專利名稱：構(gòu)架式軌距和軌向測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鐵路工務(wù)檢測(cè)設(shè)備，尤其涉及一種構(gòu)架式軌距和軌向測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
軌道檢查車(chē)是為檢查軌道病害、消除事故隱患、指導(dǎo)線路養(yǎng)護(hù)維修、提高線路平順性、保障行車(chē)安全而研制的大型動(dòng)態(tài)檢測(cè)設(shè)備。目前現(xiàn)有的軌道檢查車(chē)，例如GJ-4型軌道檢查車(chē)，技術(shù)先進(jìn)、測(cè)量準(zhǔn)確，已在多個(gè)鐵路局推廣使用，對(duì)保證鐵路運(yùn)輸安全和提高旅客列車(chē)的平穩(wěn)舒適性均發(fā)揮了重要作用。但其軌距和軌向測(cè)量采用的是安裝于軸箱的軌距檢測(cè)梁系統(tǒng)，隨著我國(guó)鐵路運(yùn)行速度不斷提高， 一方面軌道檢查車(chē)的檢測(cè)密度增加；另一方面軌距檢測(cè)梁工作環(huán)境惡化，承受的振動(dòng)和沖擊加大；使軌距檢測(cè)梁在檢測(cè)中存在安全隱患，一旦發(fā)生軌距檢測(cè)梁斷梁事故，不僅中斷檢測(cè)工作，而且嚴(yán)重影響行車(chē)安全。同時(shí)檢測(cè)速度提高后，軌距檢測(cè)梁的振動(dòng)的幅度和頻率加大，造成軌距、軌向測(cè)量準(zhǔn)確性顯著下降，有時(shí)甚至無(wú)法檢測(cè)，嚴(yán)重影響了線路檢查工作。大部分GJ-4型軌道檢查車(chē)檢測(cè)速度達(dá)到120公里/小時(shí)后，因軸箱軌距檢測(cè)梁的振蕩，軌距軌向無(wú)法正常檢測(cè)。 基于以上情況，迫切需要一種軌距和軌向測(cè)量系統(tǒng)，解決軸箱式軌距檢測(cè)梁本身的安全隱患和高速下軌距軌向無(wú)法測(cè)量的問(wèn)題，滿足鐵路提速后運(yùn)輸安全和檢測(cè)精度的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種構(gòu)架式軌距和軌向測(cè)量裝置，以解決軸箱式軌距檢測(cè)梁本身的安全隱患和高速下軌距軌向無(wú)法檢測(cè)的問(wèn)題，為提速線路的等速檢測(cè)提供檢測(cè)設(shè)備，為GJ-4型軌道檢查車(chē)的升級(jí)提供技術(shù)保障。
本發(fā)明實(shí)施例提供一種構(gòu)架式軌距和軌向測(cè)量裝置，該裝置包括
檢測(cè)梁，設(shè)置在軌道檢查車(chē)構(gòu)架上，和軌道方向垂直； 兩組激光圖像位移傳感器，分別設(shè)置在檢測(cè)梁兩端，用以檢測(cè)軌道相對(duì)檢測(cè)梁的位移； 兩組激光器，分別設(shè)置在激光圖像位移傳感器下方，用以提供光信號(hào)給激光圖像位移傳感器； 軌向加速度計(jì)，用于間接測(cè)量檢測(cè)梁的的中心點(diǎn)相對(duì)與慣性空間的位移； 車(chē)體慣性修正平臺(tái)，用以測(cè)量檢測(cè)梁的姿態(tài)，修正檢測(cè)梁姿態(tài)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)造成的
影響； 測(cè)距傳感器，設(shè)置在軌道檢查車(chē)輪對(duì)軸端，用以測(cè)量軌道檢查車(chē)的行駛距離、行駛速度并提供距離采樣時(shí)間間隔； 數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，設(shè)置在檢查車(chē)上，將檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以得到軌距和軌向檢測(cè)結(jié)果。 通過(guò)本發(fā)明實(shí)施例，解決了軸箱式軌距檢測(cè)梁本身的安全隱患和高速下軌距軌向
4無(wú)法測(cè)量的問(wèn)題，滿足鐵路提速后運(yùn)輸安全和檢測(cè)精度的需求。


