CN104060509A - 一种有砟轨道激光智能起拨道***及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有砟轨道激光智能起拨道***，包括起拨道捣固机(1)，其特征是：还包括集成的全线路测量装置；所述全线路测量装置包括激光发射装置(4)和图像接收装置(5)；所述图像接收装置(5)设于前端图像接收小车(7)上；所述激光发射装置(4)设于所设距离远处的激光发射移动小车(2)上。所述图像接收装置(5)设有两维自动跟踪机构。本发明的施工方法，包括输入线路几何形状参数，起拨道作业；每前进所设距离，电气控制***采集一次前端起、拨道量数据，gva***输出一个作业位置的起、拨道量数据控制作业，gva***反馈一个作业过程的起、拨道量数据。本发明大大减少了有砟轨道精确起拨道测量工作量，提高了施工精度，充分发挥了全线路测量***和大型养路机械的优势，彻底解决了测量工序和起拨道施工的工序衔接的人为失误问题。

Description

一种有砟轨道激光智能起拨道***及施工方法

技术领域

本发明涉及有砟轨道施工领域，具体涉及一种有砟轨道激光智能起拨道***，是有砟轨道大型养路机械道床精确整理的施工***和方法，是有砟轨道客运专线提速的关键技术。

技术背景

有砟轨道因其造价低、工期短、适应性强等优点，我国近几年大规模发展有砟轨道250km/h客运专线，列车运行的的安全性和旅客感受舒适度对轨道的平顺性提出更高的要求。轨道的不平顺按波长可以分为长波不平顺和短波不平顺，长波不平顺主要影响旅客的舒适度，短波不平顺可以在车辆设计中用减振***吸收掉。

研究数据表明：列车以150km/h速度在线路上运行时，如果线路不平顺波长为1m～20m，车体的振动主要集中在2.20～4.00Hz，避开了人体正常的敏感频率，平顺性评价指标属优级。如，线路不平顺波长为20～30m波长时，车体振动主频降低至1.5Hz左右，处于人体敏感范围，大大影响乘坐舒适度。可见，对于旅客列车运行速度较高的线路，必须严格控制波长在20～40米的不平顺，虽然该波段不平顺的幅值较小，但对车体影响较大。随着列车运行速度的提高，需严格控制的线路长波不平顺的波长还要长一些。

目前，我国现有的有砟轨道养护，都是用大型养路机械完成。大型养路机械现在的起拨道技术，起道用的是15.7m钢弦，拨道用的是21m钢弦，受设备长度的限制，设备本身利用钢弦的设计无法消除20m以上的长波不平顺纵。

在列车运行速度较高线路养护时，现有的方法就是在线路上设置CPⅢ测量控制网，再利用轨道测量小车检测出每5米或2.5米的轨道几何偏差，将该测量数据输入起拨道捣固车的计算机，对捣固车测量***的前端测量点进行偏差修正，来减少施工偏差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种有砟轨道激光智能起拨道***及其施工方法，是全线路激光智能起拨道施工***及其方法，是有砟轨道大型养路机械道床精确整理的施工***和方法，是有砟轨道客运专线提速的关键。

本发明基于以下原理：

将全线路测量装置与大型养路机械，如起拨道捣固机的衔接集成***中，所述全线路激光测量***连接到起拨道捣固机上，使起拨道捣固机能自动完成所有几何形状线路的精确起拨道作业。

本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的：

一种有砟轨道激光智能起拨道***，包括起拨道捣固机，还包括与所述起拨道捣固机集成的全线路测量装置；所述全线路测量装置包括激光发射装置和图像接收装置；所述图像接收装置设于所述起拨道捣固机的前端图像接收小车上，如编号为D点小车上；所述激光发射装置设于所设距离远处的激光发射移动小车上。

所述图像接收装置设有两维自动跟踪机构；所述两维自动跟踪机构包括相互结构配置的图像接收器纵向移动油泵、图像接收器纵向移动轨道和图像接收器纵向跟踪马达，以及相互结构配置的图像接收器横向移动油泵、图像接收器横移轨道和图像接收器横向跟踪马达。

