車載鐵路隧道拱頂地質雷達連續檢測系統的制作方法

本發明涉及一種隧道拱頂地質雷達檢測系統，具體地說是涉及一種車載型的可沿鐵路隧道縱深進行地質雷達檢測，且能夠自動避開隧道內的高架接觸網等設施，實現連續性、高效率和高質量檢測的車載鐵路隧道拱頂地質雷達連續檢測系統。

背景技術：

隨著我國鐵路交通的不斷發展，加上鐵路沿線地況的復雜情形，鐵路隧道的數量也在逐年增加，長期運營過程中暴露出來的隧道地質危害時有發生。這就需要一種高效的能夠對隧道襯砌地質質量自動進行全面快速檢測的設備以適應鐵路交通的發展。

近年來，國內已有較先進的地質雷達無損檢測技術應用于鐵路隧道地質檢測領域。地質雷達無損檢測技術克服了以往的靠目測和打孔抽查對隧道地質質量進行主觀檢測和以點代面檢測的弊病，但是目前使用的地質雷達無損檢測技術還存在一些問題急需進一步解決。如中國專利號為201210245314.9的“隧道拱頂檢測裝置”，該裝置利用繩輪伸縮機構來替代人工手持地質雷達檢測，以及在小車行進當中應用緩沖機構使雷達避開高架線架，檢測的安全性和穩定性有了一定程度的提高；其不足之處：一是所使用的緩沖機構只能起到緩沖作用，而不能完全避免拱頂檢測時地質雷達因碰撞所造成的損壞；同時由于采用彈性接觸的緩沖機構使地質雷達避開了高架線架，這樣在高架線架四周必然存在檢測白區；另一是該裝置在不工作時盡管利用折疊機構讓檢測裝置水平放置，方便運輸及減少了裝置閑置時存放的豎直空間，但由于裝置中伸縮機構本身的長度決定了水平的放置空間依然很大。

中國專利網還公開了申請號為201511023416.6的“車載隧道襯砌雷達檢測裝置”，該技術對前述的專利技術進行了部分改進，但拱頂檢測裝置部分存在的地質雷達因碰撞所造成的損壞及存在檢測白區等不足依然沒有很好地解決。

技術實現要素：

本發明的目的是為了解決目前現有技術存在的問題，而提出一種結構簡單，能適應不同隧道拱頂內壁工況、操作簡便和高效的車載鐵路隧道拱頂地質雷達連續檢測系統，且系統工作時雷達天線會自動避開高架接觸網，可以對鐵路隧道拱頂內壁進行連續檢測，實現拱頂高架接觸網兩側的檢測空白區域減少為接近零的檢測效果。

為了實現上述目的，本發明采取的技術措施是：提供一種車載鐵路隧道拱頂地質雷達連續檢測系統，設有工程車、工作臺、液壓升降臺、隧道斷面激光檢測機構、拱頂撐桿機構及拱頂雷達天線檢測機構；所述的工程車用于固定與承載整個系統和實現在道路上移動，工作臺固定在工程車上；

所述的液壓升降臺設有升降臺底座、拉線傳感器、液壓剪叉組件和升降臺臺面，所述的升降臺底座固定在工作臺上，并通過支架固定在工程車上；所述的液壓剪叉組件中設有兩個液壓缸，兩液壓缸為升降臺臺面的升降提供動力；拉線傳感器安裝在升降臺底座上，在液壓缸拉動升降臺臺面升降時，拉線傳感器用于實時采集和反饋升降臺臺面位置的信息，進而對升降臺臺面的升降高度形成閉環的穩定控制；

所述的隧道斷面激光檢測機構設有角度和位置可調的激光傳感器，安裝于工作臺上且位于液壓升降臺的前面，隧道斷面激光檢測機構用于在檢測系統工作時預先通過激光進行隧道拱頂斷面掃描，通過激光掃描，液壓剪叉組件根據掃描檢測的數據，控制液壓升降臺升降高度，同時控制所述的拱頂撐桿機構中的撐桿驅動電機運行，調整撐桿主體的位置，用于避免安裝在撐桿主體頂端的拱頂雷達天線檢測機構碰撞到拱頂內壁；

