器。1992年研制了一种推行式检测装置，由于当时采用的角度传感器及技术条件的限制，每次测量必须静止一定时间，以消除震动信号带来的不利影响，同时仍需人工记录数据，其实质仍未超出传统轨距尺的概念。最近几年来，几个研究所和大专院校也陆续推出自己的产品，虽然在数据采集，处理，分析，打印等功能方面大大改进，但在动态连续测量方面仍是个未解决的难题，有的重量过大，有的精度欠佳，在实用方面均存在一定问题无法推广使用。目前，限于维修体制、运营方式、行车密度的不同，国内主要采用轨距尺进行日常测量，主要形式有传统的刻度——水泡式、数显式两种。国内近年来也有研究该检测装置。有的将笔记本计算机与测量装置连在一起；有的在原有的轨距尺上加了数显装置，有的采用摆锤式、非水泡式倾角传感器，这些研究或样品有的仅是原轨距尺的改进，有的不能连续动态测量，有的重量过重工人无法操作，有的价格过高，因此都不具有实用价值。

国外尚无此类产品问世。发达国家因维修体制，运营方式，行车密度的显著不同，主要采用大型轨检车进行检测，这种推行式智能轨检检测装置在实际工作中还未应用。

由于列车的提速，对铁路路轨的也提出了更高的要求，在铁路路轨的安全维护中，对铁路路轨测量是非常重要的一个环节。客观上急需一种使用方便，质量轻自动化程度高，一个人就可操作，检测完成后还可提上走的便携式的检测装置。

发明内容

本实用新型的目的是克服上述技术或仪器存在的缺点，提供一种实现动态连续测量，测量精度高、强度刚性好、基准平面稳定、运动时保持主梁与刚轨走向垂直、运动时震动小、各轮之间绝缘、重量小于8公斤、耐腐蚀的便携式铁路线路几何形状检测装置。

下面结合附图进行详细说明

如图1所示，本实用新型包括机械结构部分，电源，感应测试部分，控制部分和显示部分，感应测试部分通过传感器和测量器件与控制部分信号连接，与机械结构部分位置固定，电源为整个检测装置供电，控制部分将测得的信号进行采集、存储、处理并显示，实现对铁轨的接触式测量。本实用新型的机械结构部分为“工”字形结构，三点式构架，长度足以横跨铁路路轨的宽度，横架两铁轨之间的空心主梁是检测装置的机构本体，其上安装着支承行走机构、靠紧机构、手握推杆、测量机构、控制系统、电源、显示部分以及各类传感器，测量机构主要包括轨距测量机构、里程测量机构、两个轨道的高度差测量机构，控制系统的控制电路板和电源均装在主梁的内部，显示部分的电路和显示屏构成显示盒安装在主梁一测，主梁两端分别安装有滚轮和靠轮，滚轮的轴向与主梁平行，靠轮的轴向与主梁垂直，通过行走轮轴和行走轮支承板两只行走轮平行地安装在主梁的一端，一只里程测量轮通过测量轮轴和测量轮支承板安装在主梁的另一端，这三只滚轮处在一个平面内，其主要构架呈等腰三角形，三只滚轮即三个支点，其基准面是唯一的，不会产生在同一位置有第二个基准面的问题，利于水平角度的测量。里程测量轮轴的轴线与机构本体的轴向中心线重合，两行走轮轴的轴线与机构本体的轴向中心线平行且对称，三只滚轮及其安装机构既是检测装置的支承机构的构成，又是行走机构的构成，形成支承行走机构。靠紧机构位于滚轮的两内侧，靠紧机构主要由靠轮、手柄、拉杆、摆动连接器、距离测量挡板、直线滑移轴、压缩弹簧及抵压靠轮轴构成，紧靠行走轮的靠轮为定位基准靠轮，紧靠里程测量轮的为抵压靠轮，靠轮通过靠轮小轮轴与支承板连接，支承板又通过螺栓与主梁固连，通过拉动手柄，带动拉杆和距离测量挡板，同时又牵动直线滑移轴，从而带动抵压靠轮进行靠轮与铁轨内测的靠紧与放松控制，以保证主梁与钢轨的垂直，也就保证了轨距的测量精度。在检测装置机械结构中所有滚轮和靠轮均通过轴承与各自轮轴连接，以确保轮子的转动阻力小，平滑灵活。由于三点永远决定一个平面，本实用新型这样测量的基准面唯一，使测量的准确性和重复性大大的提高，靠轮及靠轮控制的设计不仅为整体指标的质量做出了贡献，而且是测量精度的保证。

