轨道几何状态测量仪.pdf

本实用新型公开了一种既能测量两股钢轨之间的相对空间位置，还能结合全站仪直接测定轨排或钢轨的实际三维空间位置的轨道几何状态测量仪。其包括横梁等组成的行走机构及测量轮、倾斜传感器和轨距传感器等测量机构，横梁上设置带单板机的电器控制单元、轨道中线棱镜座和检校棱镜座，轨道中线棱镜座距固定测量轮外缘距离是标准轨距的1/2，检校棱镜座位于固定测量轮上方并与固定测量轮同轴；行走轮上设置旋转编码器；位移传感器和倾斜传感器、无线传输模块与单板机连接，结合全站仪测量轨道中线棱镜的坐标，可实现大地坐标测量与相对位置关系测量，既能进行相对测量也能进行绝对测量，适用于现有铁路的维护测量和新建铁路时直接放样。

1.  轨道几何状态测量仪，包括由横梁(9)，连接在横梁(9)上的左行走轮(1)、右行走轮(8)及其刹车系统(18)，及连接在横梁(9)上的推行杆组件(5)所组成的行走机构，还包括测量机构，所述测量机构包括分设在横梁(9)两端的固定测量轮(2)和活动测量轮(6)，以及设置在横梁(9)上的倾斜传感器(15)和位移传感器(17)，其特征是：所述横梁(9)上设置有轨道中线棱镜座(10)和检校棱镜座(11)，轨道中线棱镜座(10)距固定测量轮(2)的外缘距离是标准轨距的1/2，检校棱镜座(11)位于固定测量轮(2)上方并与固定测量轮(2)同轴；所述其中一个行走轮上设置有旋转编码器(19)；在所述横梁(9)上设置了带单板机(20)的电器控制单元(3)，旋转编码器(19)、位移传感器(17)和倾斜传感器(15)分别通过线缆与单板机(20)连接。

