專利名稱：路軌兩棲綜合檢測車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種路軌兩棲綜合檢測車，用于對鐵路交通線路狀態(tài)的檢測。
背景技術(shù)：
城市軌道交通是我國城市交通的重要組成部分，是緩解交通擁堵的主要措施之 一。城市軌道交通的特點(diǎn)是運(yùn)行速度快、行車密度高、客流量大、環(huán)境封閉，因而對運(yùn)營安全 要求極高，需要安全可靠的基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)作為保障。隨著我國城市軌道交通的快速發(fā)展，大 量的新線驗(yàn)收工作迫切需要快速準(zhǔn)確的基礎(chǔ)設(shè)施綜合檢測設(shè)備。由于運(yùn)行車輛的動力沖 擊、地質(zhì)變形、以及臨近施工等因素的影響，軌道、隧道、橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施經(jīng)常發(fā)生變形，因 此周期性的基礎(chǔ)設(shè)施快速檢測是掌握線路綜合狀態(tài)、確保行車安全的必要措施。目前，我國的城市地鐵仍然主要采用人工靜態(tài)檢查的方式獲取線路狀態(tài)，一般每 1-2個(gè)月進(jìn)行一次全面檢查，主要在晚上線路無運(yùn)營任務(wù)時(shí)進(jìn)行。這種人工方式工作效率 低，任務(wù)繁重。而目前城市交通壓力日益增加，城市地鐵運(yùn)營時(shí)間不斷延長，導(dǎo)致檢測天窗 短，僅僅依靠人工檢測方式，需投入很大的人力，才能保證完成定期的檢測任務(wù)。使用軌檢車的動態(tài)檢查可以減少很大的工作量，通過動態(tài)檢查加上現(xiàn)場人工復(fù)查 確認(rèn)對效率的提升有很大幫助，是目前軌道交通的發(fā)展趨勢。目前城市地鐵使用的軌檢車 多從國外進(jìn)口，造價(jià)較高，達(dá)到一千萬元以上。由于軌檢車在不同線路之間轉(zhuǎn)軌非常困難， 因此一條線路就需要一臺軌檢車，使用效率非常低。目前國內(nèi)研發(fā)生產(chǎn)路軌兩用車的廠家比較多，技術(shù)比較成熟，所生產(chǎn)的車輛主要 應(yīng)用在鐵路線路維護(hù)施工、搶險(xiǎn)應(yīng)急、運(yùn)輸、牽引等方面。早在1989年，鐵道部寶雞工程 機(jī)械廠就申請了實(shí)用新型專利《架線用工程車》(申請?zhí)?9214150. 6)，該實(shí)用新型是一 種架線用工程車，可單車實(shí)現(xiàn)架線及工程維修作業(yè)，采用公鐵兩用車做動力車，適用于鐵 路、公路及其它工程方面，用來更換或新架導(dǎo)線、船力索及承擔(dān)維修任務(wù)。2007年，南車四 方機(jī)車車輛股份有限公司申請的發(fā)明專利《公鐵兩用牽引叉車及其驅(qū)動方法》(申請?zhí)?200710110786.幻，其牽引叉車可實(shí)現(xiàn)在路面和軌道上相互轉(zhuǎn)換行駛，特別適合在地溝臺位 上作業(yè)。2008年，蘇州和聲科技有限公司申請了實(shí)用新型專利《一種公鐵兩用車》(申請?zhí)?200820030821. X)，該實(shí)用新型涉及一種公鐵兩用車，該公鐵兩用車包含公路行走系統(tǒng)和鐵 路行走系統(tǒng)以及設(shè)置在該公路行走系統(tǒng)和鐵路行走系統(tǒng)上的懸架系統(tǒng)。采用空氣懸架系統(tǒng) 可主動調(diào)平車身左右兩側(cè)的高度，保證行車安全，不易側(cè)翻。通過調(diào)節(jié)充入設(shè)置在不同輪對 上空氣彈簧內(nèi)的氣體量，可調(diào)節(jié)公鐵起重運(yùn)輸車在公路或鐵路、空載或重載等工況下軸載 的分配。經(jīng)過專利檢索，在公鐵兩用車上配備檢測裝置，并用于城市軌道交通線路狀態(tài)檢 測，目前還未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種能夠進(jìn)行城市軌道交通線路狀態(tài)檢測的檢測車，該檢測車是能 夠在公路、鐵路上行走的路軌兩棲綜合檢測車。