CN104859681A - 一种用于轨道几何参数测量的快速精调轨道检查仪 - Google Patents

Abstract

一种用于轨道几何参数测量的快速精调轨道检查仪，包括快速精调小车，所述快速精调小车上安装有轨枕识别装置、短横梁轨距补偿装置、距离测量装置、长横梁定位机构、惯性传感器箱和短横梁倾角传感器，数据采集系统与计算机连接，全站仪也与计算机相连接，计算机收集数据采集系统和全站仪的数据进行分析处理，数据采集系统通过轨枕识别装置触发惯性传感器箱、横梁轨距补偿装置、距离测量装置、短横梁倾角传感器和长横梁倾角传感器和长横梁轨距传感器在每个轨枕处采集惯性导航数据、轨枕的倾角、轨距、以及高低补偿的数据信息发送给数据采集系统,本装置大大减少了全站仪设站的次数，不需要全站仪对每个轨枕进行逐一测量，实现了长距离测量、动态测量的目的，大大提高了作业的效率。

Description

一种用于轨道几何参数测量的快速精调轨道检查仪

技术领域

本发明涉及一种用于轨道几何参数测量的快速精调轨道检查仪。

背景技术

随着高铁的迅速发展，对列车安全运行、乘客的旅行舒适度等有了更高的要求，影响安全性和舒适度的因素主要有轨距、水平、轨向和三角坑等轨道的几何参数。根据《客运专线轨道几何状态测量仪暂行技术条件科技基【2008】86号》(以下简称《暂行技术条件》)，参考TB/3147－2012和铁道部课题《高速铁路养护维修精密测量控制技术研究》，客运专线轨道几何状态测量仪的主要技术指标：(1)轨距的示值误差绝对值不大于0.3mm；(2)轨距变化率的示值误差绝对值不大于0.02％；(3)水平的示值误差绝对值不大于0.3mm；(4)三角坑的的示值误差绝对值不大于0.5mm；(5)高低、轨向的的示值误差绝对值不大于0.7mm(10m弦、30m弦)、3mm(300m弦)；(6)正矢的的示值误差绝对值不大于1.0mm(20m弦)；(7)线路横向偏差的的示值误差绝对值不大于3.0mm；(8)线路的垂向偏差的的示值误差绝对值不大于2.5mm；(9)限界测量的的示值误差绝对值不大于5mm；(10)隧道断面测量的的示值误差绝对值不大于5mm，现在的传统的检查仪已不能满足高铁线和既有线的现场的测量要求。

传统的轨道约束测量方法普遍采用全站仪配合轨道快速精调小车进行线路的绝对坐标和轨道轨距、水平、轨向测量，测量的精度基本上可以满足要求，但精度还有待提高，其作业模式是全站仪自动跟踪轨检小车上的棱镜，每到一个轨枕，测量对应轨枕的绝对坐标，这样的测量模式，主要的缺点是为了保证全站仪测量的精度，一次设站的有效距离为70m左右，这大大降低了测量的作业效率。特别是铁路由于其天窗时间很短，对检测的效率要求高，要求作业效率为200m/h，而现有的设备都无法达到。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种消除了全站仪设站有效距离限制的影响，不需要对每个轨枕逐个测量，大大提高了作业的效率和精度，满足了现场实际需求的需要的用于轨道几何参数测量的快速精调轨道检查仪。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现：