2.  如权利要求1所述的轨道几何状态测量仪，其特征是：所述单板机(20)连接有第一无线传输模块(21)。

3.  如权利要求1或2所述的轨道几何状态测量仪，其特征是：所述单板机(20)连接有显示模块(24)。

轨道几何状态测量仪
技术领域
本实用新型涉及精确检测轨道多种几何参数的测量、定位、检测设备，特别是涉及一种轨道几何状态测量仪。
背景技术
在新建铁路时，需要把钢轨安装并调整到设计院给定的设计值上，传统的做法是用全站仪放样线路中线的平面坐标，用水准仪放样线路中线的高程，从而得到线路中线三维坐标，再利用中线与两股钢轨的相对位置关系，采用轨道检测尺和全站仪人工确定出两股钢轨的相对位置。
在对营运铁路作检测时，需要复测出营运后的线路的各项参数，并与设计院给定的设计值进行对比，确定出各项参数的偏差量，再根据偏差范围作进一步调整。传统的做法是先在室内根据设计参数计算出被检测里程处钢轨的各项参数理论值，再到现场进行实际测量。
目前所使用的轨道测量仪，其主要结构包括：由横梁、连接在横梁上的左右行走轮及其刹车系统和推行杆组件所组成的行走机构，设置在横梁左右两端靠近行走轮位置处的固定测量轮和活动测量轮，活动测量轮是可以相对于横梁活动的，其可以根据实际轨距进行自适应的位置调整。一般的活动测量轮是这样实现其调整的：活动测量轮通过测量轮支杆与设置在横梁上的位移传感器连接，张紧机构连接在活动测量轮上，所述张紧机构由弹簧、两个张紧靠轮和连接组件构成，一方面，所述测量轮支杆通过拉簧连接在横梁上，另一方面，所述测量轮支杆还通过提拉线与闸把连接，所述闸把安装在位于横梁中部的提手内，握紧闸把，张紧靠轮及测量轮可离开钢轨，方便移动测量仪，横梁上还设置有倾斜传感器。张紧机构用于在测量时使固定测量轮和张紧靠轮分别紧靠在两股钢轨的内侧，在拉簧作用下，测量时活动测量轮亦始终紧靠被测钢轨的内侧。
现有轨道测量仪的缺陷在于：只能对两股钢轨进行相对测量，即只能测量出两股钢轨的相对位置和形态，无法把钢轨与大地坐标系结合起来，不能确定出钢轨在地球上的具体位置和线路走向，因此在新建线路铺设轨道时，无法直接实现放样功能。在对既有线路作维护检测时，也只能得到相对位置关系。而线路的走向是否正确，是否整体沉降等绝对关系无法得以体现。
实用新型内容
为了克服现有轨道测量仪只能测量出两股钢轨相对位置的不足，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种既能测量两股钢轨之间的相对空间位置，还能结合全站仪直接测定出轨排或钢轨的实际三维空间位置的轨道几何状态测量仪。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：轨道几何状态测量仪，包括由横梁，连接在横梁上的左行走轮、右行走轮及其刹车系统，及连接在横梁上的推行杆组件所组成的行走机构，还包括测量机构，所述测量机构包括分设在横梁两端的固定测量轮和活动测量轮，以及设置在横梁上的倾斜传感器和位移传感器，所述横梁上设置有轨道中线棱镜座和检校棱镜座，轨道中线棱镜座距固定测量轮外缘距离是标准轨距的1/2，检校棱镜座位于固定测量轮上方并与固定测量轮同轴；所述行走轮上设置有旋转编码器；在所述横梁上设置了带单板机的电器控制单元，位移传感器和倾斜传感器分别通过线缆与单板机连接。本文所述“轨道中线棱镜座距固定测量轮外缘距离是标准轨距的1/2”，是指轨道中线棱镜座中心与固定测量轮之与轨道相接触的外缘之间的距离是标准轨距的1/2。
所述单板机连接有无线传输模块。
所述单板机连接有显示模块。
本实用新型的有益效果是：在轨道几何状态测量仪上加装检校棱镜和轨道中线棱镜，通过全站仪自动测量检校棱镜和轨道中线棱镜的坐标，可以实现对轨道中线的三维坐标的绝对测量；通过安装在轨道几何状态测量仪上的位移传感器可以实现对轨距的精确测量；通过安装在轨道几何状态测量仪上的倾斜传感器可以实现对两股钢轨轨顶高差的测量；通过连续测得的数据可以计算出里程、轨向、高低、三角坑、平顺性等指标。所有的测量值通过无线数传的方式汇集于掌上电脑上，掌上电脑上的控制软件可以实现相对测量和绝对测量的结合，并将设计理论模型和实测数学模型相比对和转换，直接输出偏差量。本实用新型将大地坐标测量与相对位置关系测量两种功能体系相结合，既能进行相对测量，即测定出两股钢轨之间的相对空间位置，实现普通轨道检测尺、检测车的功能，结合全站仪又能进行绝对测量，即直接测定出轨排或钢轨的实际三维空间几何位置，既适用现有铁路的维护测量，也能在新建铁路时将轨排和钢轨放样到理论位置，直接实现放样功能。
附图说明
图1是本实用新型测量仪的主视图。
图2是本实用新型测量仪的俯视图。
图3是本实用新型测量仪的左视图。
图4是本实用新型测量仪的电器控制单元框图。
图中标记为，1-左行走轮，2-固定测量轮，3-电器控制单元，4-提把组件，5-推行杆组件，6-活动测量轮，7-张紧机构，8-右行走轮，9-横梁，10-轨道中线棱镜座，11-检校棱镜座，12-测量轮支杆，13-提拉线，14-闸把，15-倾斜传感器，16-拉簧，17-位移传感器，18-刹车系统，19-旋转编码器，20-单板机，21-第一无线传输模块，22-第二无线传输模块，23-第三无线传输模块，24-显示模块，25-电源，26-全站仪，27-掌上电脑。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