路軌兩棲綜合檢測車可實(shí)現(xiàn)地鐵線路狀態(tài)自動化檢測，在目前城市地鐵運(yùn)營時(shí)間不斷延長，檢測天窗日益縮短的情況下，可以快速、 高效地完成定期的檢測任務(wù)。通過路軌兩棲綜合檢測車的動態(tài)檢查，加上現(xiàn)場人工復(fù)查確 認(rèn)，可以大幅提高檢測效率，是城市軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施安全狀態(tài)的理想檢測模式。路軌兩棲 綜合檢測車不僅能夠在軌道交通線路上進(jìn)行線路狀態(tài)檢測，還可以在公路上行駛，在同一 城市不同地鐵線路之間轉(zhuǎn)軌非常方便，因此車輛利用率很高。路軌兩棲綜合檢測車與進(jìn)口 軌檢車的檢測功能、檢測精度相當(dāng)，成本大大降低，具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。該檢測車包括路軌兩棲載運(yùn)車輛和安裝在車輛上的 檢測系統(tǒng)，所述檢測系統(tǒng)至少包括下述系統(tǒng)之一全斷面與限界檢測系統(tǒng)、軌道幾何參數(shù)檢 測系統(tǒng)以及，鋼軌磨耗和表面狀態(tài)檢測系統(tǒng)。所述全斷面與限界檢測系統(tǒng)包括兩個(gè)激光測距傳感器、一路用于測量車輛行駛速 度的旋轉(zhuǎn)編碼器、以及用于實(shí)時(shí)測量車體運(yùn)動姿態(tài)的四路位移傳感器或一個(gè)陀螺儀。所述 兩個(gè)激光測距傳感器成一定的角度安裝后，其上方掃描點(diǎn)有重復(fù)，下方能掃描到兩個(gè)鋼軌。相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，路軌兩棲綜合檢測車具備公路、鐵路兩種行走能力，通過在 車上加裝專用的檢測裝置，能夠進(jìn)行線路全斷面與限界、軌道幾何參數(shù)、鋼軌磨耗和表面狀 態(tài)等項(xiàng)目的動態(tài)檢測，可用于現(xiàn)代城市軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施的安全狀態(tài)檢測，可方便地在各 軌道線路之間轉(zhuǎn)軌，利用率高，是城市軌道交通線路狀態(tài)的理想檢測工具。


圖1為車輛自身橡膠輪驅(qū)動模式；圖2為導(dǎo)向輪結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為車輛總體結(jié)構(gòu)圖1 ；圖4為車輛總體結(jié)構(gòu)圖2;圖5為工作調(diào)試間布局圖；圖6為檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為全斷面與限界檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為全斷面與限界檢測系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果示意圖；圖中1、導(dǎo)向輪，2、液壓缸，3、車架，4、鋼軌，5、液壓油箱，6、前設(shè)備安裝平臺，7、后 設(shè)備安裝平臺，8、室外空調(diào)機(jī)，9、登艙梯，10、發(fā)電機(jī)。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí) 施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。本發(fā)明提供了一種路軌兩棲綜合檢測車，該車可以實(shí)現(xiàn)線路安全狀態(tài)的綜合快速 檢測，同時(shí)還可以方便地在不同軌道線路之間轉(zhuǎn)軌，提高運(yùn)用效率，是城市軌道交通基礎(chǔ)設(shè) 施安全狀態(tài)的理想檢測工具。