CN103882785B - 铁路轨道三维约束测量用万向球结构参照点适配器 - Google Patents

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Abstract

一种铁路轨道三维约束测量用万向球结构参照点适配器，其结构包括：安装柄、旋转头、连接爪、球结构轴承、小轴、滚动轴承一、滚动轴承二；旋转头处于安装柄上部，并绕安装柄旋转，两个呈中心对称的连接爪连接拉线传感器的拉线，两连接爪用球结构轴承安装在小轴上，单独做360度转动，小轴安装在万向球的滚动轴承一中，作周向旋转，球结构轴承外圈安装在旋转头中，内球绕球中心点做周向转动，安装柄安装在滚动轴承二中；本发明与以往十字轴结构适配器相比，结构简单，易于制造，可以通过直接测量万向球轴承外表面来得到虚拟的拉线交汇点，测量比较准确，进而提高整个轨道检测小车测量轨道的准确度。

Description

铁路轨道三维约束测量用万向球结构参照点适配器
技术领域
本发明涉及一种铁路轨道三维约束测量用万向球结构参照点适配器。
背景技术
目前，随着我国经济发展，科技的进步，国家的铁路建设走上快速发展的道路，已经跃入了动车高铁的时代。而随着铁路机车速度的提高，对铁路轨道的要求也越来越高，高铁的无砟轨道建设里程越来越长。但高铁无砟轨道的运营维护要求也很高。运营维护阶段，要在使用轨道边的基桩控制网的永久性基准点(CPIII)基础上进行测设维护轨道(参见图1)，是无砟轨道养护维修时所需要的，用以监控轨道几何形态的变化。现在高铁轨道运行十分繁忙，运营维护只有利用行车间隔时间或运行天窗时间段进行，如何迅速有效利用CPIII点进行轨道测量维护是提高铁路运营维护效率的重要方面。
铁路轨道三维约束测量检查仪就是一种用于检测铁路轨道坐标的新型测量仪器，适用于高铁线路检测。高铁轨道要求高，不允许铁路轨道有超出许可的变化，因此需要使用沿铁路旁分布的CPIII基桩点来监测轨道的大地坐标点是否变化，一旦变化超出允许值，就需要进行调轨，恢复原有坐标。准确检测轨道坐标是保障铁路坐标精度的检、养、修体系中的重要一环。CPIII点是个虚拟的点，架设时在CPIII点基桩孔中安放反射棱镜，由全站仪发出激光反射得到棱镜反射中点的大地测量坐标，因此CPIII点在基桩孔上方，是个虚拟的空间点。基桩孔一经敷设就一直保留，测量数据也要存储保留，作为以后维护监测轨道的原始数据。
通常的三维约束测量铁路轨道坐标检测***由全站仪、反射棱镜、轨道检测小车及铁轨沿线的铺设无砟轨道和运营维护提供控制基准CPIII测量基桩坐标点构成。进行反向测量，使用时反射棱镜的安装柄装入CPIII点的基桩定位孔中定位，全站仪发射激光束照射反射棱镜后接受反射光后，这样由CPIII点的坐标数据反向计算，得到全站仪坐标；再将反射棱镜安装在轨道检测小车上，轨道检测小车停在轨道某个位置时，全站仪再次激光测量，就得到小车所在轨道的坐标点。再同铺设铁路轨道时保留的原始坐标数据比对确定轨道现状。但由于全站仪是一种要使用到激光测量的光、机、电测量仪器，对环境要求较高，且每测量完一站轨道，就必须重新设站，重新利用沿轨道的基桩点先标定全站仪自身的坐标，再去校核轨道的坐标，所耗费时间比较多。测量一站的轨道只有几百米，如果时间不充裕，测量的距离更短；而铁道线漫长，所耗费的劳动量巨大，维护运营成本较高，因而对测量效率有较多制约。而拉线式的轨道三维约束测量仪直接利用置于轨道上的轨道检测小车与铁路沿线的CPIII测量基桩坐标点之间直接进行测量相对位置，然后得到小车所在铁路轨道的大地测量坐标，不需要重复设站，测量效率高；且由于不使用价格昂贵的全站仪***，总体成本低。轨道检测小车立柱上的两个拉线式位移传感器的拉线经量测滚轮交汇于适配器。适配器尾端是杆状的连接柄，使用时候，适配器连接柄***被安装在铁路沿线的CPIII基桩点的定位孔座中，适配器上的测量拉线自然收紧拉直，构成一个三角形关系，由于CPIII点的状况不确定而存在各种情况。上拉线段L1与下拉线段L2变化时，三角形是唯一的，L1、L2长度由各自的拉线传感器测出，靠近立柱的三角形的一条边长度是固定的。即适配器置于0位时候，L1、L2成一条直线，L1＝La、L2＝Lb，再加入计算拉线在滚轮上的包角，通过数学运算就可以计算出三角形各点的坐标。测量时推动轨道检测小车小范围移动，轨道检测小车传感器采集数据交所带数据处理计算机处理数据，比较小车自身的姿态和几何参数，计算轨道检测小车相对CPIII基桩点的位置，进一步求解出轨道中心的坐标位置。但是不但La+Lb的长度段长度值必须比较准确，而且La和Lb各自的长度段的长度值也必须的比较准确，否则进行数学计算时初始的偏差会影响计算结果准确性。所以适配器与两端量测滚轮的初始测量数据准确性十分重要，适配器结构上要使这种测量容易测量准确。