一种用于轨道几何参数测量的快速精调轨道检查仪，包括快速精调小车，所述快速精调小车包括单轮梁和双轮梁，所述单轮梁包括长横梁，所述双轮梁包括短横梁和以短横梁为中心轴对称设置在其两侧的纵梁，所述短横梁通过快速连接装置安装在长横梁的一端，所述短横梁内安装有短横梁轨距补偿装置，所述短横梁轨距补偿装置的短横梁轨距补偿轮安装在短横梁的下侧，从而采集所述短横梁轨距补偿轮在水平面上与轨枕垂直方向上位置的变动值，两个所述纵梁内分别安装有距离测量装置，所述距离测量装置的测量轮设置在纵梁的下侧，所述测量轮的两侧安装有行走轮，所述行走轮由安装在纵梁内的行走机构带动旋转，所述测量轮、短横梁轨距补偿轮和行走轮处于同一直线上且均紧靠在轨枕内侧，所述长横梁上设有长横梁轨距测量装置，所述长横梁轨距测量装置上设有与短横梁轨距补偿轮位置相对应的长横梁轨距测量轮，所述长横梁轨距测量装置采集所述长横梁轨距测量轮在水平面上与轨枕垂直方向上位置的变动值，所述长横梁内还安装有采集长横梁的高低补偿数据的长横梁倾角传感器，所述短横梁内还设有惯性传感器箱和短横梁倾角传感器，所述惯性传感器箱采集惯性导航数据，所述短横梁倾角传感器采集短横梁的高低补偿数据，所述长横梁的上侧的中部设有全站仪支架，所述全站仪支架上安装有全站仪。

所述长横梁轨距测量装置包括设置在长横梁内的长横梁轨距传感器和长横梁定位机构，所述长横梁中部空心内设有导轨，所述长横梁定位机构的一端安装在所述长横梁的导轨内，并且与所述长横梁轨距传感器的测量端连接，另一端设置在长横梁外侧并且安装有长横梁轨距测量轮，所述长横梁定位机构与长横梁之间设有长横梁压缩弹簧，所述长横梁压缩弹簧将长横梁定位机构向外侧推压使得长横梁轨距测量轮顶压在轨道的内侧，所述短横梁轨距补偿装置包括设置在短横梁内的补偿位移传感器，所述短横梁轨距补偿轮通过连接杆活动安装在所述短横梁内，所述连接杆与所述补偿位移传感器的测量端连接，所述连接杆与补偿位移传感器的安装底座之间安装有短横梁压缩弹簧，通过所述短横梁压缩弹簧将短横梁轨距补偿轮向轨道内侧顶压。

所述距离测量装置包括距离测量传感器和行走轮，所述距离测量传感器采集所述行走轮旋转行走的距离值。

所述惯性传感器箱包括水平陀螺仪和垂直陀螺仪，所述水平陀螺仪安装在纵梁上，所述垂直陀螺仪安装在短横梁上。

所述行走机构的内设有刹车装置控制行走轮制动。

还包括数据采集系统，所述长横梁的上侧靠近短横梁处设有计算机支架，所述计算机支架上安装有计算机，所述数据采集系统与计算机连接，所述全站仪也与计算机相连接，所述计算机收集数据采集系统和全站仪的数据进行分析处理，所述数据采集系统通过轨枕识别装置触发惯性传感器箱、横梁轨距补偿装置、距离测量装置、短横梁倾角传感器和长横梁倾角传感器和长横梁轨距传感器在每个轨枕处采集惯性导航数据、轨枕的倾角、轨距、以及高低补偿的数据信息发送给数据采集系统。

所述轨枕识别装置包括安装在短横梁下侧的支架，所述支架上安装有接近开关，所述支架上接近开关的下方通过转轴安装有一个信号板，所述信号板包括向下延伸且延伸的长度可使端部与轨枕接触的主动杆和向上延伸的被动杆，所述被动杆设置在所述接近开关检测端的一侧，所述信号板的中部通过回位弹簧与支架连接，所述信号板包括初始工位和工作工位，在初始工位时，所述主动杆不与轨枕接触，被动杆不触动接近开关，在工作工位时，所述主动杆在轨枕的带动下旋转一个角度，所述被动杆同时旋转一个角度，使得被动杆刚好置于接近开关的检测端前方触动接近开关。