其結(jié)構(gòu)如圖1、圖3、圖4所示，該檢測車包括兩部分路軌兩 棲載運(yùn)車輛和檢測系統(tǒng)，檢測系統(tǒng)布置在路軌兩棲載運(yùn)車輛上。其中的檢測系統(tǒng)包括全斷 面與限界檢測系統(tǒng)、軌道幾何參數(shù)檢測系統(tǒng)、以及鋼軌磨耗和表面狀態(tài)檢測系統(tǒng)，可以選擇 上述檢測系統(tǒng)中的任意一種、兩種或三種放置在檢測車上，實(shí)現(xiàn)對鐵路線路全斷面與限界、 軌道幾何參數(shù)、鋼軌磨耗和表面狀態(tài)等項(xiàng)目的動態(tài)檢測。
一、路軌兩棲載運(yùn)車輛如圖1所示，路軌兩用綜合檢測車主要服役于城市軌道交通線路，車體外形尺寸 要滿足車輛限界尺寸要求，同時(shí)考慮目前市場上銷售車輛的尺寸比例，在選擇車輛底盤車 時(shí)，車體寬度尺寸應(yīng)小于2. 4米，車體高度尺寸應(yīng)小于3. 5米?；诘罔F安全因素考慮，車 輛及隨車發(fā)電機(jī)燃油應(yīng)選擇柴油。路軌兩棲綜合檢測車主要工作在鐵路現(xiàn)場，要求車輛的最小離地間隙要大，便于 在野外行車，最小離地間隙應(yīng)大于150mm。車輛的前后輪距要求和鐵路的軌距相近。車輛加 裝的導(dǎo)向裝置在收起放下時(shí)，需要液壓驅(qū)動，液壓泵工作時(shí)，需要從車輛變速箱取力，因此 要選擇變速箱帶有取力口的車輛。采用車輛橡膠輪驅(qū)動時(shí)，導(dǎo)向輪1僅起到導(dǎo)向限位的作用，如圖2所示。導(dǎo)向輪在 液壓缸2的作用下可以實(shí)現(xiàn)收起、放下。導(dǎo)向輪收起時(shí)，車輛可以在公路上自由行駛，導(dǎo)向 輪放下后，車輛被限位在鋼軌上，此時(shí)擺正方向盤并鎖死，車輛可以在鋼軌上前后行進(jìn)。通 過調(diào)節(jié)導(dǎo)向輪收起時(shí)的位置角度，可以調(diào)節(jié)導(dǎo)向輪放下時(shí)，支撐力的大小，從而調(diào)節(jié)車輛膠 皮輪的受力大小。路軌兩棲綜合檢測車采用車輛自身橡膠輪驅(qū)動的模式。這種方式是采用導(dǎo)向輪將 車輛限制在鋼軌上，由車輛自身的橡膠輪在鋼軌上驅(qū)動車輛行駛。其實(shí)現(xiàn)方式如圖1所示。 在車輛前后加裝導(dǎo)向裝置，導(dǎo)向輪通常尺寸較小，直徑約130mm，導(dǎo)向輪的輪緣尺寸和真實(shí) 火車車輪相似，導(dǎo)向輪將車輛限位在鋼軌上，車輛的后驅(qū)動輪驅(qū)動車輛在鋼軌上前進(jìn)后退。如圖5所示，根據(jù)設(shè)備安裝需要，車體安裝有兩套機(jī)柜，機(jī)柜后方留有調(diào)試空間， 機(jī)柜前方是工作及乘坐空間。車廂頂部安裝有室外空調(diào)機(jī)8，監(jiān)控?cái)z像機(jī)及GPS天線。整車 耗電量初步統(tǒng)計(jì)小于4kw，在車輛右側(cè)下方安裝5kw柴油發(fā)電機(jī)。導(dǎo)向輪1所使用的液壓油 箱5安裝在車輛左側(cè)下方，導(dǎo)向輪1及液壓缸2安裝在車輛前后橋車架3上。在車體的底 部安裝有發(fā)電機(jī)10和登艙梯9，車體總體結(jié)構(gòu)如圖3、圖4所示。二、檢測系統(tǒng)如圖6所示，檢測系統(tǒng)包括線路全斷面與限界檢測系統(tǒng)、軌道幾何參數(shù)檢測系統(tǒng)、 以及鋼軌磨耗和表面狀態(tài)檢測系統(tǒng)。所有系統(tǒng)中控部分安裝在路軌兩棲綜合檢測車的機(jī)柜 內(nèi)，傳感器安裝在車上，并組成網(wǎng)絡(luò)，上述檢測系統(tǒng)都是領(lǐng)域內(nèi)比較成熟的檢測系統(tǒng)。下面對全斷面與限界檢測系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)說明全斷面與限界檢測系統(tǒng)全斷面與限界檢測系統(tǒng)主要檢測內(nèi)容包括接觸網(wǎng)高 度、道床斷面、橋隧涵輪廓、臨線間距及其他限界尺寸等。