所述的拱頂撐桿機構設有撐桿立柱、配重塊、撐桿驅動電機、撐桿主體和撐桿臂調節銷軸；所述的撐桿立柱固定在液壓升降臺上，撐桿立柱上端安裝配重塊和撐桿驅動電機，配重塊用于平衡驅動力矩；所述的撐桿主體設有上、下兩段撐桿臂，下撐桿臂前端與撐桿驅動電機連接，上撐桿臂上端與拱頂雷達天線檢測機構連接，上、下撐桿臂之間通過撐桿臂調節銷軸連接，撐桿驅動電機與撐桿臂調節銷軸配合起旋轉關節的作用，用于調節兩段撐桿臂撐開或回收的角度，通過液壓升降臺和撐桿驅動電機帶動撐桿主體的兩段撐桿臂實現兩自由度的升降和旋轉，調節拱頂雷達天線檢測機構的伸展位置；

所述的拱頂雷達天線檢測機構設有雷達天線微調驅動電機、平行四邊形微調組件、雷達天線和超聲波檢測器；超聲波檢測器用于檢測雷達天線與隧道拱頂內壁之間距離及反饋所述距離信息，通過控制雷達天線微調驅動電機轉動，帶動平行四邊形微調組件調節雷達天線的位姿；拱頂雷達天線檢測機構用于完成整個隧道拱頂單行道縱向檢測。

所述的工作臺設有工作臺面、工作臺底座和扶梯，工作臺底座用于支撐工作臺面上安裝的檢測機構，扶梯用于操作人員到工作臺面上以便調整拱頂撐桿機構的撐桿主體伸展的角度。

所述的拱頂雷達天線檢測機構進行檢測時，雷達天線與隧道拱頂內壁之間的距離為1～3cm。

所述的隧道斷面激光檢測機構檢測拱頂內壁工況時，檢測系統通過激光掃描反饋的檢測數據的波動或穩定，自動進行分類控制：

若隧道拱頂內壁斷面有變徑、凸起跳動時，即隧道斷面激光檢測機構反饋檢測數據有波動，則檢測系統通過調節升降臺臺面的高度和控制撐桿驅動電機轉動來調整拱頂雷達天線檢測機構的基準位置，并控制雷達天線微調驅動電機轉動，帶動平行四邊形微調組件調節雷達天線的位姿；

若隧道拱頂內壁平滑，即隧道斷面激光檢測機構反饋的檢測數據穩定，則檢測系統只調節雷達天線微調驅動電機的轉動，帶動平行四邊形微調組件調節雷達天線的位姿。

本發明的車載鐵路隧道拱頂地質雷達連續檢測系統與現有雷達檢測技術相比具有的優點是：

1、本發明的檢測系統通過隧道斷面激光檢測機構檢測反饋的信息控制撐桿驅動電機，及通過超聲波檢測器反饋的信息控制雷達天線微調驅動電機的轉動，實現了自動化檢測，且當本發明的檢測系統一次性調整各個檢測組件的基準狀態后，檢測過程中無需避障，故工程車行進速度比現有檢測技術的行車速度更快，能明顯地提高檢測效率。

2、本發明的檢測系統的拱頂雷達天線檢測機構中采用了平行四邊形微調組件，響應速度快、穩定性好。

3、本發明的檢測系統最大的優點是工作時會自動避障和顯著地降低檢測空白區，操作簡單。本檢測系統可以實現隧道拱頂內壁地質結構的縱向連續檢測，尤其是拱頂撐桿機構的撐桿主體采用了二段撐桿臂實現兩自由度的升降和旋轉，可大范圍調節拱頂雷達天線的位置，使檢測空白區降低到接近于零，檢測范圍大且檢測質量高，提升了鐵路運輸的安全性。

