一种多机协作式单轨钢轨服役状态检测装置

1.本发明涉及钢轨检测技术领域，尤其涉及一种多机协作式单轨钢轨服役状态检测装置。


背景技术：

2.随着铁路快速发展，列车重量和行车密度不断上升，铁路轨道的工作时间和频率也随之增加。长期服役的轨道可能会出现不同程度的损伤，威胁行车安全。为了确保轨道能够正常使用，保障铁路安全，轨道进行定期的检测和维护是十分必要的，而铁路运行线路的增加和行车密度的提高，对铁路轨道检测设备和技术提出了更高的要求。
3.目前主要采用车辆巡检进行钢轨检测。车辆巡检中，采用大型轨道检测车进行钢轨检测具有高效、可靠的特点，但其成本高昂，运输调度压力大。便携式轨道检测小车操作便捷、成本较低，能够为大型轨道检测车提供有力支撑，易于在铁路轨道检测中进行普及。
4.采用单轨巡检方式是近年来科研人员提出的一种新型检测装置形式。单轨检测小车相比于传统的双轨检测小车，体积更小、质量更轻、便携性更好，在检测性能相近的情况下，单轨检测小车更能适应需要经常变更的检测路段，工作效率更高。
5.目前，现有技术中还没有一种能够高效、便捷检测轨道的单轨巡检式的钢轨状态在线检测小车。