此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并不 構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定。在附圖中 圖1為本發(fā)明構(gòu)架式軌距和軌向測(cè)量裝置的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明構(gòu)架式軌距和軌向測(cè)量裝置的檢測(cè)梁部分一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明構(gòu)架式軌距和軌向測(cè)量裝置的檢測(cè)梁外觀示意圖。
圖4為本發(fā)明構(gòu)架式軌距和軌向測(cè)量裝置測(cè)量原理圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施例和附 圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。在此，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本 發(fā)明，但并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
實(shí)施例一 請(qǐng)參閱圖l-圖3，其中，圖l是本發(fā)明構(gòu)架式軌距和軌向測(cè)量裝置的一個(gè)實(shí)施例的 結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明構(gòu)架式軌距和軌向測(cè)量裝置的檢測(cè)梁部分一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示 意圖，圖3是本發(fā)明構(gòu)架式軌距和軌向測(cè)量裝置的檢測(cè)梁外觀示意圖。
本實(shí)施例提供一種構(gòu)架式軌距和軌向測(cè)量裝置，該裝置包括 檢測(cè)梁，與軌道垂直方向設(shè)置在軌道檢查車(chē)下方；與現(xiàn)有技術(shù)不同的是，本發(fā)明實(shí) 施例將檢測(cè)梁用構(gòu)架式設(shè)置在軌道檢查車(chē)車(chē)體上，而不是現(xiàn)有技術(shù)的軌道檢查車(chē)軌軸上， 可以減少震動(dòng)的干擾。 兩組激光圖像位移傳感器，每組兩個(gè)，分別設(shè)置在檢測(cè)梁兩端，分別檢測(cè)左軌軌距 點(diǎn)相對(duì)檢測(cè)梁的位移、左軌軌面頂點(diǎn)相對(duì)檢測(cè)梁的位移、右軌軌距點(diǎn)相對(duì)檢測(cè)梁的位移和 右軌軌面頂點(diǎn)相對(duì)檢測(cè)梁的位移。 兩組激光器，每組兩個(gè)，與所述的激光圖像位移傳感器相對(duì)應(yīng)，分別設(shè)置在激光圖 像位移傳感器下方，用以提供光信號(hào)給激光圖像位移傳感器； 軌向加速度計(jì)，用于間接測(cè)量檢測(cè)梁的的中心點(diǎn)相對(duì)與慣性空間的位移； 車(chē)體慣性修正平臺(tái)，用以測(cè)量檢測(cè)梁的姿態(tài)，修正檢測(cè)梁姿態(tài)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)造成的
影響； 測(cè)距傳感器，設(shè)置在軌道檢查車(chē)輪對(duì)軸端，用以測(cè)量軌道檢查車(chē)的行駛距離、行駛 速度并提供距離采樣時(shí)間間隔； 數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，設(shè)置在檢查車(chē)上，上述各個(gè)裝置將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)模擬低通濾 波器和高速A/D采集卡傳送給數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，該數(shù)據(jù)處理平臺(tái)包括軌向合成模塊、軌距合 成模塊和軌距軌向輸出模塊，用以將檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以得到軌距和軌向檢測(cè)結(jié)果。
