專利名稱：車載式軌道剛度檢測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及軌道剛度檢測裝置，特別涉及一種軌道移動剛度檢測裝置。
背景技術：
對于運營中的軌道，軌道結構的整體剛度是否符合設計要求，不同線路結構之間剛度過渡是否平順等指標，都將直接影響到列車運行的安全性、平穩(wěn)性及舒適性?，F(xiàn)有軌道剛度的檢測技術中，變形測量裝置和施力裝置被固定在軌道的檢測點上，通過施力裝置對檢測點施力，并由變形測量裝置采集施力前后的檢測點變形值，并根據(jù)該變形值獲得軌道剛度。使用上述方法每次只能檢測得到一個點的剛度值，在對較長的軌道區(qū)間進行檢測時，為掌握區(qū)段的總體情況，就需要沿區(qū)段大量選擇檢測點，因此，檢測周期長，同時采集數(shù)據(jù)的連續(xù)性差。面對現(xiàn)有軌道需要大量且高效的檢測要求，現(xiàn)有的軌道剛度檢測裝置及方法不能滿足以上檢測要求。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種車載式軌道剛度檢測裝置，包括:移動加載裝置、變形量采集裝置、位置參數(shù)采集裝置及數(shù)據(jù)采集處理裝置；所述移動加載裝置設置于待檢測軌道上方，所述變形量采集裝置、位置參數(shù)采集裝置及數(shù)據(jù)采集處理裝置設置在所述移動加載裝置上，所述數(shù)據(jù)采集處理裝置與所述變形量采集裝置及位置參數(shù)采集裝置的輸出連接，當所述移動加載裝置以初始負載或檢測負載在所述待檢測軌道上移動時，數(shù)據(jù)采集處理裝置在通過所述位置參數(shù)采集裝置獲取位置點參數(shù)的同時由所述變形量采集裝置采集軌道變形值，根據(jù)同一位置點參數(shù)所對應的初始負載時檢測到的變形值與檢測負載時檢測的變形值計算獲取軌道剛度。本實用新型的檢測裝置可以在移動過程中向待檢測軌道施加初始負載或檢測負載并檢測軌道相應變形，·從而實現(xiàn)對區(qū)段線路軌道剛度的連續(xù)檢測，顯著提高了檢測的便利性和快速性。在一些實施方式中，所述移動加載裝置包括:軌道車輛、垂向作動器及橫向作動器及加載輪對組件，所述加載輪對組件通過所述垂向作動器與所述軌道車輛的上橫梁連接，通過所述橫向作動器與所述軌道車輛的側梁連接。由此，可以對待測軌道施加垂向或橫向加載力，實現(xiàn)對待測軌道垂向或橫向剛度的檢測。在一些實施方式中，所述加載輪對組件包括:加載框架及加載輪對，所述加載框架與所述加載輪對的連接軸連接。在一些實施方式中，所述移動加載裝置還包括:懸掛鉤，所述懸掛鉤的固定端與所述軌道車輛的底部活動連接，所述加載框架上還包括吊耳，所述懸掛鉤與所述吊耳的吊裝位置相應，與所述吊耳形成鉤接。由此，可以將加載輪對提起使軌道車輛處于非試驗狀態(tài)，軌道車輛可視為通用軌道車輛進行連掛運行。在一些實施方式中，所述位置參數(shù)采集裝置包括:旋轉(zhuǎn)編碼器及計數(shù)單元，所述旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出與所述計數(shù)單元連接。使變形量采集裝置獲取數(shù)據(jù)時，可獲得從起點開始計算的相對移動位置量。在一些實施方式中，所述變形量采集裝置為三點弦測量裝置，包括檢測框架及三個測距傳感器，所述檢測框架安裝于加載框架上，三個所述測距傳感器通過安裝調(diào)節(jié)座固定在檢測框架上。通過對同一待測軌道在兩次不同加載力作用下軌道變形之差的測量方法，可以有效消除由于軌道車輛振動或軌道不平順對軌道彈性變形測量帶來的誤差，保證了移動檢測的準確性。在一些實施方式中，所述三點弦測量裝置的檢測框架通過減震彈簧固定于所述移動加載裝置的加載框架上。因此在測距傳感器跟隨加載輪對移動的同時，減小加載輪對振動對測距傳感器的影響。在一些實施方式中，所述變形量采集裝置包括:接觸式測距傳感器或非接觸式測距傳感器。在一些實施方式中，所述變形量采集裝置的測距傳感器布置在待測軌道的鋼軌內(nèi)側上方。
