用于检测轨道扣件松脱的大型养路设备的制作方法

本发明涉及一种针对铁路及地铁钢轨进行扣件松脱识别的大型养路设备，属于工程设备技术领域。

背景技术：

随着我国铁路事业的高速发展，轨道交通已经成为人们出行最重要的工具，因此保证列车安全、稳定、不间断运行已成为中国铁路人的重要使命。合理养护铁路线路设备并及时有效的分析、预防和整治线路设备病害是保障铁路安全运输的关键。而在线路养护中，扣件的日常巡检是必检项目之一，铁路钢轨扣件如松动、缺损，而一个扣件的松脱往往很容易诱发周围扣件的松脱，加剧轨道结构破坏，铁路钢轨得不到完全固定，会导致列车运行不平稳，甚至引发列车行驶事故。因此，实现自动化扣件松动检测就成为一个非常重要的任务。

目前，扣件松脱检测主要有三种方法:1)基于人工巡检的方法，该方法效率低、成本高、容易漏检；2)基于计算机视觉的方法，该方法能够有效识别扣件是否缺失，但不能识别扣件的松脱程度，并且列车振动对图像质量有很大的影响；3)基于振动信号的方法，采用自功率谱密度的方法识别扣件松脱，该方法的灵敏度低，容易受输入激励的影响，扣件松脱识别结果不好。

例如公开号为cn105699381b的中国发明专利公开一种基于机器视觉的铁轨扣件检测装置该方法能够有效识别扣件是否缺失，但不能识别扣件的松脱程度，并且列车振动对图像质量有很大的影响。

公开号为cn208476808u的中国实用新型专利公开了一种轨道扣件异常检测系统，其由红外相机采集红外敏感标记图像信息来判断扣件是否异常，列车振动对图像质量有很大的影响而且红外敏感标记不持久。

技术实现要素：

本发明提供了一种有砟轨道检测扣件松脱的大型养路设备，能够有效的对轨道扣件进行松脱检测。

本发明所描述车辆具有动力，能够在线路上自运行。

本发明第一方面所述用于检测轨道扣件松脱的大型养路设备包括扣件松脱检测装置，该扣件松脱检测装置包含激光测距仪、振动补偿装置、微机控制系统、视频识别系统、定位同步系统，激光测距仪连接所述微机控制系统，该微机控制系统还连接视频识别系统和定位同步系统和振动补偿装置。

优选的是，所述微机控制系统还连接伺服驱动器，该伺服驱动器连接驱动装置。

所述用于检测轨道扣件松脱的大型养路设备还包括司机室、走行机构、车架、动力系统、辅助发电机、制动系统。

所述激光测距仪轨检梁刚性的安装于转向架端部位置，轨检梁设置有横向滑道，滑道上共设置4个激光测距仪，分成两组，每组激光测距仪各由一个驱动电机控制，可以横向移动，4个激光测距仪的发射点位于同一水平面上。

两侧激光测距仪各安装一个激光对中传感器。该传感器能够感应钢轨相对激光测距仪的位置，并将信号传递给微机控制系统，微机系统控制伺服驱动器，伺服驱动器通过驱动左右两侧作动器对激光测距仪位置加以矫正，可自动保持激光测距仪在钢轨顶面中点的位置。

伺服驱动器可将激光头的相对距离l1,l2和l3值传递给微机控制系统。

测量梁相对于钢轨的位移分为两部分，第一部分为测量梁自身的位移，这部分由测量梁中的惯性包测量出梁的垂直加速度，并由系统进行修正，除去重力分量等不利因素，对加速度进行二次积分可得位移值，这部分由振动补偿装置采集数据，第二部分为测量梁移动后与钢轨之间的距离，由激光测距仪系统获得。两项之和为钢轨和混泥土枕的距离数值，微机控制系统通过运算后直接输出修正后的距离数值。

当车体保持平稳状态，轨检梁与轨枕平行，i位测得激光发射平面至左轨道顶面中点的修正后距离为s1，ii位测得激光发射平面至轨枕d点的修正后距离为s2，iii位测得激光发射平面至轨枕e点的修正后距离为s3，iv位测得激光发射平面至右轨道顶面中点的修正后距离为s4。ii位和iii位的测量数值在一定的范围内才采集，把激光头至两轨枕间的距离数值剔除掉，保证只采集激光至轨枕的距离。

微机自动计算s1与s2的差值，在扣件紧固的情况下，s1与s2的差值是在一个固定的域值a范围内，当扣件发生松脱的时候，车辆经过轨道，轨枕的位置相对固定，钢轨因不受扣件的约束而发生回弹，导致激光发射平面至左轨道顶面中心的距离s1值变小，最终导致s1与s2的差值是大于固定的域值范围a，微机将标记此地紧固件松脱，同理s3与s4的差值大于固定阈值a，微机将标定此地扣件松脱。

定位同步系统采用光电编码器作为车辆的运行速度，里程计算的设备。

本发明能够根据所测得数值差的大小判断扣件的松脱程度

本发明采用激光测量，同时有振动补偿系统，振动补偿装置通过测量梁中的惯性包测量出检测梁的垂直加速度，除去重力分量等不利因素，对加速度进行二次积分可得位移值。振动补偿装置可以补偿列车自身振动位移的影响，不受列车振动的影响，结果更准确。

附图说明

图1为本发明所述扣件松动检车的一优选实施例的布局示意图；

图2为图1所示实施例的俯视图；

图3为图1所示实施例的左视图；

图4为扣件松动检测装置的局部放大图；

图5为轨检梁的安装示意图；

图6平直道理想状态下激光测距示意图

图7曲线段激光测距示意图

图中数字标记的含义是：

1前司机室2动力室3辅助发电机4电器系统5扣件松脱检测室6后司机室7走行机构8制动系统9轨检梁10高清摄像头11油箱91滑道92激光测距仪93支架94驱动电机95构架。

