專利名稱：構架式軌距和軌向測量裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鐵路工務檢測設備，尤其涉及一種構架式軌距和軌向測量裝置。
背景技術：
軌道檢查車是為檢查軌道病害、消除事故隱患、指導線路養(yǎng)護維修、提高線路平順性、保障行車安全而研制的大型動態(tài)檢測設備。目前現有的軌道檢查車，例如GJ-4型軌道檢查車，技術先進、測量準確，已在多個鐵路局推廣使用，對保證鐵路運輸安全和提高旅客列車的平穩(wěn)舒適性均發(fā)揮了重要作用。但其軌距和軌向測量采用的是安裝于軸箱的軌距檢測梁系統(tǒng)，隨著我國鐵路運行速度不斷提高， 一方面軌道檢查車的檢測密度增加；另一方面軌距檢測梁工作環(huán)境惡化，承受的振動和沖擊加大；使軌距檢測梁在檢測中存在安全隱患，一旦發(fā)生軌距檢測梁斷梁事故，不僅中斷檢測工作，而且嚴重影響行車安全。同時檢測速度提高后，軌距檢測梁的振動的幅度和頻率加大，造成軌距、軌向測量準確性顯著下降，有時甚至無法檢測，嚴重影響了線路檢查工作。大部分GJ-4型軌道檢查車檢測速度達到120公里/小時后，因軸箱軌距檢測梁的振蕩，軌距軌向無法正常檢測。 基于以上情況，迫切需要一種軌距和軌向測量系統(tǒng)，解決軸箱式軌距檢測梁本身的安全隱患和高速下軌距軌向無法測量的問題，滿足鐵路提速后運輸安全和檢測精度的需求。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種構架式軌距和軌向測量裝置，以解決軸箱式軌距檢測梁本身的安全隱患和高速下軌距軌向無法檢測的問題，為提速線路的等速檢測提供檢測設備，為GJ-4型軌道檢查車的升級提供技術保障。
本發(fā)明實施例提供一種構架式軌距和軌向測量裝置，該裝置包括
檢測梁，設置在軌道檢查車構架上，和軌道方向垂直； 兩組激光圖像位移傳感器，分別設置在檢測梁兩端，用以檢測軌道相對檢測梁的位移； 兩組激光器，分別設置在激光圖像位移傳感器下方，用以提供光信號給激光圖像位移傳感器； 軌向加速度計，用于間接測量檢測梁的的中心點相對與慣性空間的位移； 車體慣性修正平臺，用以測量檢測梁的姿態(tài)，修正檢測梁姿態(tài)對測量數據造成的
影響； 測距傳感器，設置在軌道檢查車輪對軸端，用以測量軌道檢查車的行駛距離、行駛速度并提供距離采樣時間間隔； 數據處理平臺，設置在檢查車上，將檢測數據進行處理，以得到軌距和軌向檢測結果。 通過本發(fā)明實施例，解決了軸箱式軌距檢測梁本身的安全隱患和高速下軌距軌向
4無法測量的問題，滿足鐵路提速后運輸安全和檢測精度的需求。
此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構成本申請的一部分，并不 構成對本發(fā)明的限定。在附圖中 圖1為本發(fā)明構架式軌距和軌向測量裝置的一個實施例的結構示意圖。
圖2為本發(fā)明構架式軌距和軌向測量裝置的檢測梁部分一個實施例的結構示意圖。
圖3為本發(fā)明構架式軌距和軌向測量裝置的檢測梁外觀示意圖。
圖4為本發(fā)明構架式軌距和軌向測量裝置測量原理圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結合實施例和附 圖，對本發(fā)明實施例做進一步詳細說明。在此，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本 發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。
實施例一 請參閱圖l-圖3，其中，圖l是本發(fā)明構架式軌距和軌向測量裝置的一個實施例的 結構示意圖，圖2是本發(fā)明構架式軌距和軌向測量裝置的檢測梁部分一個實施例的結構示 意圖，圖3是本發(fā)明構架式軌距和軌向測量裝置的檢測梁外觀示意圖。
本實施例提供一種構架式軌距和軌向測量裝置，該裝置包括 檢測梁，與軌道垂直方向設置在軌道檢查車下方；與現有技術不同的是，本發(fā)明實 施例將檢測梁用構架式設置在軌道檢查車車體上，而不是現有技術的軌道檢查車軌軸上， 可以減少震動的干擾。 兩組激光圖像位移傳感器，每組兩個，分別設置在檢測梁兩端，分別檢測左軌軌距 點相對檢測梁的位移、左軌軌面頂點相對檢測梁的位移、右軌軌距點相對檢測梁的位移和 右軌軌面頂點相對檢測梁的位移。 兩組激光器，每組兩個，與所述的激光圖像位移傳感器相對應，分別設置在激光圖 像位移傳感器下方，用以提供光信號給激光圖像位移傳感器； 軌向加速度計，用于間接測量檢測梁的的中心點相對與慣性空間的位移； 車體慣性修正平臺，用以測量檢測梁的姿態(tài)，修正檢測梁姿態(tài)對測量數據造成的