圖1為本實用新型軌道剛度檢測裝置的縱向內(nèi)部結構示意圖；圖2為圖1中所表示軌道剛度檢測裝置的內(nèi)部結構俯視半剖圖；圖3為本實用新型軌道剛度檢測裝置的局部立體視圖；圖4為圖1中所表示軌 道剛度檢測裝置的內(nèi)部結構主視半剖圖；圖5為本實用新型的車載式軌道剛度檢測裝置的控制模塊圖；圖6為本實用新型的車載式軌道剛度檢測裝置檢測過程示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細的說明。本實用新型中的術語“軌道”在本領域中是鋼軌、扣件系統(tǒng)、軌枕及枕下系統(tǒng)的總稱。因此軌道剛度是指上述鋼軌、扣件系統(tǒng)、軌枕及枕下系統(tǒng)在一起的整體剛度。從圖1中本實用新型的軌道剛度檢測裝置的內(nèi)部組成示意圖可知，本實用新型的軌道剛度檢測裝置設置并運行在待檢測軌道15上，具體包括:移動加載裝置11、變形量采集裝置12、位置參數(shù)采集裝置13及數(shù)據(jù)采集處理裝置14。如圖1 3所示，移動加載裝置11通過在軌道車輛16上設置施力裝置17及加載輪對組件18給予實現(xiàn)，施力裝置17作用在加載輪對組件18上。其中，軌道車輛通過加載輪對組件18實現(xiàn)對待檢測軌道15的表面施力。為實現(xiàn)對待檢測軌道15在二維方向(垂向、橫向)上的施力，施力裝置17可包括:垂向作動器17a、橫向作動器17b。垂向作動器17a的上端與軌道車輛16的上橫梁16a連接，垂向作動器17a的下端與加載輪對組件18中加載框架18a通過螺栓相連，加載框架18a通過軸承與加載輪對18b的連接軸相連，因此垂向作動器17a在液壓控制系統(tǒng)的控制下，通過加載框架18a向加載輪對18b施加荷載，從而實現(xiàn)加載輪對18b向待檢測軌道的垂向加載。如圖1 2中所示，橫向作動器17b —端與軌道車輛16的側梁固定連接，另一端通過橫向加力梁16b與加載框架18a相連。因此，通過橫向作動器17b在液壓控制系統(tǒng)的控制下帶動加載輪對18b在橫向運動，并可通過對液壓控制系統(tǒng)的控制，實現(xiàn)橫向作動器17b向加載輪對18b橫向加載,從而在待檢測軌道上實現(xiàn)橫向加載。如圖1所示，縱向牽引桿17c —端與加載框架18a相連，另一端與軌道車輛的16c部分相連，從而當軌道車輛16在待檢測軌道上移動時，可通過牽引桿17c實現(xiàn)加載框架18a以及加載輪對18b沿待檢測軌道15的延展方向移動?？紤]到本檢測裝置在施力時的準確性，進一步對垂向作動器17a及橫向作動器17b進行精確控制，其中，液壓控制系統(tǒng)可采用液壓伺服控制系統(tǒng)，即可通過壓力傳感器采集垂向作動器17a及橫向作動器17b的實際施加力，通過位移傳感器采集垂向作動器17a和橫向作動器17b的實際產(chǎn)生位移,從而將米集到的垂向作動器17a和橫向作動器17b的實際加載力及位移信息反饋至數(shù)據(jù)采集處理裝置14的輸入中，數(shù)據(jù)采集處理裝置14會根據(jù)此采集信息對照預設值(加載力預設值或位移預設值)，并根據(jù)此對照結果對垂向作動器17a及橫向作動器17b實現(xiàn)微調(diào)，從而實現(xiàn)液壓系統(tǒng)的閉環(huán)伺服控制，起到對垂向施加力及橫向施加力的準確調(diào)節(jié)。如圖1、3所示，為使軌道車輛16在對待檢測軌道15實現(xiàn)有效空載檢測，或在非試驗狀態(tài)時取消對垂向作動器17a和橫向作動器17b的使用，設置了懸掛機制。在軌道車輛16下側與加載輪組件18的加載框架18a的對應處設置四個相互對應懸掛鉤31，四個懸掛鉤31的上固定端與軌道車輛16的底部活動連接，為使懸掛鉤31與加載框架18a可準確配合，在加載框架18a與懸掛鉤31配合的相應吊裝位置上，還包括吊耳32，從而使懸掛鉤31與吊耳32形成鉤接。