車上安裝的系統(tǒng)是基于動態(tài)非接 觸檢測方法而設(shè)計(jì)，采用兩臺180°掃描范圍的高速激光測距儀完成線路全斷面數(shù)據(jù)的采 集。2臺激光測距傳感器同時(shí)工作，互成70°安裝，可以安裝在前設(shè)備安裝平臺6或后設(shè)備 安裝平臺7上。隨車安裝的全斷面與限界檢測系統(tǒng)采用了基于激光測距原理的非接觸式檢測方 案，系統(tǒng)使用基于FPGA的高速數(shù)據(jù)采集卡，完成高速激光數(shù)據(jù)的采集和時(shí)鐘的同步。同時(shí) 針對車體振動帶來的測量誤差設(shè)計(jì)了基于位移計(jì)的振動補(bǔ)償算法。利用VC++6. 0開發(fā)環(huán) 境，開發(fā)了數(shù)據(jù)采集軟件，利用多線程技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、存儲、查詢和分析功能。系統(tǒng)測量傳感器包括兩個(gè)旋轉(zhuǎn)激光測距傳感器，四路位移傳感器或一路陀螺儀， 一路旋轉(zhuǎn)編碼器。本實(shí)施例中旋轉(zhuǎn)激光測距傳感器采用的是SICK的LMS200，該測距儀最大測量距離30米，可實(shí)現(xiàn)180°掃描，將兩個(gè)激光測距傳感器成70度夾角安裝，可以實(shí)現(xiàn)對線 路斷面的完整掃描。車體運(yùn)行的過程中會產(chǎn)生六個(gè)自由度的不確定姿態(tài)，安裝在車體上的兩路激光測 距傳感器會跟隨車體一起運(yùn)動，這是限界檢測的主要誤差來源。系統(tǒng)采用一個(gè)陀螺儀或四 路位移傳感器來實(shí)時(shí)測量車體的運(yùn)動姿態(tài)，通過計(jì)算可得到車體運(yùn)動中的橫滾角、航向角、 沉浮和側(cè)擺四個(gè)自由度的值。通過旋轉(zhuǎn)矩陣法可以實(shí)現(xiàn)車體姿態(tài)的補(bǔ)償，從而修正測量誤差。在限界測量中，如果出現(xiàn)超限情況，需要確定超限點(diǎn)所在線路的位置，為此系統(tǒng)安 裝了一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器，實(shí)時(shí)測量車輛行駛的速度。通過實(shí)時(shí)同步測量兩路激光測距傳感器、 陀螺儀或四路位移傳感器、旋轉(zhuǎn)編碼器的數(shù)值，就可以實(shí)現(xiàn)將當(dāng)前車輛的行駛位置、當(dāng)前限 界的測量結(jié)果、車體當(dāng)前的動態(tài)姿態(tài)同步在一起，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)線路限界斷面的準(zhǔn)確測量。系 統(tǒng)總體方案如圖7所示。同步脈沖由采集卡上的FPGA產(chǎn)生，脈沖頻率ΙΚΗζ，同步精度1ms。系統(tǒng)首先采集 傳感器的測量數(shù)據(jù)，組成數(shù)據(jù)包，在每個(gè)數(shù)據(jù)包后面添加4個(gè)字節(jié)，記錄當(dāng)前同步脈沖的計(jì) 數(shù)值，通過記錄4個(gè)字節(jié)的同步脈沖計(jì)數(shù)值，可實(shí)現(xiàn)同步周期4294967296ms (1193小時(shí))，完 全能夠滿足目前鐵路線路數(shù)據(jù)測量的要求。本系統(tǒng)采用兩路高速旋轉(zhuǎn)激光掃描測距傳感器，實(shí)現(xiàn)對鐵路限界尺寸的實(shí)時(shí)、連 續(xù)檢測，檢測到的限界數(shù)據(jù)以線路公里標(biāo)為索引存入數(shù)據(jù)庫中，通過數(shù)據(jù)處理可以獲取當(dāng) 前線路限界超限位置和超限尺寸，便于線路施工改造和維護(hù)。