4、本發明的檢測系統結構簡單，便于組裝、方便控制，適用于對環境復雜的電氣化鐵路隧道拱頂襯砌的檢測，推廣應用前景好。

附圖說明

圖1為本發明的車載鐵路隧道拱頂地質雷達連續檢測系統工作時結構示意圖。

圖2為本系統的工作臺、液壓升降臺及拱頂撐桿機構立體結構示意圖。

圖3為本系統的拱頂撐桿機構及拱頂雷達天線檢測機構結構示意圖。

圖4為本系統在隧道行進中撐桿主體部分收回時結構示意圖。

圖5為本系統不工作時撐桿主體完全收回的結構示意圖。

上述圖中：1-工程車；2-工作臺；3-液壓升降臺；4-隧道斷面激光檢測機構；5-拱頂撐桿機構；6-拱頂雷達天線檢測機構；7-拱頂內壁；8-接觸網；30-升降臺底座；31-液壓剪叉組件；32-拉線傳感器；33-升降臺臺面；51-撐桿立柱；52-配重塊；53-撐桿驅動電機；54-撐桿主體；55-撐桿臂調節銷軸；61-雷達天線微調驅動電機；62-平行四邊形微調組件；63-雷達天線；64-超聲波檢測器。

具體實施方式

下面結合附圖和具體的實施例對本發明作進一步說明，但本發明的實施不限于此。

實施例1：本發明提供一種車載鐵路隧道拱頂地質雷達連續檢測系統，其結構如圖1所示，設有工程車1、工作臺2、液壓升降臺3、隧道斷面激光檢測機構4、拱頂撐桿機構5和拱頂雷達天線檢測機構6。

參見圖1，圖1所示的是本發明對單行的鐵路隧道縱向檢測拱頂的實例。所述的工程車1可在鐵軌上行進，用于固定與承載整個系統和實現在道路上移動。

所述的工作臺2固定在工程車上，工作臺設有工作臺面、工作臺底座和扶梯，工作臺底座用于支撐工作臺面上安裝的所有檢測機構，扶梯方便于操作人員到工作臺面上，以便調整撐桿臂伸展的角度。

所述的液壓升降臺3設有升降臺底座30、液壓剪叉組件31、拉線傳感器32和升降臺臺面33；升降臺底座安裝在工作臺2上，設計的液壓升降臺3可以縮短兩段撐桿臂的長度和運動行程。所述的液壓剪叉組件31設有兩個液壓缸，兩液壓缸為升降臺臺面的升降提供動力，拉線傳感器32安裝在升降臺底座上，在液壓缸拉動升降臺臺面33升降時，拉線傳感器用于實時采集和反饋升降臺臺面位置的信息，進而對升降臺臺面的升降高度形成閉環的穩定控制。

如圖2所示，所述的隧道斷面激光檢測機構4安裝于工作臺2上，且位于液壓升降臺3的前面。隧道斷面激光檢測機構設有角度和位置可調的激光傳感器，在檢測系統工作時預先采用激光對隧道拱頂內壁7進行斷面掃描，液壓剪叉組件31根據激光掃描檢測反饋的數據，驅動液壓剪叉組件中的兩液壓缸為升降臺臺面的升降提供動力，控制升降臺臺面升降到一個高度，拱頂撐桿機構中的撐桿驅動電機同時運行，控制撐桿主體54的兩臂伸展的位置，避免拱頂雷達天線檢測機構6碰撞隧道拱頂內壁7。

如圖3所示，所述的拱頂撐桿機構5設有撐桿立柱51、配重塊52、撐桿驅動電機53、撐桿主體54和撐桿臂調節銷軸55；所述的撐桿立柱51固定在升降臺臺面33上，撐桿立柱上端安裝配重塊52和撐桿驅動電機53，配重塊用于平衡驅動力矩；所述的撐桿主體54設有上、下兩段撐桿臂，下撐桿臂前端與撐桿驅動電機53連接，上撐桿臂上端與拱頂雷達天線檢測機構6連接，兩段撐桿臂之間通過撐桿臂調節銷軸55連接，撐桿驅動電機的旋轉對下撐桿臂起作用，撐桿臂調節銷軸的旋轉對上下撐桿臂張開一定角度起作用，兩者用于調節兩段撐桿臂撐開或回收的角度，采用兩段撐桿臂的設計便于兩撐桿臂運動時避開接觸網8；拱頂撐桿機構5通過下方的液壓升降臺和所述的撐桿驅動電機53帶動撐桿主體54的兩段撐桿臂轉動實現升降和旋轉的兩自由度，可大范圍調節雷達天線63的掃描位置。