從圖1中的示意可知，當垂向作動器17a提升加載輪對組件，并使其脫離待檢測軌道15表面，上升到適當高度后，四個吊耳32由于底部弧線的作用向外側運動，當加載輪對組件中加載框架18a的懸掛鉤31上升到與懸掛鉤31可鉤裝的位置時，懸掛鉤31落入吊耳32內(nèi)，此時垂向作動器17a可不再施力，由此可知，通過上述機構的設計，最終實現(xiàn)了加載輪對組件處·于非試驗狀態(tài)或空載狀態(tài)時的安放。變形量采集裝置12包括檢測框架41、測距傳感器42和減震彈簧43。檢測框架41通過減震彈簧43與加載框架18a相連，測距傳感器42布置在檢測框架41中，其測量位置對準待檢測軌道15的方向。為提高待檢測軌道15的檢測精確，其測距傳感器42可在檢測框架41中實施單點或多點的布置，即可實現(xiàn)單點或多點的檢測方式，同時測距傳感器42可采用接觸式和非接觸式兩種，其中非接觸式可使用激光測距傳感器。為有效消除由于檢測框架振動或軌道不平順對軌道彈性變形測量帶來的誤差，保證移動檢測的準確性，上述測距傳感器42的布置可采用實現(xiàn)三點弦測量的布置方式。因此檢測結果中消除軌道車輛振動和軌道初始平順的影響，因此可以保證測量的精度。為使測距傳感器42更便于調(diào)節(jié)，如圖3及圖4所示，測距傳感器42可以通過安裝調(diào)節(jié)座101固定在檢測框架41上。安裝的調(diào)節(jié)座43可以在90度范圍內(nèi)調(diào)整測距傳感器42與待檢測軌道15的夾角，以適應設計角度的要求。采用激光二維傳感器可以同時測量獲得該位置點的軌道垂向數(shù)值及橫向數(shù)值。如圖1所示，位置參數(shù)采集裝置13中的旋轉(zhuǎn)編碼器13a安裝在軌道車輛16的走行輪對19 一側的軸頭位置上，其計數(shù)單元13b安裝在與數(shù)據(jù)采集處理裝置14相近的位置上，計數(shù)單元將計數(shù)輸出傳送到數(shù)據(jù)采集處理裝置14的輸入端中。[0030]數(shù)據(jù)采集處理裝置14布置在軌道車輛16上。可以采用單片機、可編程控制器(PLC)或工業(yè)計算機予以實現(xiàn)。數(shù)據(jù)采集裝置14與變形量采集裝置12及位置參數(shù)采集裝置13的輸出連接。當移動加載裝置以初始負載或檢測負載在待檢測軌道上移動時，數(shù)據(jù)采集處理裝置14在通過位置參數(shù)采集裝置13獲取位置點參數(shù)的同時由變形量采集裝置12采集變形值，根據(jù)同一位置點參數(shù)所對應的初始負載時檢測到的變形值與檢測負載時檢測的變形值獲取軌道剛度。以下將結合圖5、6對本實用新型中的軌道剛度檢測裝置的檢測實現(xiàn)過程給予說明，圖5中所示，其變形量采集裝置12及位置參數(shù)采集裝置13的輸出與數(shù)據(jù)采集處理裝置14的輸入連接。首先，使軌道車輛16在待檢測軌道A — B區(qū)間上設定移動速度勻速移動，同時由數(shù)據(jù)采集處理裝置14驅(qū)動垂向作動器17a或橫向作動器17b對加載框架18a施加初始負載，使加載輪對18b對待檢測軌道15施加初始負載,初始負載可設定為空載或輕載，同時變形量采集裝置12及位置參數(shù)采集裝置13分別記錄位置點的位置值和變形量，在數(shù)據(jù)采集處理裝置14中將其進行一一對應，獲取每個位置點的第一變形值K (yL1>yL2……yLn)(即待檢測軌道區(qū)間在承受初始負載時的變形)，其位置值的獲取可通過設定速度和時間進行獲取，同時也可采用本實用新型上述實施方式中所提供的旋轉(zhuǎn)編碼器13a和計數(shù)單元13b采集測量的方式給予實現(xiàn)。之后，在待檢測軌道A —B區(qū)間上，使軌道車輛16以設定移動速度勻速移動，同時由數(shù)據(jù)采集處理裝置14驅(qū)動垂向作動器17a或橫向作動器17b對加載框架18a施加檢測負載，使加載輪對18b對待檢測軌道15施加檢測負載，采集裝置12及位置參數(shù)采集裝置13分別記錄位置點的位置值和變形量，在數(shù)據(jù)采集處理裝置14中將其進行一一對應，獲取每個位置點的第二變形值yH (yH1、yH2……yHn)(即待檢測軌道區(qū)間在承受檢測負載時的變形)。最后，根據(jù)同一位置點的第一變形值K (yL1>yL2……yta)及第二變形值yH (yH1、yH2……yifc)、初始負載及檢測負載，通過下述公式I計算獲取軌道剛度。