通過同一線路歷史限界數(shù)據(jù) 的比對處理，可以實(shí)時(shí)掌握線路限界尺寸的變化情況，及時(shí)排除影響鐵路運(yùn)輸安全的潛在 隱患，對于軌道交通的安全運(yùn)行具有重要的意義。采用本實(shí)施例對北京地鐵亦莊線車輛段進(jìn)行了冷滑試驗(yàn)和復(fù)測，將其中有梯子區(qū) 域的采集數(shù)據(jù)合成后，結(jié)果如圖8所示。圖中間半封閉區(qū)域?yàn)橄藿邕吔?，右?cè)為工作梯，該 梯尺寸有超限。本發(fā)明中的檢測車輛在公路上行駛時(shí)，需將導(dǎo)向輪收起并鎖緊，其他操作和駕駛 普通車輛相同。車輛在鐵路上行駛時(shí)，需要借助平交道口，在平交道口上將車輛前后車輪和 鋼軌對正，啟動液壓泵，放下導(dǎo)向輪，并鎖緊。同時(shí)將車輛方向盤放置正中位置，并鎖死，防 止在鐵路上行駛時(shí)，誤轉(zhuǎn)動方向盤而掉道。在鐵路上行駛時(shí)，可以打開檢測裝置，對當(dāng)前線 路狀態(tài)進(jìn)行檢測。此時(shí)，檢測裝置通過柴油發(fā)電機(jī)供電，所有對檢測裝置的操作都在車上機(jī) 柜內(nèi)完成。以上對本發(fā)明所提供的一種路軌兩棲綜合檢測車進(jìn)行詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具 體實(shí)施例對本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本 發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體 實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的 限制。
權(quán)利要求
1.一種路軌兩棲綜合檢測車，其特征在于，包括路軌兩棲載運(yùn)車輛和安裝在車輛上的 檢測系統(tǒng)，所述檢測系統(tǒng)至少包括下述系統(tǒng)之一全斷面與限界檢測系統(tǒng)、軌道幾何參數(shù)檢 測系統(tǒng)以及，鋼軌磨耗和表面狀態(tài)檢測系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種路軌兩棲綜合檢測車，其特征在于，所述全斷面與限界 檢測系統(tǒng)包括至少兩個(gè)激光測距傳感器，所述各激光測距傳感器安裝后，各激光測距傳感 器上方掃描點(diǎn)有重復(fù)，下方能掃描到兩個(gè)鋼軌。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種路軌兩棲綜合檢測車，其特征在于，還包括一路用于測 量車輛行駛速度的旋轉(zhuǎn)編碼器、以及用于實(shí)時(shí)測量車體運(yùn)動姿態(tài)的四路位移傳感器或一個(gè) 陀螺儀。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種路軌兩棲綜合檢測車，用于對鐵路交通線路狀態(tài)的檢測。該檢測車包括路軌兩棲載運(yùn)車輛和安裝在車輛上的檢測系統(tǒng)，該檢測系統(tǒng)至少包括下述系統(tǒng)之一全斷面與限界檢測系統(tǒng)、軌道幾何參數(shù)檢測系統(tǒng)以及鋼軌磨耗和表面狀態(tài)檢測系統(tǒng)。載運(yùn)車輛包含公路行走系統(tǒng)和鐵路行走系統(tǒng)。本發(fā)明中的路軌兩棲綜合檢測車具備公路、鐵路兩種行走能力，通過在車上加裝專用的檢測裝置，能夠進(jìn)行線路全斷面與限界、軌道幾何參數(shù)、鋼軌磨耗和表面狀態(tài)等項(xiàng)目的動態(tài)檢測。
文檔編號B60F1/00GK102126406SQ20111002693
公開日2011年7月20日 申請日期2011年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月25日
發(fā)明者余祖俊, 史紅梅, 朱力強(qiáng), 許西寧, 郭保青 申請人:北京交通大學(xué)