如图2所示，本实用新型的实现还在于里程测量机构主要涉及里程传感器、里程测量轮、测量轮轴，里程传感器是光电计数器及其电路构成，光电计数器电路板设有中心孔，安装在测量轮轴上与测量轮轴同轴，当检测装置运行时，滚轮转动而轮轴不动，测量轮每转动一圈，计数器计数一次，并即时将数据传输到控制系统，记录、存储和进行数据处理，并显示相应的行走里程。

本实用新型的实现还在于轨距测量机构与靠紧机构相关，包含有位移传感器，位移传感器固定于主梁上，微调螺钉顶着位移传感器的触头，微调螺钉固定于距离测量挡板上，距离测量挡板与直线滑移轴固定，通过直线轴承和轴承架安装在测量轮支承板上，可以沿轴向相对于支承板作直线运动，当直线滑移轴的外端直接接靠轮轴，当靠轮产生位移时，将会通过上述机构传输到位移传感器。距离测量挡板的横向移动结构将保证两个抵压靠轮可以分别自由地伸缩。

如图1所示，本实用新型的实现还在于两个轨道的高度差测量机构涉及装有微调装置的电子陀螺仪及其相关电路，电子陀螺仪安装在主梁的中心位置，当两铁轨表面高低相同时，电子陀螺仪输出为零，使用前要对电子陀螺仪调零，在电子陀螺仪的两端加垫硅橡胶片，通过微量压缩硅橡胶片实现电子陀螺仪的精确调零。

本实用新型的实现还在于距离测量挡板与直线滑移轴的连接是靠销钉转轴定位，在挡板上的轴孔和销钉均为长圆形，以保证该挡板在直线滑移轴带动其轴向运动时，还能进行横向移动和绕销钉转轴的转动，在测量时，以保证检测装置平稳运行。

本实用新型的主梁为主要结构件，设计为空心刚体，在内腔上固定有电子陀螺仪，距离传感器、显示盒、控制电路板以及蓄电池等相关的支承行走机构、靠紧机构、手握推杆、测量机构、控制系统、电源、显示部分以及各类传感器。三只轮子，一侧为2只行走轮9，另一侧为里程测量轮17，这样手握推杆1，就可方便推行检测装置在铁轨上行驶，开始工作，需要对电子陀螺仪调零，这样就可以进行精确测量。安装在主梁上的里程、位移和电子陀螺仪三个传感器通过相应设计的机械结构及电路得到测量的数值，并在显示屏上显示出来，同时在存储器内保存。通过适配器与计算机相连，使用专门软件处理可以分析出超标路段、三角坑位置，并可根据需要打印出不同的格式和派修单。

由于本实用新型的主要构架呈等腰三角形，三只滚轮即三个支点，其基准面是唯一的，不会产生在同一位置有第二个基准面的问题，利于水平角度的测量，保证了高度差测量的精度。采用四个靠轮，分别紧紧压在两条钢轨的内侧使仪器与钢轨内侧垂直，解决了检测车对于轨距的基准和精确测量问题。行走轮和测量轮的设计采用轮转而轮轴不转，不仅能精确进行里程测量，也为较少零件减轻重量和为控制系统的电路走线提供了路径的方便。在电子陀螺仪的两端加垫硅橡胶片，看似简单，但其富有创造性且有实效，通过微量压缩硅橡胶片实现电子陀螺仪的精确调零，这对于精确测量非常重要。以上的技术方案保障了本实用新型目的的实现，通过实验和实际使用证明本实用新型实现了动态连续测量，测量精度高、强度刚性好、检测装置基准平面稳定、运动时保持主梁与刚轨走向垂直、运动时震动小、各轮之间绝缘、重量小于8公斤、耐腐蚀。经测试：轨距1432-1457mm，精度：0.2mm；测超高±152mm  精度：≤±0.5mm；测里程  0-9999.999km 精度：0.08m/100m；行走速度0-5km/h；重量  8Kg；稳定时间1s。由于结构设计精确，测得数据准确确保了检测车的总体功能的实现，经试用本实用新型可以有效测量轨距、高度差、里程，并依据数据进行三角坑分析及显示；可实现静态定点测量；动态定点测量；动态连续测量。