權利要求1.車載式軌道剛度檢測裝置，其特征在于，包括:移動加載裝置、變形量采集裝置、位置參數(shù)采集裝置及數(shù)據(jù)采集處理裝置；所述移動加載裝置設置于待檢測軌道上方，所述變形量采集裝置、位置參數(shù)采集裝置及數(shù)據(jù)采集處理裝置設置在所述移動加載裝置上，所述數(shù)據(jù)采集處理裝置與所述變形量采集裝置及位置參數(shù)采集裝置的輸出連接，當所述移動加載裝置以初始負載或檢測負載在所述待檢測軌道上移動時，數(shù)據(jù)采集處理裝置在通過所述位置參數(shù)采集裝置獲取位置點參數(shù)的同時由所述變形量采集裝置采集軌道變形值，根據(jù)同一位置點參數(shù)所對應的初始負載時檢測到的變形值與檢測負載時檢測的變形值計算獲取軌道剛度。
2.根據(jù)權利要求1所述的軌道剛度檢測裝置，其特征在于，所述移動加載裝置包括:軌道車輛、垂向作動器及橫向作動器及加載輪對組件，所述加載輪對組件通過所述垂向作動器與所述軌道車輛的上橫梁連接，通過所述橫向作動器與所述軌道車輛的側梁連接。
3.根據(jù)權利要求2所述的軌道剛度檢測裝置，其特征在于，所述加載輪對組件包括:力口載框架及加載輪對，所述加載框架與所述加載輪對的連接軸連接。
4.根據(jù)權利要求3所述軌道剛度檢測裝置，其特征在于，所述移動加載裝置還包括:懸掛鉤，所述懸掛鉤的固定端與所述軌道車輛的底部活動連接，所述加載框架上還包括吊耳，所述懸掛鉤與所述吊耳的吊裝位置相應，與所述吊耳形成鉤接。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的軌道剛度檢測裝置，其特征在于，所述位置參數(shù)采集裝置包括:旋轉(zhuǎn)編碼器及計數(shù)單元，所述旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出與所述計數(shù)單元連接。
6.根據(jù)權利要求1或2所述的軌道剛度檢測裝置，其特征在于:所述變形量采集裝置為三點弦測量裝置，包括檢測框架及三個測距傳感器，所述檢測框架安裝于加載框架上，三個所述測距傳感器通過安裝調(diào)節(jié)座固定在檢測框架上。
7.根據(jù)權利要求6所述的軌道剛度檢測裝置，其特征在于，所述三點弦測量裝置的檢測框架通過減震彈簧固定于所述移動加載裝置的加載框架上。
8.根據(jù)權利要求1或2所述`的軌道剛度檢測裝置，其特征在于，所述變形量采集裝置包括:接觸式測距傳感器或非接觸式測距傳感器。
9.根據(jù)權利要求8所述的軌道剛度檢測裝置，其特征在于，所述變形量采集裝置的測距傳感器布置在待測軌道的鋼軌內(nèi)側上方。
專利摘要本實用新型公開了一種車載式軌道剛度檢測裝置。該裝置包括移動加載裝置、變形量采集裝置、位置參數(shù)采集裝置及數(shù)據(jù)采集處理裝置；當移動加載裝置以初始負載或檢測負載在待檢測軌道上移動時，數(shù)據(jù)采集處理裝置在通過位置參數(shù)采集裝置獲取位置點參數(shù)的同時由變形量采集裝置采集軌道變形值，根據(jù)同一位置點參數(shù)所對應的初始負載時檢測到的軌道變形值與檢測負載時檢測的軌道變形值計算獲取軌道剛度。該檢測裝置可以在移動過程中向軌道施加負載并檢測軌道相應變形，從而實現(xiàn)對區(qū)段線路軌道剛度的連續(xù)檢測，顯著提高了檢測的便利性和快速性。
文檔編號E01B35/12GK203128962SQ20132016309
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月3日 優(yōu)先權日2013年4月3日
發(fā)明者柴雪松, 暴學志, 潘振, 金花, 薛峰, 楊亮, 段培勇, 馮毅杰, 于國丞, 謝錦妹, 田德柱 申請人:中國鐵道科學研究院鐵道建筑研究所