本發(fā)明實(shí)施例，采用構(gòu)架式的軌距和軌向測(cè)量裝置，解決了軸箱式軌距檢測(cè)梁本 身的安全隱患和高速下軌距軌向無(wú)法測(cè)量的問(wèn)題。
實(shí)施例二
再請(qǐng)參閱圖4，圖4是本發(fā)明構(gòu)架式軌距和軌向測(cè)量裝置測(cè)量原理圖。 如圖所示，軌距采用激光圖像式測(cè)量軌距左右偏移值，軌向采用慣性測(cè)量法，軌向
系統(tǒng)測(cè)量原理見(jiàn)圖4。 檢測(cè)梁與鋼軌相互位置關(guān)系定義見(jiàn)圖4。 安裝于檢測(cè)梁的激光圖像式測(cè)量傳感器的輸出如下 左軌軌距點(diǎn)相對(duì)檢測(cè)梁的位移(左軌距偏移值)； gK右軌軌距點(diǎn)相對(duì)檢測(cè)梁的位移(右軌距偏移值)； 左軌軌面頂點(diǎn)相對(duì)檢測(cè)梁的位移(左高低偏移值)； pK右軌軌面頂點(diǎn)相對(duì)檢測(cè)梁的位移(右高低偏移值)。 軌向加速度計(jì)的輸出 ay檢測(cè)梁中心點(diǎn)的橫向加速度。 G左右軌軌面中點(diǎn)之間的標(biāo)準(zhǔn)距離，為1500mm ; L檢測(cè)梁內(nèi)兩端傳感器的距離； ht檢測(cè)梁相對(duì)于軌距測(cè)量平面的垂直高度； 需要測(cè)量的值左右軌向?yàn)?y。 yK :分別為左右軌距測(cè)量點(diǎn)的y坐標(biāo)，就是要計(jì)算的左右軌向。 需要測(cè)量檢測(cè)梁傾角0b: 已知軌道的傾角 t (由軌道檢查車(chē)上慣性包測(cè)得，屬于現(xiàn)有技術(shù)中已知數(shù)值)； yb :檢測(cè)梁的中點(diǎn)的y坐標(biāo)； 另外還有一個(gè)安裝在輪對(duì)軸頭的光電編碼器，這是測(cè)量系統(tǒng)必備的，它可以提供
軌道檢查車(chē)行駛的距離，利用它提供的脈沖信號(hào)和計(jì)時(shí)器可測(cè)量速度，同時(shí)還為測(cè)量系統(tǒng)
提供精確的距離采樣時(shí)間間隔。 測(cè)量模型的建立，由圖4可知 gL = yb-yL_L/2 (1) gK = yK-yb-L/2 (2) 在以上2個(gè)等式中，g。 gK可由激光圖像式軌距系統(tǒng)測(cè)得，yb可由慣性傳感器軌向 加速度計(jì)間接測(cè)得，由此可得到其余2個(gè)想要測(cè)量的量yK、 h。 軌向加速度計(jì)的響應(yīng)
^、 .八 ，d、 ^o少=— gsm06 +~77^ + ^TT,、 在等式(3)中，第一項(xiàng)是要測(cè)量的檢測(cè)梁橫向加速度，第二項(xiàng)是對(duì)重力的響應(yīng)，梁 的傾角Ob—般很小，sin0b可用Qb線性近似，第三項(xiàng)是梁圍繞旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的加 速度，第四項(xiàng)是由于敏感軸的對(duì)準(zhǔn)而產(chǎn)生的對(duì)縱向加速度計(jì)的響應(yīng)。軸偏向用、，表示，單 位為弧度。 根據(jù)軌距的定義，由式(1) (2)可得軌距ga :
ga = yK-yL = gK+gL+L (4)
式中L是常量。 由等式(1) 、 (2)可知，知道yb就可求得yK、yL。 由等式(3)可知，要想得yb，只需求得一個(gè)未知量檢測(cè)梁傾角 b，由圖4可知軌
6道的傾角Qt禾P b的關(guān)系 <formula>formula see original document page 7</formula>+ (5) 由等式(5)可知已知軌道的傾角 t，就可得到檢測(cè)梁的傾角 b。
軌向合成的數(shù)據(jù)處理 左右軌距偏移值和左右軌高低偏移值信號(hào)是經(jīng)過(guò)圖像處理后輸出的，必然和軌向
加速度計(jì)的實(shí)時(shí)輸出信號(hào)相比有延時(shí)，且假定該延時(shí)是固定的常量。但軌道檢查車(chē)的速度
不是恒定的，因此需對(duì)軌向加速度計(jì)的實(shí)時(shí)輸出信號(hào)進(jìn)行與速度相關(guān)的空間延遲處理，保
