一种地铁钢轨波磨实时测量打磨装置的制作方法

本实用新型涉及一种地铁钢轨波磨实时测量打磨装置，属于机械工程中钢轨测量领域。

背景技术：

列车的运行开始产生振动，噪音等情况，其中大部分原因在于钢轨在经过长时间的使用，产生了轨面擦伤，剥离掉块，波纹磨耗等不平顺的情况。钢轨波浪形磨耗是钢轨投入使用后，轨顶面沿纵向分布的周期性类似波浪性状的不平顺现象，是轨道损伤的主要形式。钢轨波磨不但危及列车运行安全，产生大量的噪音污染，而且如果对波磨不加以控制，任由其肆意扩大，最终将不得不换轨，大大加重了运营成本。研究表明，只有在波磨初期的时候对其进行检测和防治，才能有效地对波磨进行控制。因此需要对波磨进行高精度的测量和准确的分析用于钢轨的预防性和修复性打磨。

现有技术中，一般为先用测量设备进行测量。得到整段波磨数据后再使用打磨车进行打磨。测量方法包括人工测量，惯性基准法和弦测法。人工测量法多为静态逐点手工测量，这样的方法有个致命的缺点，就是检测效率十分低下，往往要波磨形成并发展至很严重时才被地铁检修人员所发现。

惯性基准法是在检测车内部装有一个惯性器件，通常为加速度计或陀螺，通过对这两种惯性器件的测量值进行解析计算来得到一个惯性基准，利用位移传感器来测量轨道相对于基准的相对位置从而得到钢轨顶面在惯性坐标系内的相对位置。但惯性基准的建立依赖于列车较高的运行速度，因此基于惯性基准法的轨检车必须在较高的速度下才能检测。且因为惯性基准法的分辨率和精度较低，其对于波长在1m以下，幅值也在1mm以下的轨面短波波磨，惯性基准法束手无策。

弦测法中使用三个激光传感器测量，以第一和第三传感器的测量点为基准，测量得到的值需通过特定的传递函数借助信号处理方法复原得到真实波磨测值。弦测法相比惯性基准法，存在检测装置简单、精度高，使用方便、且检测过程中不受检测速度、列车动态作用、运行方向影响等优点，因此是轨道波磨测量的基本方法，为许多轨检车和人工检测的常用方法。但因弦测法在测量中还涉及传递函数修正的问题，且当传递函数在某些波长处取0时，会引起很大的误差，使其无法检测，需要相应的处理。除此以外，弦测法在处理过程中运用傅里叶变化，需要将测量数据做线下的处理，因此无法得到实时测量的数据。这使得弦测法无法满足需要实时检测并打磨的打磨车，它需要线下处理后，再由打磨车进行打磨。

综上所述，目前所使用的轨道测量方法中，人工测量法测量效率低，不适用于长距离的轨道测量。惯性基准法可以实现实时的测量，但是由于其速度的限制，以及波长使用范围和测量精度的局限性，使其无法应用于地铁钢轨波磨的测量。弦测法由于在处理过程中需要传递函数的修正与傅里叶变换，无法实现实时传输数据，这会使得测量系统和打磨系统在开始基点产生误差，检测效率和精度都较为有限。

技术实现要素：

针对现有技术存在的缺陷，本实用新型的目的是提出一种地铁钢轨波磨实时测量打磨装置，它是一种集测量与打磨为一体的装置，能够代替传统先测量后打磨，实时的将所测得的轨道数据传输给后方打磨系统，测量且同时进行打磨，实现实时测量打磨，精度较高。本装置通过激光发射与接收模块，打磨车定位模块，数据处理与控制模块和打磨系统结合来实现实时的测量与打磨且精度较高，弥补了人工测量及弦测法无法实时测量的缺陷，解决了惯性测量法在短波测量中的精度问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种地铁钢轨波磨实时测量打磨装置，安装在打磨车上，包括打磨系统、滚轮机构、速度传感器、第一激光发射与接收模块、第二激光发射与接收模块和数据处理与控制模块，所述打磨系统安装在打磨车的底部，所述滚轮机构安装在打磨车底部，与钢轨贴合，在滚轮机构上安装一个速度传感器用于确定打磨车的位置；所述第一激光发射与接收模块和第二激光发射与接收模块安装在打磨车的驾驶室底部靠近前轮的位置，其中第二激光发射与接收模块向下垂直测量其与钢轨的距离，第一激光发射与接收模块与第二激光发射与接收模块成一定的夹角，斜向前测量其与钢轨的距离；所述数据处理与控制模块安装在打磨车上，及时处理速度传感器和第一激光发射与接收模块、第二激光发射与接收模块传输的数据，计算钢轨的不平顺度，并根据钢轨的不平顺度控制打磨系统打磨量。

进一步地，所述第一激光发射与接收模块与第二激光发射与接收模块之间的夹角为30度。

进一步地，所述打磨系统由多个打磨头组成，每个打磨头的打磨量由数据处理与控制模块控制。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的优点：