影響； 測距傳感器，設置在軌道檢查車輪對軸端，用以測量軌道檢查車的行駛距離、行駛 速度并提供距離采樣時間間隔； 數據處理平臺，設置在檢查車上，上述各個裝置將采集到的數據經過模擬低通濾 波器和高速A/D采集卡傳送給數據處理平臺，該數據處理平臺包括軌向合成模塊、軌距合 成模塊和軌距軌向輸出模塊，用以將檢測數據進行處理，以得到軌距和軌向檢測結果。
本發(fā)明實施例，采用構架式的軌距和軌向測量裝置，解決了軸箱式軌距檢測梁本 身的安全隱患和高速下軌距軌向無法測量的問題。
實施例二
再請參閱圖4，圖4是本發(fā)明構架式軌距和軌向測量裝置測量原理圖。 如圖所示，軌距采用激光圖像式測量軌距左右偏移值，軌向采用慣性測量法，軌向
系統(tǒng)測量原理見圖4。 檢測梁與鋼軌相互位置關系定義見圖4。 安裝于檢測梁的激光圖像式測量傳感器的輸出如下 左軌軌距點相對檢測梁的位移(左軌距偏移值)； gK右軌軌距點相對檢測梁的位移(右軌距偏移值)； 左軌軌面頂點相對檢測梁的位移(左高低偏移值)； pK右軌軌面頂點相對檢測梁的位移(右高低偏移值)。 軌向加速度計的輸出 ay檢測梁中心點的橫向加速度。 G左右軌軌面中點之間的標準距離，為1500mm ; L檢測梁內兩端傳感器的距離； ht檢測梁相對于軌距測量平面的垂直高度； 需要測量的值左右軌向為 y。 yK :分別為左右軌距測量點的y坐標，就是要計算的左右軌向。 需要測量檢測梁傾角0b: 已知軌道的傾角 t (由軌道檢查車上慣性包測得，屬于現有技術中已知數值)； yb :檢測梁的中點的y坐標； 另外還有一個安裝在輪對軸頭的光電編碼器，這是測量系統(tǒng)必備的，它可以提供
軌道檢查車行駛的距離，利用它提供的脈沖信號和計時器可測量速度，同時還為測量系統(tǒng)
提供精確的距離采樣時間間隔。 測量模型的建立，由圖4可知 gL = yb-yL_L/2 (1) gK = yK-yb-L/2 (2) 在以上2個等式中，g。 gK可由激光圖像式軌距系統(tǒng)測得，yb可由慣性傳感器軌向 加速度計間接測得，由此可得到其余2個想要測量的量yK、 h。 軌向加速度計的響應
^、 .八 ，d、 ^o少=— gsm06 +~77^ + ^TT,、 在等式(3)中，第一項是要測量的檢測梁橫向加速度，第二項是對重力的響應，梁 的傾角Ob—般很小，sin0b可用Qb線性近似，第三項是梁圍繞旋轉中心旋轉產生的加 速度，第四項是由于敏感軸的對準而產生的對縱向加速度計的響應。軸偏向用、，表示，單 位為弧度。 根據軌距的定義，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，只需求得一個未知量檢測梁傾角 b，由圖4可知軌
6道的傾角Qt禾P b的關系 <formula>formula see original document page 7</formula>+ (5) 由等式(5)可知已知軌道的傾角 t，就可得到檢測梁的傾角 b。
軌向合成的數據處理 左右軌距偏移值和左右軌高低偏移值信號是經過圖像處理后輸出的，必然和軌向
加速度計的實時輸出信號相比有延時，且假定該延時是固定的常量。但軌道檢查車的速度
不是恒定的，因此需對軌向加速度計的實時輸出信號進行與速度相關的空間延遲處理，保
證整個系統(tǒng)在不影響實時性的情況下實現所有輸入信號在空間位置上保持同步。 本發(fā)明的軌道檢查車構架式軌距和軌向測量裝置的檢測梁安裝在軌道檢查車構
架上，經過一次減振后，檢測梁的安全性大大提高，解決了軸箱式軌距檢測梁的安全隱患。