證整個(gè)系統(tǒng)在不影響實(shí)時(shí)性的情況下實(shí)現(xiàn)所有輸入信號(hào)在空間位置上保持同步。 本發(fā)明的軌道檢查車(chē)構(gòu)架式軌距和軌向測(cè)量裝置的檢測(cè)梁安裝在軌道檢查車(chē)構(gòu)
架上，經(jīng)過(guò)一次減振后，檢測(cè)梁的安全性大大提高，解決了軸箱式軌距檢測(cè)梁的安全隱患。
而現(xiàn)有軌道檢查車(chē)的軸箱式軌距檢測(cè)梁直接安裝在軌道檢查車(chē)的軸箱上，無(wú)任何減振措施。 本發(fā)明的軌道檢查車(chē)構(gòu)架式軌距和軌向測(cè)量裝置采用激光圖像式軌距測(cè)量系統(tǒng)， 該系統(tǒng)能提供左右軌距偏移值和左右軌高低偏移值信號(hào)，同時(shí)在構(gòu)架式軌距檢測(cè)梁中心安 裝軌向加速度計(jì)，用軌道檢查車(chē)車(chē)體上的慣性包、左右軌距偏移值和左右軌高低偏移和該 軌向加速度計(jì)來(lái)合成軌向。該系統(tǒng)無(wú)光電機(jī)械伺服跟蹤軌距測(cè)量點(diǎn)系統(tǒng)，系統(tǒng)故障少，日常 維護(hù)工作量小。 以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳 細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限定本發(fā)明的保 護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本 發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種構(gòu)架式軌距和軌向測(cè)量裝置，該裝置包括檢測(cè)梁，設(shè)置在軌道檢查車(chē)構(gòu)架上，和軌道方向垂直；兩組激光圖像位移傳感器，分別設(shè)置在檢測(cè)梁兩端，用以檢測(cè)軌道相對(duì)檢測(cè)梁的位移；兩組激光器，分別設(shè)置在激光圖像位移傳感器下方，用以提供光信號(hào)給激光圖像位移傳感器；軌向加速度計(jì)，用于間接測(cè)量檢測(cè)梁的的中心點(diǎn)相對(duì)與慣性空間的位移；車(chē)體慣性修正平臺(tái)，用以測(cè)量檢測(cè)梁的姿態(tài)，修正檢測(cè)梁姿態(tài)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)造成的影響；測(cè)距傳感器，設(shè)置在軌道檢查車(chē)輪對(duì)軸端，用以測(cè)量軌道檢查車(chē)的行駛距離、行駛速度并提供距離采樣時(shí)間間隔；數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，設(shè)置在檢查車(chē)上，將檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以得到軌距和軌向檢測(cè)結(jié)果。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的構(gòu)架式軌距和軌向測(cè)量裝置，其特征在于，所述兩組激光圖像位移傳感器，每組由兩個(gè)激光圖像位移傳感器組成，分別檢測(cè)左軌軌距點(diǎn)相對(duì)檢測(cè)梁的位移、左軌軌面頂點(diǎn)相對(duì)檢測(cè)梁的位移、右軌軌距點(diǎn)相對(duì)檢測(cè)梁的位移和右軌軌面頂點(diǎn)相對(duì)檢測(cè)梁的位移。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的構(gòu)架式軌距和軌向測(cè)量裝置，其特征在于，所述慣性修正平臺(tái)包括設(shè)置在軌道檢查車(chē)上的慣性包。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的構(gòu)架式軌距和軌向測(cè)量裝置，其特征在于，軌向的計(jì)算公式為<formula>formula see original document page 2</formula>其中，^為左軌軌距點(diǎn)相對(duì)檢測(cè)梁的位移，gK為右軌軌距點(diǎn)相對(duì)檢測(cè)梁的位移，l為檢測(cè)梁內(nèi)兩端測(cè)距傳感器的距離，檢測(cè)梁的中點(diǎn)的y坐標(biāo)yb，yL、yR分別為左右軌距測(cè)量點(diǎn)的y坐標(biāo)，即要計(jì)算的軌向。