技术实现要素：

6.本发明的实施例提供了一种多机协作式单轨钢轨服役状态检测装置，以实现有效地在线检测钢轨服役状态。
7.为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
8.一种多机协作式单轨钢轨服役状态检测装置，包括：驱动轮系、支撑轮系、箱体结构、限位结构和电气安装板；
9.所述箱体结构包括外壳结构(5)、固定板(4)和活动板(2)，通过螺栓与驱动轮系、限位机构和支撑轮系相连；
10.所述支撑轮系包括前后支撑轮(15)、前后支撑轮轴(16)、联轴器(17)和编码器(18)，前后支撑轮轴(16)通过联轴器(17)与编码器(18)相连；
11.所述驱动轮系包括驱动轮轴(23)、绕线联轴器(24)、电机支架(25)和驱动电机(26)，驱动轮轴(23)通过绕线联轴器(24)与驱动电机(26)相连接，驱动电机(26)通过电机支架(25)固定在箱体固定板上；
12.所述限位机构包括限位轮(27)和限位轮轴(28)，限位轮轴(28)上依次安装限位轮(27)和滚针轴承；
13.所述电气安装板(9)固定连接在箱体支撑板顶部，在所述电气安装板(9)上安装红外测距装置(11)、摄像头(6)和传感器。
14.优选地，所述装置还包括安装及拆卸结构，该安装及拆卸结构包括定位小柱(14)、
限位小柱(13)和平扣件(12)；
15.驱动轮系和限位轮系的一侧固定连接在活动板(2)上，四个定位小柱(14)位于活动板(2)一侧，安装时对活动板(2)与箱体外壳(5)位置进行定位，三个限位小柱(13)固定连接在箱体外壳(5)上。
16.优选地，所述箱体结构包括外壳结构(5)、固定板(4)、活动板(2)和传感器安装架(3)，所述活动板(2)通过螺栓与驱动轮系和限位机构相连，所述固定板(4)通过螺栓与驱动轮系、限位机构、编码器(17)和电机支架(25)相连。
17.优选地，所述外壳结构(5)包括前板、后板和两侧支撑板，所述外壳结构(5)的前板通过螺栓与传感器安装架(3)相连，在所述传感器安装架(3)上安装红外测距装置。
18.优选地，所述驱动轮系包括驱动电机(26)、绕线联轴器(24)、锥形胶轮(22)、轴承、驱动轮轴23、从动轮轴20，以及承载上述装置的驱动轮架(21)、从动轮架(19)和电机支架(25)；装置左后方锥形胶轮通过驱动轮轴(23)、轴承和驱动轮架(21)固定在箱体活动板(2)上，驱动轮轴(23)通过绕线联轴器(24)与驱动电机(26)相连接，驱动电机(26)通过电机支架(25)固定在箱体固定板上，锥形胶轮(22)通过从动轮轴(20)、轴承和从动轮架(19)固定在箱体上。
19.优选地，所述限位机构包括限位轮(27)、限位轮轴(28)、滚针轴承以及承载上述装置的固定架(29)，所述限位轮轴(28)通过螺栓固定在固定架(29)上，限位轮轴(28)上依次安装限位轮(27)和滚针轴承。
20.优选地，所述电气安装板(9)固定连接在箱体支撑板顶部，所述电气安装板(9)的前后左右四个方向各通过螺栓和测距支架(10)安装红外测距装置11，前端通过镜头固定座(8)与镜头活动座(7)和摄像头(6)连接，在所述电气安装板(9)的内部安装距离传感器、定位系统和陀螺仪。
21.由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例的多机协作式单轨钢轨服役状态检测装置采用模块化设计，结构简单，体积小，质量轻，易于装配和维修，既能实现钢轨服役状态在线检测功能，又能较好地控制轨道装置的体积及重量。
22.本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1a、图1b和图1c为本发明实施例提供的一种多机协作式单轨钢轨服役状态检测装置的结构示意；
25.图2为本发明实施例提供的一种多机协作式单轨钢轨服役状态检测装置的协作测量实施方式示意图。
26.图中部件的编号如下：箱体活动板2，传感器安装架3，固定板4，外壳结构5，摄像头6，镜头活动座7，镜头固定座8，电气安装板9，测距支架10，红外测距装置11，平扣件12，限位
小柱13，定位小柱14，前后支撑轮15、前后支撑轮轴16，联轴器17，和编码器18，从动轮架19，从动轮轴20，驱动轮架21，锥形胶轮22，驱动轮轴23，联轴器24，电机支架25，驱动电机26，限位轮27，限位轮轴28，固定架29。
具体实施方式
27.下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
28.本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
29.本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
30.为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。
31.本发明实施例提供了一种多机协作式单轨钢轨服役状态检测装置，该装置整体采用模块化设计，结构简单，体积小，质量轻，易于装配和维修，经过简单的安装即可在钢轨上平稳地在单轨上停留和运行。同时装置具有一定的弹性调节能力，能够适应曲线轨道等复杂情况。该装置既能实现钢轨服役状态在线检测功能，又能较好地控制轨道装置的体积及重量。
32.本发明实施例提供的一种多机协作式单轨钢轨服役状态装置的结构图如图1a、图1b和图1c所示，包括驱动轮系、支撑轮系、箱体结构、限位结构、电气安装板和安装及拆卸结构。
33.所述支撑轮系包括前后支撑轮15、前后支撑轮轴16、轴承、联轴器17和编码器18，以及固定各装置的箱体结构等。支撑轮系不具备动力系统，只进行里程测量和承重。前后支撑轮轴16通过联轴器17与编码器18相连进行里程测量作业。
34.所述箱体结构包括外壳结构5、固定板4、活动板2和传感器安装架3。所述活动板2通过螺栓与驱动轮系和限位机构相连。所述固定板4通过螺栓与驱动轮系、限位机构、编码器17和电机支架25相连。
35.所述外壳结构5包括前板、后板和两侧支撑板。所述外壳结构5前板通过螺栓与传感器安装架3相连，传感器安装架3上可安装红外测距装置。
36.所述驱动轮系包括驱动电机26、绕线联轴器24、锥形胶轮22、轴承、驱动轮轴23、从动轮轴20，以及承载上述装置的驱动轮架21、从动轮架19、电机支架25和箱体结构等。
37.所述驱动轮系中，装置左后方锥形胶轮通过驱动轮轴23、轴承和驱动轮架21固定在箱体活动板2上。驱动轮轴23通过绕线联轴器24与驱动电机26相连接，传递动力。驱动电机26通过电机支架25固定在箱体固定板上。其余锥形胶轮通过从动轮轴20、轴承和从动轮架19固定在箱体上。在装置安装完毕后，所述锥形胶轮22与钢轨轨头紧密接触，在驱动电机26的作用下，带动装置作业。
38.所述限位机构包括限位轮27、限位轮轴28、滚针轴承以及承载上述装置的固定架29和箱体结构组成。所述限位轮轴28通过螺栓固定在固定架29上，限位轮轴28上依次安装限位轮27和滚针轴承。所述限位轮27形状符合轨头底面并有一定间隙，不会影响到装置的正常行进，防止装置发生侧翻。