所述捣固车前端图像接收小车还设有图像接收小车安装架子、所述架子上设有图像接收小车提升风缸、图像接收小车走行轮、配电箱。

所述前端图像接收小车现有小车的基础上，将小车原双风缸收放改造为四风油缸小车收放提升机构。

集成***中，所述全线路测量装置的数据处理装置，如电脑，设置在所述拨道捣固机的前司机室；所述激光为激光束。

本发明还提供了所述的有砟轨道激光智能起拨道***施工方法，包括以下步骤：准备；捣固车前端图像接收装置对坐标；激光发射装置在发射点对坐标；开始起拨道作业；基准轨坐标数据采集和自身测量***轨道偏差量测量数据采集；起拨道控制***数据处理；起拨道作业***开始作业；测量***轨道偏差量测量实时数据采集；与理论偏差比较是否为0；如果否，即与理论偏差比较不为0时，重新前次步骤的起拨道作业***开始作业流程；如果是，即与理论偏差比较为0时，进行下一步起拨道作业停止；本段作业是否；如果否，即本段作业否，作业走行对，从新上述步骤的开始起拨道作流程；如果是，即本段作业是，进行下一步本次作业是否完；如果否，即本次作业未完，收集下一段起终点坐标；准备重新进行上述捣固车前段接收器对坐标流程；如果是，即本次作业完；进入下一步设备转为运行状态；结束施工。

所述步骤还包括操作控制步骤：设计线型参数、图像接收器测出的光斑坐标、激光测距仪测出的历程数据输入计算机数据处理器；所述计算机数据处理器输出前端起道量、前端拨道量数据给数模转换板D/A，同时，GVA提供的起道减少量、拨道正矢数据输入所述数模转换板D/A；所述数模转换板D/A处理后输出前端起道量、前端拨道量数据给前端模拟信号；所述前端模拟信号分别输出拨道量给右起道模拟控制板、拨道模拟控制板、左起道模拟控制板；所述右起道模拟控制板输出控制信号给右起道控制机构，并接受右起道控制机构的右抄平传感器反馈信息；所述拨道模拟控制板输出控制信号给控制拨道作业机构，并接受所述控制拨道作业机构的拨道传感器反馈信息；所述左起道模拟控制板输出控制信号给左起道控制机构，并接受左起道控制机构的左抄平传感器反馈信息。

所述全线路测量装置测出的前端高程偏差数据，经过数模转换板转换成模拟量直接接入前端起道控制板；所述前端起道控制板、前端拨道控制板可以是原捣固车的控制电路板。

所述全线路测量装置测出的轨道横向偏差数据，经过数模转换板转换成模拟量直接接入前端拨道控制板。

具体步骤为：

将起拨道捣固车运行到施工地点转换成工作状态，将所述激光发射移动小车推到发射位置；

利用L尺测量激光发射处基准轨坐标与设计坐标偏差，设置激光发射装置的纵横向坐标到需要设计位置；再利用L尺测量图像接收处基准轨坐标与设计坐标偏差，设置图像接收装置的纵横向坐标到需要设计位置；

向数据处理电脑输入线路几何形状参数，开始起拨道作业；起拨道捣固车每前进所设距离，电气控制***采集一次前端起、拨道量数据GVA***输出一个作业位置的起、拨道量数据控制作业，GVA***的作业反馈测量***反馈一个作业过程的起、拨道量数据，每秒次数反馈，当反馈数据为零时，达到作业目标，作业停止，一个作业循环结束；起拨道捣固车前进一个单元自动进入下一个作业循环；

当起拨道捣固车作业到距激光发射器所设距离时，停止作业；

移动激光发射装置到下一发射点开始下一段起拨道捣固作业，该段作业无需设置图像接收装置位置。

所述集成***中，所述激光发射装置为激光束起点；移动所述激光发射装置的纵横向坐标到需要设计位置，或虚拟到需要设计位置；

所述图像接收装置为激光束终点；移动所述图像接收装置的纵横向坐标到需要设计位置，或虚拟到需要设计位置。

所述所述起拨道捣固机的前端图像接收小车在现有小车的基础上，将原风开关直接控制小车收放，改造为小车收放风开关与小车图像接收装置是否到安全收起位，进行同步控制连锁。

所述集成***中，所述移动纵横向坐标包括施工前在线路的外侧设置百米线路中心外移桩，以及曲线直缓、缓园、圆缓、缓直、直圆和园直各点的外移桩；

所述操作纵横向坐标包括利用L尺测量激光发射处基准轨坐标与设计坐标偏差。

在所述拨道捣固车上，利用激光弦进行线路几何状态测量，并作为参照：所述激光弦长度在半径小于1000m的曲线或竖曲线用100m激光弦；曲线半径在1000～6000m用200米激光弦；半径大于6000米曲线用300m激光弦；在直线段用600m激光弦；测量出轨道的几何偏差数据，直接用于大型养路机械起道和拨道作业；所述集成***利用激光弦作为参照其特点是在激光弦的起点和终点之间测量误差可以控制在0.3mm内。