所述的拱頂雷達天線檢測機構6設有雷達天線微調驅動電機61、平行四邊形微調組件62、雷達天線63和超聲波檢測器64；通過超聲波檢測器檢測到的雷達天線與隧道拱頂內壁7之間距離的信息，反饋并控制雷達天線微調驅動電機轉動，帶動平行四邊形微調組件調節雷達天線的位姿；拱頂雷達天線檢測機構6用于完成整個隧道拱頂單行道縱向檢測。

圖4為拱頂撐桿機構5中的撐桿主體54部分收回時的狀態結構圖，圖5為系統在不工作時撐桿主體完全收回的狀態結構圖。由圖5可見撐桿主體完全收回后本系統直立的高度明顯降低，且未加大本系統水平方向的寬度，方便運輸及減少了系統閑置時存放空間。

本發明的檢測系統通過超聲波檢測器檢測到的雷達天線與隧道拱頂內壁之間的距離，反饋距離信息用于控制微調驅動電機轉動，采用平行四邊形微調組件，響應速度快、穩定性好。

實施例2：本發明的車載鐵路隧道拱頂地質雷達連續檢測系統工作過程是：

開始檢測前，將工程車1置于鐵路軌道上，工作臺2固定在工程車1上，將液壓升降臺3、隧道斷面激光檢測機構4、拱頂撐桿機構5、拱頂雷達天線檢測機構6等固定到指定位置，如圖1所示。然后按以下步驟展開撐桿臂、拱頂雷達天線檢測機構6靠近隧道拱頂內壁7。

1、通過撐桿臂調節銷軸55按設計值手動調節好上撐桿臂撐開角度；液壓升降臺3中的拉線傳感器32工作，根據拉線傳感器反饋的位移數據來調節液壓剪叉組件31，使得液壓剪叉組件中設的兩個液壓缸運動；液壓缸拉動升降臺臺面33升降；升降臺臺面上升，拱頂撐桿機構5也上升到目標位置，控制撐桿驅動電機53轉動一個角度，使上撐桿臂伸展到最高位置，且與接觸網8保持安全距離，使雷達天線距離隧道拱頂內壁1～3厘米之間，完成準備工作。

2、根據雷達天線采樣的最小頻率來確定工程車1前進的速度；開始檢測，如圖2、3所示，位于液壓升降臺3前面的隧道斷面激光檢測機構4首先采用激光掃描實時檢測隧道拱頂內壁7斷面的工況，檢測系統通過激光掃描反饋數據的變化大小自動進行分類控制：

若隧道拱頂內壁7有大變徑、大凸起的跳動時，即隧道斷面激光檢測機構反饋的檢測數據變化大，則檢測系統通過調節升降臺臺面33的高度和控制撐桿驅動電機53轉動來調整拱頂雷達天線檢測機構6的基準位置，并控制雷達天線微調驅動電機61轉動，帶動平行四邊形微調組件62調節雷達天線63的位姿；

若隧道拱頂內壁7比較平滑，即隧道斷面激光檢測機構反饋的檢測數據的變化小，則只調節雷達天線微調驅動電機61的轉動，帶動平行四邊形微調組件62調節雷達天線的位姿。

3、在檢測過程中，檢測系統還實時通過超聲波檢測器64調節雷達天線微調驅動電機61，帶動平行四邊形微調組件62運動，保證雷達天線63和隧道拱頂內壁7的距離為1～3厘米的檢測距離。

4、完成整個隧道的拱頂檢測后，撐桿臂按照步驟1中相反方向執行，參見圖4、5，將撐桿主體54、拱頂雷達天線檢測機構6收回至與接觸網8距2m以上的位置后，工程車1離開鐵路軌道返回車庫。

在整個檢測過程中雷達天線63都會自動伸至隧道拱頂內壁需要檢測的每個角落進行掃描，當遇到拱頂內壁有大凸起、隧道變徑、碰到接觸網等特殊工礦時，檢測系統也能實時記錄雷達天線檢測位置，便于進行缺陷定位和補充檢測。完成檢測后，工程車在鐵路行進時，撐桿主體54、拱頂雷達天線檢測機構6都要收縮到距接觸網2米以上的安全距離。

本發明的檢測系統結構簡單，便于組裝、方便控制，能實現檢測空白區降低到接近于零的檢測效果，本檢測系統適用于對環境復雜的電氣化鐵路隧道襯砌拱頂的檢測，推廣應用前景好。