而現有軌道檢查車的軸箱式軌距檢測梁直接安裝在軌道檢查車的軸箱上，無任何減振措施。 本發(fā)明的軌道檢查車構架式軌距和軌向測量裝置采用激光圖像式軌距測量系統(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，同時在構架式軌距檢測梁中心安 裝軌向加速度計，用軌道檢查車車體上的慣性包、左右軌距偏移值和左右軌高低偏移和該 軌向加速度計來合成軌向。該系統(tǒng)無光電機械伺服跟蹤軌距測量點系統(tǒng)，系統(tǒng)故障少，日常 維護工作量小。 以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳 細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限定本發(fā)明的保 護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本 發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
一種構架式軌距和軌向測量裝置，該裝置包括檢測梁，設置在軌道檢查車構架上，和軌道方向垂直；兩組激光圖像位移傳感器，分別設置在檢測梁兩端，用以檢測軌道相對檢測梁的位移；兩組激光器，分別設置在激光圖像位移傳感器下方，用以提供光信號給激光圖像位移傳感器；軌向加速度計，用于間接測量檢測梁的的中心點相對與慣性空間的位移；車體慣性修正平臺，用以測量檢測梁的姿態(tài)，修正檢測梁姿態(tài)對測量數據造成的影響；測距傳感器，設置在軌道檢查車輪對軸端，用以測量軌道檢查車的行駛距離、行駛速度并提供距離采樣時間間隔；數據處理平臺，設置在檢查車上，將檢測數據進行處理，以得到軌距和軌向檢測結果。
2. 根據權利要求1所述的構架式軌距和軌向測量裝置，其特征在于，所述兩組激光圖像位移傳感器，每組由兩個激光圖像位移傳感器組成，分別檢測左軌軌距點相對檢測梁的位移、左軌軌面頂點相對檢測梁的位移、右軌軌距點相對檢測梁的位移和右軌軌面頂點相對檢測梁的位移。
3. 根據權利要求1所述的構架式軌距和軌向測量裝置，其特征在于，所述慣性修正平臺包括設置在軌道檢查車上的慣性包。
4. 根據權利要求1所述的構架式軌距和軌向測量裝置，其特征在于，軌向的計算公式為<formula>formula see original document page 2</formula>其中，^為左軌軌距點相對檢測梁的位移，gK為右軌軌距點相對檢測梁的位移，l為檢測梁內兩端測距傳感器的距離，檢測梁的中點的y坐標yb，yL、yR分別為左右軌距測量點的y坐標，即要計算的軌向。
5. 根據權利要求4所述的構架式軌距和軌向測量裝置，其特征在于，檢測梁的中點的y坐標yb的計算公式為<formula>formula see original document page 2</formula>其中，第一項是檢測梁橫向加速度，第二項是對重力的響應，梁的傾角Ob很小，sin0b可用Qb線性近似，第三項是梁圍繞旋轉中心旋轉產生的加速度，第四項是由于敏感軸的對準而產生的對縱向加速度計的響應，軸偏向用e x，表示，單位為弧度。
6.根據權利要求5所述的構架式軌距和軌向測量裝置，其特征在于，軌道的傾角0t和 b的關系公式為<formula>formula see original document page 2</formula>其中，^為左軌軌面頂點相對檢測梁的位移，^為右軌軌面頂點相對檢測梁的位移， t是軌道的傾角，由軌道檢查車上慣性包測得。
7.根據權利要求4所述的構架式軌距和軌向測量裝置，其特征在于，軌距的計算公式為G = yR_yL = gR+gL+LyL、yR分別為左右軌距測量點的y坐標，^為左軌軌距點相對檢測梁的位移，gK為右軌軌距點相對檢測梁的位移，L為檢測梁內兩端測距傳感器的距離。
全文摘要
本發(fā)明提供一種構架式軌距和軌向測量裝置，該裝置包括檢測梁，設置在軌道檢查車構架上；兩組激光圖像位移傳感器，分別設置在檢測梁兩端，用以檢測軌道相對檢測梁的位移；軌向加速度計，用于測量檢測梁的的中心點相對與慣性空間的位移；車體慣性修正平臺，用以測量檢測梁的姿態(tài)，修正檢測梁姿態(tài)對測量數據造成的影響；測距傳感器，設置在軌道檢查車輪對軸端，用以測量軌道檢查車的行駛距離、行駛速度并提供距離采樣時間間隔；數據處理平臺，設置在檢查車上，將檢測數據進行處理，以得到軌距和軌向檢測結果。本發(fā)明解決了軸箱式軌距檢測梁本身的安全隱患和高速下軌距軌向無法測量的問題。
文檔編號G01B11/14GK101758835SQ20081024075
公開日2010年6月30日 申請日期2008年12月23日 優(yōu)先權日2008年12月23日
發(fā)明者任盛偉, 許貴陽 申請人:中國鐵道科學研究院基礎設施檢測研究所