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的構(gòu)架式軌距和軌向測(cè)量裝置，其特征在于，檢測(cè)梁的中點(diǎn)的y坐標(biāo)yb的計(jì)算公式為<formula>formula see original document page 2</formula>其中，第一項(xiàng)是檢測(cè)梁橫向加速度，第二項(xiàng)是對(duì)重力的響應(yīng)，梁的傾角Ob很小，sin0b可用Qb線性近似，第三項(xiàng)是梁圍繞旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的加速度，第四項(xiàng)是由于敏感軸的對(duì)準(zhǔn)而產(chǎn)生的對(duì)縱向加速度計(jì)的響應(yīng)，軸偏向用e x，表示，單位為弧度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的構(gòu)架式軌距和軌向測(cè)量裝置，其特征在于，軌道的傾角0t和 b的關(guān)系公式為<formula>formula see original document page 2</formula>其中，^為左軌軌面頂點(diǎn)相對(duì)檢測(cè)梁的位移，^為右軌軌面頂點(diǎn)相對(duì)檢測(cè)梁的位移， t是軌道的傾角，由軌道檢查車(chē)上慣性包測(cè)得。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的構(gòu)架式軌距和軌向測(cè)量裝置，其特征在于，軌距的計(jì)算公式為G = yR_yL = gR+gL+LyL、yR分別為左右軌距測(cè)量點(diǎn)的y坐標(biāo)，^為左軌軌距點(diǎn)相對(duì)檢測(cè)梁的位移，gK為右軌軌距點(diǎn)相對(duì)檢測(cè)梁的位移，L為檢測(cè)梁內(nèi)兩端測(cè)距傳感器的距離。
全文摘要
本發(fā)明提供一種構(gòu)架式軌距和軌向測(cè)量裝置，該裝置包括檢測(cè)梁，設(shè)置在軌道檢查車(chē)構(gòu)架上；兩組激光圖像位移傳感器，分別設(shè)置在檢測(cè)梁兩端，用以檢測(cè)軌道相對(duì)檢測(cè)梁的位移；軌向加速度計(jì)，用于測(cè)量檢測(cè)梁的的中心點(diǎn)相對(duì)與慣性空間的位移；車(chē)體慣性修正平臺(tái)，用以測(cè)量檢測(cè)梁的姿態(tài)，修正檢測(cè)梁姿態(tài)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)造成的影響；測(cè)距傳感器，設(shè)置在軌道檢查車(chē)輪對(duì)軸端，用以測(cè)量軌道檢查車(chē)的行駛距離、行駛速度并提供距離采樣時(shí)間間隔；數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，設(shè)置在檢查車(chē)上，將檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以得到軌距和軌向檢測(cè)結(jié)果。本發(fā)明解決了軸箱式軌距檢測(cè)梁本身的安全隱患和高速下軌距軌向無(wú)法測(cè)量的問(wèn)題。
文檔編號(hào)G01B11/14GK101758835SQ20081024075
公開(kāi)日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2008年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月23日
發(fā)明者任盛偉, 許貴陽(yáng) 申請(qǐng)人:中國(guó)鐵道科學(xué)研究院基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)研究所