39.所述电气安装板9固定连接在箱体支撑板顶部。所述电气安装板9的前后左右四个方向各通过螺栓和测距支架10安装红外测距装置11，前端通过镜头固定座8与镜头活动座7连接检测用摄像头6。所述电气安装板9的内部留有空间，能够安装距离传感器、定位系统和陀螺仪等传感器。
40.所述安装及拆卸结构包括定位小柱14、限位小柱13、平扣件12以及承载上述装置的箱体结构等。驱动轮系和限位轮系的一侧固定连接在活动板2上，同样的，四个定位小柱14也位于活动板2一侧，安装时对活动板2与箱体外壳5位置进行定位。三个限位小柱13固定连接在箱体外壳5上，在初步定位完成后，限位小柱13的一部分会露出活动板，扣上平扣件12即可限制活动板的移动，平扣件12之间通过弹簧连接，至此小车在钢轨上的安装全部完成。拆卸过程中，拆掉活动板上的平扣件12即对整个装置进行拆分，便于平台与钢轨的安装与分离。
41.图2为本发明实施例提供的一种多机协作式单轨钢轨服役状态检测装置的协作测量实施方式示意图，该装置的多机协作过程包括：上述装置通过距离传感器检测钢轨的间距，在上述装置上也可搭载定位系统、陀螺仪等传感器，用来识别钢轨的地理位置及线路的变形情况；上述装置可以通过检测用摄像头6及红外测距装置11对钢轨表面状态进行在线或离线检测，识别表面缺陷，然后，再通过编码器17及定位系统实现定位及里程记录，在收到来自检测系统的故障信息后，对故障点的位置信息进行记录。钢轨服役状态、里程、故障点位置等信息可以通过无线电实时传输到用户端，实现钢轨服役状态在线检测。
42.在上述装置的多机协作过程中，采用无线组网方式实现多个装置之间的联动，各装置可以测量不同钢轨数据，并通过无线组网将数据集中到pc机中进行整合，从而实现多机协作。
43.综上所述，本发明实施例的多机协作式单轨钢轨服役状态检测装置具有如下有益效果：
44.(1)采用单轨驱动自行走方式，检测效率高，同时结构简单，空间分配合理，体积小便于运输携带。
45.(2)整个小车采用了模块化设计思想，可拆分多个部分，便于安装、维护和检修。
46.(3)能够采用多机协作测量方式进行组合式测量，方式灵活，可检测量多样。
47.本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
48.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部
分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
49.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种多机协作式单轨钢轨服役状态检测装置，其特征在于，包括：驱动轮系、支撑轮系、箱体结构、限位结构和电气安装板；所述箱体结构包括外壳结构(5)、固定板(4)和活动板(2)，通过螺栓与驱动轮系、限位机构和支撑轮系相连；所述支撑轮系包括前后支撑轮(15)、前后支撑轮轴(16)、联轴器(17)和编码器(18)，前后支撑轮轴(16)通过联轴器(17)与编码器(18)相连；所述驱动轮系包括驱动轮轴(23)、绕线联轴器(24)、电机支架(25)和驱动电机(26)，驱动轮轴(23)通过绕线联轴器(24)与驱动电机(26)相连接，驱动电机(26)通过电机支架(25)固定在箱体固定板上；所述限位机构包括限位轮(27)和限位轮轴(28)，限位轮轴(28)上依次安装限位轮(27)和滚针轴承；所述电气安装板(9)固定连接在箱体支撑板顶部，在所述电气安装板(9)上安装红外测距装置(11)、摄像头(6)和传感器。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括安装及拆卸结构，该安装及拆卸结构包括定位小柱(14)、限位小柱(13)和平扣件(12)；驱动轮系和限位轮系的一侧固定连接在活动板(2)上，四个定位小柱(14)位于活动板(2)一侧，安装时对活动板(2)与箱体外壳(5)位置进行定位，三个限位小柱(13)固定连接在箱体外壳(5)上。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述箱体结构包括外壳结构(5)、固定板(4)、活动板(2)和传感器安装架(3)，所述活动板(2)通过螺栓与驱动轮系和限位机构相连，所述固定板(4)通过螺栓与驱动轮系、限位机构、编码器(17)和电机支架(25)相连。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述外壳结构(5)包括前板、后板和两侧支撑板，所述外壳结构(5)的前板通过螺栓与传感器安装架(3)相连，在所述传感器安装架(3)上安装红外测距装置。5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述驱动轮系包括驱动电机(26)、绕线联轴器(24)、锥形胶轮(22)、轴承、驱动轮轴23、从动轮轴20，以及承载上述装置的驱动轮架(21)、从动轮架(19)和电机支架(25)；装置左后方锥形胶轮通过驱动轮轴(23)、轴承和驱动轮架(21)固定在箱体活动板(2)上，驱动轮轴(23)通过绕线联轴器(24)与驱动电机(26)相连接，驱动电机(26)通过电机支架(25)固定在箱体固定板上，锥形胶轮(22)通过从动轮轴(20)、轴承和从动轮架(19)固定在箱体上。6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述限位机构包括限位轮(27)、限位轮轴(28)、滚针轴承以及承载上述装置的固定架(29)，所述限位轮轴(28)通过螺栓固定在固定架(29)上，限位轮轴(28)上依次安装限位轮(27)和滚针轴承。7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电气安装板(9)固定连接在箱体支撑板顶部，所述电气安装板(9)的前后左右四个方向各通过螺栓和测距支架(10)安装红外测距装置11，前端通过镜头固定座(8)与镜头活动座(7)和摄像头(6)连接，在所述电气安装板(9)的内部安装距离传感器、定位系统和陀螺仪。

技术总结
本发明提供了一种多机协作式单轨钢轨服役状态检测装置。该装置包括：驱动轮系、支撑轮系、箱体结构、限位结构和电气安装板；箱体结构包括外壳结构、固定板和活动板，通过螺栓与驱动轮系、限位机构和支撑轮系相连；支撑轮系包括前后支撑轮、前后支撑轮轴、联轴器和编码器，驱动轮系包括驱动轮轴、绕线联轴器、电机支架和驱动电机，驱动轮轴通过绕线联轴器与驱动电机相连接，驱动电机通过电机支架固定在箱体固定板上，限位机构包括限位轮和限位轮轴，限位轮轴上依次安装限位轮和滚针轴承；电气安装板固定连接在箱体支撑板顶部。本发明装置结构简单，体积小，质量轻，易于装配和维修，能够有效地在线检测钢轨服役状态。地在线检测钢轨服役状态。地在线检测钢轨服役状态。


技术研发人员：聂蒙 宋以宁 李建勇 刘月明 樊文刚 徐康 徐金环
受保护的技术使用者：北京交通大学
技术研发日：2022.11.02
技术公布日：2023/4/19