所述快速连接装置为在长横梁的端部设有一带螺孔的子接头，所述子接头的直径小于长横梁的直径，所述短横梁的一端设有一的母接头，所述母接头中部设有与子接头大小匹配的凹槽，所述子接头插入所述母接头内通过紧固螺钉固定连接，所述子接头和所述母接头连接面为绝缘层，所述单轮梁和双轮梁的纵梁之间通过两块三角板连接。

由于采用上述方案，本发明具有如下优点：

本装置通过轨枕识别装置触发惯性传感器箱、横梁轨距补偿装置、距离测量装置、短横梁倾角传感器和长横梁倾角传感器和长横梁轨距传感器收集数据，利用测量起点和终点的绝对坐标，中间区段通过惯性传感器箱根据惯性导航的原理进行相对的数据采集，即可根据采集的数据分析得出轨距、水平、轨向等几何参数，为线路的养护维修提供依据，由于利用惯性导航的原理进行相对的数据采集，因此除被测区段起点和终点外，不需要全站仪对每个轨枕处测量，这样使得在区段内的测量是长距离连续、动态、相对的测量，这大大提高了作业的效率，使得测量的速度达1.2km/h；由于利用该轨枕识别装置来触发数据的采集，这样使得每到一个轨枕，就产生触发信号，采集轨道的几何参数信息，这保证了对每个轨枕的精确测量和区段内的连续测量；短横梁和长横梁之间通过一个快速连接装置连接，这样方便组装和拆卸。

综上所述，本发明突破了传统的测量模式，让棱镜和快速精调小车分离，全站仪和快速精调小车的结合；通过轨枕识别装置对测量线路的每一个扣件进行识别，每到一个扣件，发出数据采集触发信号，采集传感器的数据；同时，数据采集系统发出脉冲记录相应的里程，利用惯性传感器箱采集惯性导航数据；所采集的数据传送到计算机，经处理后得到中心线横向偏差、中心线垂向偏差、轨道轨距、轨道超高等数据；本装置大大减少了全站仪设站的次数，而且是利用惯性传感器箱获得起始点和终点间的相对坐标，根据已测起点和终点的绝对坐标，计算出线路上各个点的绝对坐标，这不需要全站仪对每个轨枕进行逐一测量，实现了长距离测量、动态测量的目的，大大提高了作业的效率。

附图说明

图1是用于轨道几何参数测量的快速精调轨道检查仪的主视图。

图2是快速精调小车的主视图。

图3是快速精调小车的俯视图。

图4是快速精调小车的侧视图。

图5是双轮梁的短横梁的内部示意图。

图6是单轮梁的长横梁的示意图。

其中，1、单轮梁；2、全站仪；3、计算机；4、双轮梁；11、接近开关；12、轨枕识别装置；13、长横梁倾角传感器；14、长横梁压缩弹簧；15、长横梁定位机构；16、长横梁轨距测量装置；17、长横梁轨距传感器；18、全站仪支架；19、推杆底部固定机构；20、推手固定座；21、推手支撑；22、推杆短杆；23、推杆；24、推手；25、推手三向接头；26、水平陀螺仪；27、无线通讯元件；28、纵梁；29、短横梁；30、快速连接装置；31、长横梁；32、电池压杆机构；33、电池；34、电池卡块；36、距离测量装置；37、垂直陀螺仪；38、刹车装置；39、数据采集系统；291、补偿位移传感器；292、紧固螺钉；293、母接头；294、短横梁压缩弹簧；295、短横梁轨距补偿轮；311、子接头；312、绝缘层。