附图说明：

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型图1的俯视图。

具体实施方式：

实施例1：

如图1所示，横架两铁轨12之间的空心主梁11是检测装置的机构本体，其上安装着支承行走机构、靠紧机构、手握推杆1、测量机构、控制系统、电源28、显示部分以及各类传感器，测量机构主要包括轨距测量机构、里程测量机构、两个轨道的高度差测量机构，控制系统的控制电路板27和电源28均装在主梁的内部，显示部分的电路和显示屏构成显示盒13安装在主梁11一测，主梁是横跨在两导轨上的主要部件，其长度为1464mm，整个体积比较大。设计中考虑其重量及强度问题，选择一个合理的截面是至关重要。在梁横的截面上，正应力沿高度线性分布，若将这些材料移至离中性轴较远处，则该部分材料也能负担较大的力，从而使这些材料得到充分利用，形成较为合理的截面。因此材料远离中性轴的截面(如圆环形、工字形)较好。由于主梁上还要固定如倾角传感器、电池等构件，而工字型梁不便于固定。综合各方面因素，选择壁厚为4mm的方型铝管作为主梁。从材料力学的计算和实际测试证明均能满足要求，重量也大大减小。其强度和刚性均符合测量精度要求，内部空腔可以放置各种传感器、电路板、蓄电池等元器件。主梁11两端分别安装有滚轮和靠轮，滚轮的轴向与主梁11平行，靠轮的轴向与主梁11垂直，通过行走轮轴10和行走轮支承板8，两只行走轮9平行地安装在主梁11的一端，一只里程测量轮17通过测量轮轴15和测量轮支承板3安装在主梁11的另一端，这三只滚轮处在一个平面内，里程测量轮轴15的轴线与机构本体的轴向中心线重合，两行走轮轴10的轴线与机构本体的轴向中心线平行且对称，形成支承行走机构；靠紧机构位于三只滚轮的内侧，靠紧机构主要由靠轮20、29、手柄7、拉杆6、摆动连接器32、距离测量挡板4、直线滑移轴21、压缩弹簧14及抵压靠轮轴19构成，紧靠行走轮9的靠轮为定位基准靠轮29，紧靠里程测量轮的为抵压靠轮20，靠轮通过靠轮轴19与支承板连接，支承板又通过螺栓与主梁11固连，通过拉动手柄7，带动拉杆6和距离测量挡板4，同时又牵动直线滑移轴21，从而带动抵压靠轮20实现与铁轨12内侧的靠紧与放松控制。定位基准靠轮29和抵压靠轮20紧靠所测路轨12的内侧，这是通过直线滑移轴，压缩弹簧10来实现的，并将抵压靠轮20在钢轨内侧的伸缩变化通过直线滑移轴21，距离测量挡板4，微调螺钉5与距离传感器2相连，并将信号传到电路板27，在里程测量轮17内安装里程传感器18，将信号通过电缆传到电路板27。电子陀螺仪26将主梁11的状态信号传到电路板27处理，通过电缆将电路板27的处理信号传到显示器盒13并存储起来。全部供电由蓄电池28提供。手握推杆1，就可方便推行小车在铁轨上行驶。本实用新型中所有滚轮和靠轮均通过轴承与各自轮轴连接。

实施例2：

具体的结构同实施例1，如图2所示，本实用新型采用四个靠轮，分别紧紧压在两条钢轨的内侧，其中一侧用两只压簧带动两只靠轮，可以随轨距的变化伸缩压紧钢轨的一侧，同时也使另一侧的靠轮压在同一侧钢轨内侧，这样由测量小车结构的垂直度就可得以保证主梁与钢轨垂直，使测量值反映的是两钢轨的真正轨距。基准滚轮间的距离也控制的比较小，要求在225mm，从而测量的轨距数值为这两个靠轮间的轨距的平均值。因此，这两个靠轮的间距是不能过大的，否则测量的轨距数值与里程位置就有较大偏差。定位基准轮和抵压靠轮分别是安装在基准滚轮小轴和抵压靠轮轴上的，它们的安装要保证轮轴与主梁有很高的垂直度，就是要保证4个轮子要相互平行。这样才能保证4个轮子侧面能准确紧密的与轨道侧面接触，不会影响测量精度。

实施例3

具体的结构同实施例2，如图2所示，里程测量轮采用一端安装，相当于悬臂梁，受力情况不是很好，所以在轴承的选取上进行补救。选用双列向心球轴承，加宽轴与轴承内圈接触面，使轴的受力部分长度增加，就不容易使轴产生振动，保证了里程测量轮在转动时不跳动，使检测装置在运行中更加稳定。

实施例4

具体的结构同实施例3，如图2所示，要保证轮子不能安装倾斜，故要求支承板与主梁的连接很准确，采用销钉定位，螺栓连接紧固。行走轮与行走轮轴之间的连接是通过两端轴承装配固定，行走轮轴两端与行走轮支承板之间是通过定位螺栓来实现准确定位的，既起定位又起连接作用。这样，对轴上两端的孔精度要求比较高，同时两个行走轮的轴线与支承板左端面要垂直，两个轮子之间要平行，这样才可以保证两个行走轮与导轨面间充分有效结合，测量误差才会减小。

实施例5

具体的结构同实施例3，如图2所示，轨距测试基准是安装在基准靠轮小轴下部的基准靠轮与导轨侧面的接触面，为保证测试结果的准确性，靠轮侧面必须与轨道侧面紧密接触，这样就需要有一个能使两端轴承紧贴轨道侧面的推力，这个推力就是靠直线滑移轴和所套在其上的压缩弹簧实现的。直线滑移轴是固定在直线轴承座上的，内装直线轴承。