适配器连接着两个拉线传感器的测量拉线，并且在测量范围门内变化时，要能够始终保持拉线的空间虚拟交汇点唯一，是测量***中一个重要的结构。
既有的拉线适配器采用十字万向节结构，结构十分复杂，拉线空间虚拟交汇点由多个零件构成，各个零件累积误差较大。由外部零件测量推导空间虚拟交汇点，有定位测量的困难，故整体存在有精确制造与精确测量都十分的困难。本发明提供了一种新的适配器结构，不仅总体结构简单，易于制造，而且能够较为方便的进行精确地测量，为整个轨道检测小车精确测量的可靠数学模型建立有所裨益。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足提供一种铁路轨道三维约束测量用万向球结构参照点适配器。
本发明采用的技术方案是：将铁路轨道三维约束测量仪上的两拉线传感器的测量拉绳连接在本发明所述的万向球适配器的两个中心对称的连接爪上，连接爪可以单独转动；两连接爪则组合连接在一个万向球轴承上，共同组成一套有多个自由度的万向球结构，以适应不定的轨道CPIII基桩点安装位置。两拉线传感器的拉绳的空间交汇点，就是拉绳的虚拟延伸交汇点。虽然不能直接进行测量其与其它基准的相对位置，但是使用万向球轴承后，这个交汇点就变成的万向球的球心点。万向球结构轴承制造时有比较高的精度，因此只要在制造组装整个适配器的时候，保证将万向球轴承安装位置准确，就可以保证测量拉线的交汇点位置。而且由于万向球轴承的内球结构可以绕球心进行周向转动，当适配器在其初始零位，进行测量值标定时候，可以周向转动一定的角度。这时，万向球的球形内结构的球顶完全露出，可以较为容易的直接测量到内球顶点与拉线量测滚轮之间的距离，补上内球的半径，也就可以得到了虚拟的拉绳交汇点与量测滚轮的距离。这样的测量相对直接，引入测量的测量传递尺寸链环节很少，减少了尺寸链传递的误差累积，使适配器零位测量的准确度得到提高。
本发明的结构包括：安装柄、旋转头、连接爪、球结构轴承、小轴、滚动轴承一、滚动轴承二；
旋转头处于安装柄上部，并绕安装柄旋转，两个呈中心对称的连接爪连接拉线传感器的拉线，两连接爪用球结构轴承安装在小轴上，单独做360度转动，小轴安装在万向球的滚动轴承一中，作周向旋转，球结构轴承外圈安装在旋转头中，球结构轴承内球绕球中心点做周向转动，安装柄安装在滚动轴承二中；
所述适配器在使用时，连接铁路轨道拉线式三维约束测量检查仪上的拉线传感器，安装于铁路轨道沿线的CPIII点基桩孔中，适配器装入CPIII点基桩孔中后，适配器旋转头周向旋转的中心点即为铁路轨道检测用的CPIII点。
本发明的有益效果是：与以往十字轴结构适配器相比，万向球结构适配器结构简单，易于制造，可以通过直接测量万向球轴承外表面来得到虚拟的拉线交汇点，测量比较准确，进而提高整个轨道检测小车测量轨道的准确度。
附图说明
图1为本发明所述万向球结构适配器结构示意图；
图2为本发明所述万向球结构适配器结构剖示图；
图中：1.安装柄、2.旋转头、3.连接爪、4.球结构轴承、5.小轴、6.滚动轴承一、7.滚动轴承二。
图3为本发明所述是适配器万向球转过一定角度的示意图；
图4为测量小车在侧面测量状况示意图；
图中：8.测量小车、9.万向球结构适配器、10.CPIII基桩点；O点即为万向球结构适配器上两条测量拉线的空间交汇点。
具体实施方式
结合附图说明如下：
本发明的结构包括：安装柄、旋转头、连接爪、球结构轴承、小轴、滚动轴承一、滚动轴承二；
旋转头处于安装柄上部，并绕安装柄旋转，两个呈中心对称的连接爪连接拉线传感器的拉线，两连接爪用球结构轴承安装在小轴上，单独做360度转动，小轴安装在万向球的滚动轴承一中，作周向旋转，球结构轴承外圈安装在旋转头中，球结构轴承内球绕球中心点做周向转动，安装柄安装在滚动轴承二中；
所述适配器在使用时，连接铁路轨道拉线式三维约束测量检查仪上的拉线传感器，安装于铁路轨道沿线的CPIII点基桩孔中，适配器装入CPIII点基桩孔中后，适配器旋转头周向旋转的中心点即为铁路轨道检测用的CPIII点。

Claims (1)

1.一种铁路轨道三维约束测量用万向球结构参照点适配器，其特征在于：所述适配器的结构包括：安装柄、旋转头、连接爪、球结构轴承、小轴、滚动轴承一、滚动轴承二；
旋转头处于安装柄上部，并绕安装柄旋转，两个呈中心对称的连接爪连接拉线传感器的拉线，两连接爪用球结构轴承安装在小轴上，单独做360度转动，小轴安装在万向球的滚动轴承一中，作周向旋转，球结构轴承外圈安装在旋转头中，球结构轴承内球绕球中心点做周向转动，安装柄安装在滚动轴承二中；
所述适配器在使用时，连接铁路轨道拉线式三维约束测量检查仪上的拉线传感器，安装于铁路轨道沿线的CPIII点基桩孔中，适配器装入CPIII点基桩孔中后，适配器旋转头周向旋转的中心点即为铁路轨道检测用的CPIII点。
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