具体实施方式

实施例1.1:用于检测轨道扣件松脱的大型养路设备，包括车架，车架下方设有走行机构7，该走行机构7包括制动系统8，走行机构7上还设有轨检梁9，车架下方包括油箱11，车架上部包括前司机室1和后司机室6，前司机室1和后司机室6之间包括动力室2、辅助发电机3、电器系统4和扣件松脱检测室5，车架下部轨检梁9前方包括高清摄像头10。

扣件松脱检测室5内包括激光测距仪、振动补偿装置、微机控制系统、视频识别系统和定位同步系统，激光测距仪连接微机控制系统，所述振动补偿装置装于轨检梁中，并通过信号线与微机控制系统连接，轨检梁刚性的安装在转向架构架上，所述视频识别系统装于车架底部左右两侧，所述定位同步系统与微机控制系统连接。

如图1所示，轨检梁9刚性安装于转向架纵向端部，如图4、图5所示轨检梁9包括横向滑道91，该横向滑道91上共设置四个激光测距仪92，四个激光测距仪92分成两组，每组激光测距仪92各由一个驱动电机94控制，驱动电机94装于构架95上，支架93连接于横向滑道91上，以便驱动电机94驱动横向滑道91移动从而带动激光测距仪92横向移动，四个激光测距仪的发射点位于同一水平面上。

横向滑道91分为左右两部分，并各自承载两个激光测距仪92，每个横向滑道91通过支架93连接驱动电机94，从而使左右横向滑道91在各自的驱动电机94带动下运动。

每组激光测距仪各安装一个激光对中传感器。该激光对中传感器能够感应钢轨相对激光测距仪的位置，并将信号传递给微机控制系统，微机控制系统连接并控制伺服驱动器，伺服驱动器通过驱动左右两侧的驱动电机，驱动横向滑道91对激光测距仪的位置加以矫正，可自动保持激光测距仪在钢轨顶面中点的位置。伺服驱动器将激光头的相对距离l1,l2和l3值传递给微机控制系统。

轨检梁9相对于钢轨的位移分为两部分，第一部分为轨检梁自身的位移，这部分由轨检梁中的惯性包测量出梁的垂直加速度，并由微机控制系统对其进行修正，除去重力分量等不利因素，对加速度进行二次积分可得位移值，这部分位移值由振动补偿装置采集数据，第二部分为轨检梁移动后与钢轨之间的距离，由激光测距仪系统获得。两项之和为钢轨和混泥土枕的距离数值，微机控制系统通过运算后直接输出修正后的距离数值。

附图6，当车体保持平稳状态，轨检梁9与轨枕平行，i位测得激光发射平面至左轨道顶面中点a的修正后距离为s1，ii位测得激光发射平面至轨枕d点的修正后距离为s2，iii位测得激光发射平面至轨枕e点的修正后距离为s3，iv位测得激光发射平面至右轨道顶面中点b的修正后距离为s4。ii位和iii位的测量数值在一定的范围内才采集，把激光头至两轨枕间的距离数值剔除掉，保证只采集激光至轨枕的距离。

微机控制系统自动计算s1与s2的差值，在扣件紧固的情况下，s1与s2的差值是在一个固定的域值a范围内，当扣件发生松脱的时候，车辆经过轨道，轨枕的位置相对固定，钢轨因不受扣件的约束而发生回弹，导致激光发射平面至左轨道顶面中心的距离s1值变小，最终导致s1与s2的差值大于固定的域值范围a，微机控制系统将标记此地紧固件松脱，同理s3与s4的差值大于固定阈值a，微机控制系统将标定此地扣件松脱。

当车辆过曲线时，车辆由于离心力的作用，车体和转向架会发生偏移的现象，如图7所示，低速通过曲线时，车辆的重力大于离心力，车辆内侧的弹簧受的力相对较大，车体和转向架向内侧倾斜，由于轨检梁9刚性地安装在转向架上，轨检梁9也处于倾斜状态，轨检梁9的倾斜对s1、s2、s3、s4的数值产生影响，因此，需要对s1、s2、s3、s4数值进行修正，如图7所示，ab代表实际状态的轨检梁9，cd代表修正后的轨检梁9，由于轨检梁9的倾斜导致实测的s1、s2值变小，实测的s3、s4值变大。而s2与s3的理论值是相等的，通过几何计算：

sb3＝s3-s2

sb4＝sb3*(l2+l3)/l2

sb1＝sb3*l1/l2

修正后得：

s1'＝s1+sb1＝s1+(s3-s2)*l1/l2

s2'＝s2

s3'＝s2

s4'＝s4-sb4＝s4-sb3*(l2+l3)/l2＝s4-(s3-s2)*(l2+l3)/l2

公式同样适用于车体向外倾斜和车体平稳两种状态。将公式导入微机控制系统，微机控制系统将自动运算，当s1’与s2’的差值大于阈值a，微机将标记此地紧固件松动，同理s3’与s4’的差值大于固定阈值a，微机将标定此地扣件松动。

车架上安装了高速摄像巡检装置，即高清摄像头10，其能自动记录回放扣件松脱标记地段前后30秒钟的高分辨率视频或照片，便于检测过程中检测人员剔除钢轨和轨枕表面伤损的干扰，以及线路三角坑的误判，辅助扣件松脱判断。

扣件松脱检测装置含有定位系统，能对扣件松脱位置精确定位。

定位同步系统采用光电编码器作为车辆的运行速度、里程计算的设备。由于光电编码器计算里程信息会产生累计误差，因此定位同步系统提供人工里程修正和射频标签自动里程标记方式对里程进行修正，实现精确定位。