如图1、图2、图3和图4所示，本实用新型的轨道几何状态测量仪，包括由横梁9，连接在横梁9上的左行走轮1、右行走轮8及其刹车系统18，及连接在横梁9上的推行杆组件5所组成的行走机构，还包括测量机构，所述测量机构包括分设在横梁9两端的固定测量轮2和活动测量轮6，以及设置在横梁9上的倾斜传感器15和位移传感器17，所述横梁9上设置有轨道中线棱镜座10和检校棱镜座11，轨道中线棱镜座10距固定测量轮2外缘距离是标准轨距的1/2，检校棱镜座11位于固定测量轮2上方并与固定测量轮2同轴；所述其中一个行走轮上设置有旋转编码器19；在所述横梁9上设置了带单板机20的电器控制单元3，旋转编码器19、位移传感器17和倾斜传感器15分别通过线缆与单板机20连接。
实施例：
如图1、图2和图3所示，本实用新型主要由横梁9、轨道中线棱镜座10、检校棱镜座11、固定测量轮2、活动测量轮6、测量轮支杆12、拉簧16、提把组件4、闸把14、张紧机构7、左行走轮1、右行走轮8、推行杆组件5、刹车系统18、位移传感器17、倾斜传感器15、旋转编码器19和电器控制单元3组成。
横梁9上安装有轨道中线棱镜座10和检校棱镜座11，两棱镜座内分别放置上球棱镜，检校棱镜座11位于固定测量轮2的上方并与固定测量轮2同轴。轨道中线棱镜座10安装在横梁9上，其与固定测量轮2外缘的距离是标准轨距的1/2。
活动测量轮6通过测量轮支杆12连接在位移传感器17上，位移传感器17固定安装在横梁9上，固定测量轮2和活动测量轮6分别设置在横梁9的两端靠近左行走轮1、右行走轮8的位置，拉簧16的一端连接在横梁9上，拉簧16的另一端与测量轮支杆12相连，作用是在测量时让两测量轮2、6始终紧靠被测钢轨的内侧。
提把组件4安装在横梁9中部，方便搬运本实用新型的轨道几何状态测量仪，提把组件4内安装有闸把14，闸把14通过提拉线13与测量轮支杆12相连。张紧机构7由张紧弹簧、两个张紧靠轮和连接组件构成，连接组件除与两个张紧靠轮连接外还通过钢丝拉线与闸把14相连，紧握闸把14可以将测量轮2、6与被测钢轨分离，同时也将两个张紧靠轮分离，利于测量前安放本实用新型的轨道几何状态测量仪和测量后将之取出轨道。张紧机构的作用是在推行本实用新型的轨道几何状态测量仪使其不至于脱轨。
倾斜传感器15安装在横梁9上，当轨道几何状态测量仪在两股钢轨间安放好后，倾斜传感器15能反映出两股钢轨的倾斜量，倾斜传感器15可以安装在横梁9的外表面或内部。旋转编码器19与其中一个行走轮1或8相连，用于计算推行距离。在横梁9上设置有电器控制单元3，在电器控制单元3内安装有单板机20，位移传感器17、倾斜传感器15和旋转编码器19分别通过电缆线与电器控制单元3连接。所述单板机20上还连接有第一无线传输模块21和显示模块24及电源25。
横梁9、行走轮1、8、推行杆组件5、刹车系统18共同组成了本系统的行走机构，推行杆组件5的推把上安装着刹车系统18的刹车手柄，静止状态时刹车系统18将行走轮1、8抱死，以利于稳定可靠测量，在推行时，紧握刹车手柄，刹车释放，利于顺利推行。
如图4所示，在实际使用时，安装在掌上电脑27内的控制软件通过第二无线数传模块22分别与安装在电器控制单元3内的与单板机20相连的第一无线数传模块21和与全站仪26相连的第三无线数传模块23实现三方数据交换。
使用时，用手紧握闸把14，通过与闸把14相连的提拉线13带动活动测量轮6和张紧机构7沿横梁9的长度方向运动，使活动测量轮6和张紧靠轮的外侧缘与固定测量轮2的外侧缘之间的间距小于轨距，将轨道几何状态测量仪的固定测量轮2靠一侧钢轨放置于两股钢轨内侧，行走轮1、8紧贴两股钢轨轨面，然后松开闸把14，在张紧机构7的作用下，轨道几何状态测量仪的活动测量轮6和两个张紧靠轮紧贴另一股钢轨的内侧并保持与钢轨垂直，同时在拉簧16的作用下，固定测量轮2亦紧靠另一侧钢轨。
对轨道几何状态测量仪进行初始化：将轨道几何状态测量仪在钢轨上安置好后，利用全站仪26测量安装在检校棱镜座11内的棱镜坐标，得到于个三维坐标值，记为(X1、Y1、H1)，此为正值，然后将轨道几何状态测量仪取下轨道并旋转180度后重新安置在同一里程处，利用全站仪26再次测量安装在检校棱镜座内的棱镜坐标，得到另一个三维坐标值，记为(X2、Y2、H2)，此为倒值，则此里程处的轨距L1用下式计算：
L1=(X1-X2)2+(Y1-Y2)2+(H1-H2)2+R2+R6,]]>
其中R2为固定测量轮2的半径，R6为活动测量轮6的半径。
在用全站仪26测量的同时，由位移传感器17也同时测得两股钢轨的轨距值，记为L2，此时利用安装在掌上电脑27内的控制软件或通过电器控制单元3上的按键重置位移传感器17的初始值，让L2＝L1。由于倾斜传感器15安装在横梁9上并不一定能保证其一定与横梁9平行，在用轨道几何状态测量仪在某一里程处测得的正值、倒值初始化位移传感器17的同时，也同时得到两组倾斜值，两组倾斜值之差便是倾斜传感器15的安装误差，将此安装误差计入软件，在测量时进行修正。利用全站仪26测量安装在轨道中线棱镜座10内的棱镜坐标，通过此坐标利于软件反算该点出的实际里程，然后将此里程值赋给旋转编码器19，作为里程记录的起点，完成对旋转编码器19的初始化。
轨道几何状态测量仪在两股钢轨间安放好以后，通过全站仪26测量安装在轨道中线棱镜座10内的棱镜坐标并利用位移传感器17测得的轨距值，可以直接获得线路中线坐标值，将该坐标值传输到安装在掌上电脑27上的控制软件，通过数学模型的计算，可以求出与理论中线坐标的差值，从而指导施工人员放样轨排或调整轨道，使被测轨道中线点位于理论轨道中线上。
倾斜传感器15和位移传感器17分别将横梁9的倾斜值和活动测量轮6沿横梁9长度方向的位移量传输给电器控制单元3内的单板机20，单板机20通过计算后，将轨距值和两股钢轨的高低值显示在显示模块24上。旋转编码器可以记录推行里程，方便在没有全站仪26的情况下进行相对测量。当测量一段距离并存储足够的测量点数据后，便可利用软件分析轨向、三角坑、30米弦和300米弦的平顺性等指标。