具体实施方式

下面结合附图，来说明用于轨道几何参数测量的快速精调轨道检查仪的具体实施方式。

如图1-6所述，一种用于轨道几何参数测量的快速精调轨道检查仪，包括快速精调小车、全站仪2和计算机3；计算机3采用CF-19计算机，全站仪2通过通信线或无线通讯元件27与计算机3相连接，数据采集系统39采集的信号通过通信线上传给计算机3；包括快速精调小车，所述快速精调小车包括单轮梁1和双轮梁4，所述单轮梁1包括长横梁31，所述双轮梁4包括短横梁29和以短横梁29为中心轴对称设置在其两侧的纵梁28，所述短横梁29通过快速连接装置30安装在长横梁31的一端，所述快速连接装置为在长横梁31的端部设有一带螺孔的子接头311，所述子接头311的直径小于长横梁31的直径，所述短横梁29的一端设有一的母接头293，所述母接头293中部设有与子接头大小匹配的凹槽，所述子接头311插入所述母接头293内通过紧固螺钉292固定连接，所述子接头和所述母接头连接面为绝缘层312，所述单轮梁和双轮梁的纵梁之间通过两块三角板连接，所述短横梁29内安装有短横梁轨距补偿装置43，所述短横梁轨距补偿装置43的短横梁轨距补偿轮295安装在短横梁29的下侧，从而采集所述短横梁轨距补偿轮295在水平面上与轨枕垂直方向上位置的变动值，两个所述纵梁28内分别安装有距离测量装置36，所述距离测量装置36的测量轮41设置在纵梁的下侧，所述测量轮41的两侧安装有行走轮42，所述行走轮42由行走机构带动旋转，所述行走机构的内设有刹车装置38控制行走轮制动，正常状态下所述测量轮41、短横梁轨距补偿轮295和行走轮42处于同一直线上，所述行走轮42紧靠在轨枕内侧，所述短横梁内还设有惯性传感器箱和短横梁倾角传感器40，惯性传感器箱包括水平陀螺仪26和垂直陀螺仪37，所述惯性传感器箱采集惯性导航数据，所述短横梁倾角传感器40采集短横梁的高低补偿数据，所述短横梁29的下侧在靠近行走轮42的内侧设有轨枕识别装置12，所述长横梁31的上侧的中部设有全站仪支架18，所述全站仪支架18上安装有全站仪2，所述长横梁31内安装有长横梁倾角传感器13和长横梁轨距测量装置，所述长横梁倾角传感器13采集长横梁的高低补偿数据，所述长横梁轨距测量装置的长横梁轨距测量轮安装在长横梁31的下侧，从而采集所述长横梁轨距测量轮在水平面上与轨枕垂直方向上位置的变动值。

所述长横梁轨距测量装置16包括设置在长横梁内的长横梁轨距传感器17和长横梁定位机构15，所述长横梁31中部空心内设有导轨，所述长横梁定位机构15安装在所述长横梁31的导轨内，可以在沿长横梁运动，所述长横梁定位机构15的一端与所述长横梁轨距传感器17的测量端连接，另一端安装有长横梁轨距测量轮44，所述长横梁定位机构15与长横梁31之间设有长横梁压缩弹簧14，所述长横梁压缩弹簧14将长横梁定位机构15向外侧推压使得长横梁轨距测量轮44顶压在轨道的内侧，所述短横梁轨距补偿装置43包括设置在短横梁内的补偿位移传感器291，所述短横梁轨距补偿轮295通过连接杆活动安装在所述短横梁内，所述连接杆与所述补偿位移传感器291的测量端连接，所述连接杆与补偿位移传感器291的安装底座之间安装有短横梁压缩弹簧294，通过所述短横梁压缩弹簧294将短横梁轨距补偿轮295向轨道内侧顶压。

所述计算机支架包括推杆23、推手固定座20、推手支撑21、推杆短杆22、推手24和推手三向接头25，推杆23通过依次与推杆短杆22、推手支撑21和推手固定座20连接安装在推杆底部固定机构19上，从而实现旋转，推杆23通过推手固定座20、推手支撑21和推杆短杆22来实现旋转、倾斜和锁紧，推杆23的另一端通过推手三向接头25连接有推手24，计算机支撑在推手24的托盘上；全站仪2安装在全站仪支架18上；