本实用新型能够实时的测量轨道的波形，从而及时的将轨道数据传输给后方打磨系统，使其根据前方轨道数据做出实时的调整，从而得到高精度的修复性打磨。相比传统的人工测量以及弦测法测量解决了由测量后离线得到整段钢轨的数据，再二次打磨带来的低效和精度问题。

本实用新型测量中使用了激光发射与接收模块，它精度更高，解决了惯性基准法无法测量轨道交通短波不平顺的问题。使得此测量方法可以用于城市轨道交通的高精度测量。

本实用新型打磨系统有多个打磨头，每个打磨头打磨量由控制模块控制。可以有效地降低单个打磨头的打磨量，因此减小打磨车由打磨而带来的震动，提高打磨精度。

附图说明

图1是打磨车上实时测量打磨装置各部件的安装示意图。

图2是地铁钢轨波磨实时测量打磨装置的结构示意图。

图3是地铁钢轨波磨实时测量打磨装置的打磨头配合工作示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行说明。

如图1和图2所示，一种地铁钢轨波磨实时测量打磨装置，安装在打磨车1上，包括打磨系统2、滚轮机构3、速度传感器4、第一激光发射与接收模块6、第二激光发射与接收模块7和数据处理与控制模块8，所述打磨系统2安装在打磨车1的底部，所述滚轮机构3安装在打磨车1底部，与钢轨5贴合，在滚轮机构3上安装一个速度传感器4用于确定打磨车1的位置；所述第一激光发射与接收模块6和第二激光发射与接收模块7安装在打磨车1的驾驶室底部靠近前轮的位置，其中第二激光发射与接收模块7向下垂直测量其与钢轨5的距离，第一激光发射与接收模块6与第二激光发射与接收模块7成30度的夹角，斜向前测量其与钢轨5的距离；所述数据处理与控制模块8安装在打磨车1上，及时处理速度传感器4和第一激光发射与接收模块6、第二激光发射与接收模块7传输的数据，计算钢轨5的不平顺度，并根据钢轨5的不平顺度控制打磨系统2打磨量。如图3所示，所述打磨系统2由多个打磨头组成，每个打磨头的打磨量由数据处理与控制模块8控制。

本实用新型地铁钢轨波磨实时测量打磨装置工作原理如下：

在实际测量打磨作业过程中，打磨车1顺着钢轨5保持一定的速度前进。在打磨车1前进的同时，第一激光发射与接收模块6和第二激光发射与接收模块7包含两个激光测距传感器，根据采样频率激光测距传感器发出相应频率的两束激光。第二激光发射与接收模块7向下测量其与轨道的距离；第一激光发射与接收模块6与第二激光发射与接收模块7夹角30度，斜向前测量其与轨道的距离。与此同时，滚轮机构3上的速度传感器4记录打磨车1的速度，根据相应的算法就可以得到打磨车1行驶的距离，实现打磨车1的精确定位。第一激光发射与接收模块6和第二激光发射与接收模块7与速度传感器4同时将距离和打磨车1的位置数据送到数据处理与控制模块8，数据处理与控制模块8利用三角测量算法根据两个激光测距传感器测得的距离以及当前行驶的距离计算出当前位置轨道波磨曲线。数据处理与控制模块8根据得到的波模曲线向打磨系统2发送控制指令，当打磨系统2打磨到当前位置时，控制打磨系统2打磨头的打磨量。实现了打磨车1实时测量与打磨，提高了打磨效率。

打磨系统2打磨工作原理如下：

在打磨系统2实际打磨作业过程中，如图3所示，是地铁钢轨波磨实时测量打磨装置的打磨头配合工作示意图，图中打磨系统2一共包含n=4个打磨头。假设打磨车1按箭头方向向左行驶，数据处理与控制模块8向打磨系统2发送指令，打磨系统2运动到A点时需要打磨的量是△x=1mm。此时根据速度传感器4的数据，通过数据处理与控制模块8计算后，当打磨头1运动到A点的时候，此时数据处理与控制模块8控制打磨头1向下运动1/n=0.25mm，打磨头1实际打磨量是0.25mm；当打磨头2运动到A点的时候，数据处理与控制模块8控制打磨头2向下运动2/n=0.5mm，打磨头2实际打磨量是0.5-0.25=0.25mm；当打磨头3运动到A点的时候，数据处理与控制模块8控制打磨头3向下运动3/n=0.75mm，打磨头3实际打磨量是0.75-0.25-0.25=0.25mm；当打磨头4运动到A点的时候，数据处理与控制模块8控制打磨头4向下运动4/n=1mm，打磨头4实际打磨量是1-0.25-0.25-0.25=0.25mm。

这样循序渐进的打磨方式，使打磨过程更加平稳，减少打磨震动对打磨车实时测量的影响，可以提高打磨精度。