该设备结构轻巧简单、构思新颖、操作方便、成本低廉。

Claims (5)

1.一种便携式铁路线路几何形状检测装置，包括机械结构部分，电源，感应测试部分，控制部分和显示部分，感应测试部分通过传感器和测量器件与控制部分信号连接，与机械结构部分位置固定，电源为整个检测车供电，控制部分将测得的信号进行采集、存储、处理并显示，实现对铁轨的接触式测量，其特征在于：机械结构部分为“工”字形结构，三点式构架，长度足以横跨铁路路轨的宽度，横架两铁轨(12)之间的空心主梁(11)是检测车的机构本体，其上安装着支承行走机构、靠紧机构、手握推杆(1)、测量机构、控制系统、电源(28)、显示部分以及各类传感器，测量机构主要包括轨距测量机构、里程测量机构、两个轨道的高度差测量机构，控制系统的控制电路板(27)和电源(28)均装在主梁的内部，显示部分的电路和显示屏构成显示盒(13)安装在主梁(11)一侧，主梁(11)两端分别安装有滚轮和靠轮，滚轮的轴向与主梁(11)平行，靠轮的轴向与主梁(11)垂直，通过行走轮轴(10)和行走轮支承板(8)两只行走轮(9)平行地安装在主梁(11)的一端，一只里程测量轮(17)通过测量轮轴(15)和测量轮支承板(3)安装在主梁(11)的另一端，这三只滚轮处在一个平面内，里程测量轮轴(15)的轴线与机构本体的轴向中心线重合，两行走轮(9)的轴线与机构本体的轴向中心线平行且对称，形成支承行走机构；靠紧机构位于三只滚轮的内侧，靠紧机构主要由靠轮(20、29)、手柄(7)、拉杆(6)、摆动连接器(32)、距离测量挡板(4)、直线滑移轴(21)、压缩弹簧(14)及抵压靠轮轴(19)构成，紧靠行走轮(9)的靠轮为定位基准靠轮(29)，紧靠里程测量轮的为抵压靠轮(20)，靠轮通过靠轮小轮轴(19)与支承板连接，支承板又通过螺栓与主梁(11)固连，通过拉动手柄(7)，带动拉杆(6)和距离测量挡板(4)，同时又牵动直线滑移轴(21)，从而带动抵压靠轮(20)进行靠轮与铁轨(12)内侧的靠紧与放松控制；所有滚轮和靠轮均通过轴承与各自轮轴连接。

2.根据权利要求1所述的便携式铁路线路几何形状检测装置，其特征在于：里程测量机构主要涉及里程传感器(18)、里程测量轮(17)、测量轮轴(15)，里程传感器(18)是光电计数器及其电路构成，光电计数器电路板设有中心孔，安装在测量轮轴(15)上与测量轮轴(15)同轴，当检测车运行时，滚轮转动而轮轴不动，测量轮每转动一圈，计数器计数一次，并即时将数据传输到控制系统，记录、存储和进行数据处理，并显示相应的行走里程。

3.根据权利要求2所述的便携式铁路线路几何形状检测装置，其特征在于：轨距测量机构与靠紧机构相关，包含有位移传感器(2)，位移传感器(2)固定于主梁上，螺钉(5)顶着位移传感器(2)的触头，螺钉(5)固定于距离测量挡板(4)上，距离测量挡板(4)与直线滑移轴(21)固定，通过直线轴承和轴承架安装在测量轮支承板(3)上，可以沿轴向相对于支承板(3)作直线运动，直线滑移轴(21)的外端直接与靠轮轴相连，当靠轮产生位移时，将会通过上述机构传输到位移传感器(2)。

4.根据权利要求3所述的便携式铁路线路几何形状检测装置，其特征在于：两个轨道的高度差测量机构涉及装有微调装置的电子陀螺仪(26)及其相关电路，电子陀螺仪(26)安装在主梁(11)的中心位置，当两铁轨表面高低相同时，电子陀螺仪(26)输出为零，使用前要对电子陀螺仪(26)调零，在电子陀螺仪(26)的两端加垫硅橡胶片，通过微量压缩硅橡胶片实现电子陀螺仪(26)的精确调零。

5.根据权利要求4所述的便携式铁路线路几何形状检测装置，其特征在于：距离测量挡板(4)与直线滑移轴(21)的连接是靠销钉转轴(31)定位，在挡板(4)上的轴孔和销钉孔均为长圆形，以保证该挡板在直线滑移轴(21)带动其轴向运动时，还能进行横向运动，和绕销钉转轴(31)的转动，在测量时，以保证检测装置平稳运行。