所述轨枕识别装置12包括安装在短横梁下侧的支架，所述支架上安装有接近开关11，所述支架上接近开关11的下方通过转轴安装有一个信号板，所述信号板包括向下延伸且延伸的长度可使端部与轨枕接触的主动杆和向上延伸的被动杆，所述被动杆设置在所述接近开关检测端的一侧，所述信号板的中部通过回位弹簧与支架连接，所述信号板包括初始工位和工作工位，在初始工位时，所述主动杆不与轨枕接触，被动杆不触动接近开关，在工作工位时，所述主动杆在轨枕的带动下旋转一个角度，所述被动杆同时旋转一个角度，使得被动杆刚好置于接近开关的检测端前方触动接近开关；电池33通过电池压杆机构32和电池卡块34固定在单轮梁1的左侧，电池33给数据采集系统39提供电力；

在使用时的具体步骤如下：主要的轨道参数包括中心线横向偏差、中心线垂向偏差、轨道轨距、轨道超高；它的检测方法是绝对测量和相对测量相结合，静态测量和动态测量相结合的模式测量被测段轨道，获得被测轨道段的轨道参数，

步骤一：检查仪在起始点A预热几分钟，各个传感器的校准；

步骤二：从起始点A开始测量，匀速推行快速精调小车，推行的过程中，每到一个轨枕，轨枕识别装置就触发数据采集系统，采集轨枕处的惯性传感器箱、横梁轨距补偿装置、距离测量装置、短横梁倾角传感器和长横梁倾角传感器和长横梁轨距传感器的数据信息，同时，随着轨道的变化，惯性传感器箱内水平陀螺仪26和垂直陀螺仪37记录着角运动的变化，惯性传感器箱内与水平陀螺仪26和垂直陀螺仪37配合的加速度计也记录这这些变化，并转化为相对于起点的三维角坐标，大约50米后，到达O1点，固定小车位置后，输入A点和B点对应的轨枕编号；依据大地坐标系,以正北方向为X轴正方向，正东方向为Y轴正方向，以大地水准面为基准面垂直向上为高程Z正方向；利用沿线布置的CPⅢ控制点，通过全站仪自由设站，采用后方交会的测量模式，测量出被测段轨道的起始点A和B的绝对坐标。

步骤三：从O1点继续推行小车200米，到达O2点，按照步骤二依次输入C点和D点的轨枕编号以及对应的绝对坐标，这就测量出了AB、BC、CD段对应的A、B、C、D的绝对坐标，利用两端的绝对坐标，通过计算模型得出中间的每个轨枕对应的绝对坐标。

Claims (8)

1.一种用于轨道几何参数测量的快速精调轨道检查仪，包括快速精调小车，其特征在于：所述快速精调小车包括单轮梁和双轮梁，所述单轮梁包括长横梁，所述双轮梁包括短横梁和以短横梁为中心轴对称设置在其两侧的纵梁，所述短横梁通过快速连接装置安装在长横梁的一端，所述短横梁内安装有短横梁轨距补偿装置，所述短横梁轨距补偿装置的短横梁轨距补偿轮安装在短横梁的下侧，从而采集所述短横梁轨距补偿轮在水平面上与轨枕垂直方向上位置的变动值，两个所述纵梁内分别安装有距离测量装置，所述距离测量装置的测量轮设置在纵梁的下侧，所述测量轮的两侧安装有行走轮，所述行走轮由安装在纵梁内的行走机构带动旋转，所述测量轮、短横梁轨距补偿轮和行走轮处于同一直线上且均紧靠在轨枕内侧，所述长横梁上设有长横梁轨距测量装置，所述长横梁轨距测量装置上设有与短横梁轨距补偿轮位置相对应的长横梁轨距测量轮，所述长横梁轨距测量装置采集所述长横梁轨距测量轮在水平面上与轨枕垂直方向上位置的变动值，所述长横梁内还安装有采集长横梁的高低补偿数据的长横梁倾角传感器，所述短横梁内还设有惯性传感器箱和短横梁倾角传感器，所述惯性传感器箱采集惯性导航数据，所述短横梁倾角传感器采集短横梁的高低补偿数据，所述长横梁的上侧的中部设有全站仪支架，所述全站仪支架上安装有全站仪。

2.根据权利要求1所述的用于轨道几何参数测量的快速精调轨道检查仪，其特征在于：所述长横梁轨距测量装置包括设置在长横梁内的长横梁轨距传感器和长横梁定位机构，所述长横梁中部空心内设有导轨，所述长横梁定位机构的一端安装在所述长横梁的导轨内，并且与所述长横梁轨距传感器的测量端连接，另一端设置在长横梁外侧并且安装有长横梁轨距测量轮，所述长横梁定位机构与长横梁之间设有长横梁压缩弹簧，所述长横梁压缩弹簧将长横梁定位机构向外侧推压使得长横梁轨距测量轮顶压在轨道的内侧，所述短横梁轨距补偿装置包括设置在短横梁内的补偿位移传感器，所述短横梁轨距补偿轮通过连接杆活动安装在所述短横梁内，所述连接杆与所述补偿位移传感器的测量端连接，所述连接杆与补偿位移传感器的安装底座之间安装有短横梁压缩弹簧，通过所述短横梁压缩弹簧将短横梁轨距补偿轮向轨道内侧顶压。

3.根据权利要求2所述的用于轨道几何参数测量的快速精调轨道检查仪，其特征在于：所述距离测量装置包括距离测量传感器和行走轮，所述距离测量传感器采集所述行走轮旋转行走的距离值。

4.根据权利要求3所述的用于轨道几何参数测量的快速精调轨道检查仪，其特征在于：所述惯性传感器箱包括水平陀螺仪和垂直陀螺仪，所述水平陀螺仪安装在纵梁上，所述垂直陀螺仪安装在短横梁上。

5.根据权利要求4所述的用于轨道几何参数测量的快速精调轨道检查仪，其特征在于：所述行走机构的内设有刹车装置控制行走轮制动。

6.根据权利要求1至5之一所述的用于轨道几何参数测量的快速精调轨道检查仪，其特征在于：还包括数据采集系统，所述长横梁的上侧靠近短横梁处设有计算机支架，所述计算机支架上安装有计算机，所述数据采集系统与计算机连接，所述全站仪也与计算机相连接，所述计算机收集数据采集系统和全站仪的数据进行分析处理，所述数据采集系统通过轨枕识别装置触发惯性传感器箱、横梁轨距补偿装置、距离测量装置、短横梁倾角传感器、长横梁倾角传感器和长横梁轨距传感器在每个轨枕处采集惯性导航数据、轨枕的倾角、轨距、以及高低补偿的数据信息发送给数据采集系统。

7.根据权利要求6所述的用于轨道几何参数测量的快速精调轨道检查仪，其特征在于：所述轨枕识别装置包括安装在短横梁下侧的支架，所述支架上安装有接近开关，所述支架上接近开关的下方通过转轴安装有一个信号板，所述信号板包括向下延伸且延伸的长度可使端部与轨枕接触的主动杆和向上延伸的被动杆，所述被动杆设置在所述接近开关检测端的一侧，所述信号板的中部通过回位弹簧与支架连接，所述信号板包括初始工位和工作工位，在初始工位时，所述主动杆不与轨枕接触，被动杆不触动接近开关，在工作工位时，所述主动杆在轨枕的带动下旋转一个角度，所述被动杆同时旋转一个角度，使得被动杆刚好置于接近开关的检测端前方触动接近开关。

8.根据权利要求7所述的用于轨道几何参数测量的快速精调轨道检查仪，其特征在于：所述快速连接装置为在长横梁的端部设有一带螺孔的子接头，所述子接头的直径小于长横梁的直径，所述短横梁的一端设有一的母接头，所述母接头中部设有与子接头大小匹配的凹槽，所述子接头插入所述母接头内通过紧固螺钉固定连接，所述子接头和所述母接头连接面为绝缘层，所述单轮梁和双轮梁的纵梁之间通过两块三角板连接。