所述集成***中，所述全线路测量***的设计曲线参数包括竖曲线半径、竖曲线长度、曲线超高、缓和曲线长度、圆曲线长度、直缓点里程、圆缓点历程、直圆点历程、线路坡度；线路几何形状参数由人工输入数据处理装置，在曲线几何参数人工输入时，直缓点、圆缓点、直圆点、园直点设置历程同步确认。

所述捣固车为已知的结构。

本发明采用上述技术方面，与现有技术相比具有以下有益技术效果：

1.本发明集成***的起拨道施工方法，起拨道作业开始后，起拨道作业全自动智能控制，无需人工干涉。

2.本发明有砟轨道激光智能起拨道***是一种智能化程度高、采用给大型养路机械设备安装全线路激光测量装置，将线路精确测量和起拨道施工集成到一台设备上的施工***，***大大减少了有砟轨道精确起拨道的测量工作量，提高了施工精度，充分发挥了全线路测量***和大型养路机械的优势，彻底解决了测量工序和起拨道施工的工序衔接的人为失误问题。对施工人员的技能要求也大幅度降低，施工效率大大提高，施工成本得到降低，施工质量实现可控，避免了人工调整。

3.本发明是起拨道捣固车上利用激光弦作为参照，测量出轨道的几何偏差数据，直接用于大型养路机械起道和拨道作业，从设备本身消除了100米以下的长波不平顺，使有砟客运专线旅客乘坐舒适度直接由设备保证，改善了以前靠多道工序才能完成的现状，减少了工序衔接的人为失误，保证了施工质量，提高了工作效率，大大降低了施工成本。使施工技术跃上新台阶。

4.本发明起拨道施工方法，合理选用的全线路激光测量***，利用绳正法拨道原理改善线路平顺性，直接针对客运专线影响旅客舒适度的长波不平顺，消除引起旅客振频敏感区的波长段的线路长波不平顺，提高旅客乘坐舒适度，减少旅客旅行疲劳，提高客运专线品质。

5.已知的全线路激光测量是一种相对测量***和方法，相对测量的优点是能最大限度的降低列车脱轨系数，确保运行安全，缺点是与线路设计的中心线位置偏差控制精度受激光起、终点坐标精度的影响。本发明***利用线路中心线百米桩对激光起、终点绝对坐标偏差进行修正，减少激光起终点位置偏差对线路中心线坐标与设计坐标的偏差的影响。能满足客运专线线路中心线偏差不超过10mm的设计要求。

6.本发明激光弦起、终点坐标测量仪器采用L尺，设备价格便宜，目前是2000元/把，使用方法简单，对施工人员技能要求低，培训两小时就可以上岗。与现在使用的轨道检测小车价格昂贵，目前是130万元/每台，软件升级一次90万元，需要多名专业测量人员操作，施工效率低、工序繁杂，组织难度大的施工技术比较，该技术有施工成本低，施工效率高，工序简单，易于施工组织，质量安全可控的特点。

7.本发从设备制造方面消除了工序衔接之间的人为失误，起拨道施工过程实现全自动智能控制，施工人员的素质对施工质量不能产生影响，施工质量由设备自身严格保证，使客运专线有砟轨道起拨道施工技术上了一个新台阶。为进一步提高我国客运专线品质提供了设备基础。

附图说明

图1为本发明激光智能起拨道***结构示意图

图2为图1的捣固车前端图像接收小车俯视图

图3为图1的捣固车前端图像接收小车侧视图

图4为本发明精确起拨道作业流程图

图5为本发明施工电路原理框图

其中，1-起拨道捣固机，2-激光发射小车，3-四风油缸小车收放提升机构，4-激光发射装置，5-图像接收装置，6-激光束，7-起拨道捣固机的前端图像接收小车，8-全线路测量装置的数据处理装置，9-图像接收小车安装架子，10-图像接收小车提升风缸，11-图像接收小车走行轮，12-配电箱，13-图像接收器纵向移动油泵，14-图像接收器纵向移动轨道，15-图像接收器纵向跟踪马达，16-图像接收器横向移动油泵，17-图像接收器横移轨道，18-图像接收器横向跟踪马达，19-动作风开关

具体实施方式

如图1、图2、图3、图4、图5所示本发明有砟轨道激光智能起拨道***，

包括起拨道捣固机1，集成的全线路测量装置；所述全线路测量装置包括激光发射装置4和图像接收装置5；所述图像接收装置5设于所述起拨道捣固机的前端图像接收小车7上；所述激光发射装置4设于所设距离远处的激光发射移动小车2上。所述图像接收装置5设有两维自动跟踪机构；包括图像接收器纵向移动油泵13、图像接收器纵向移动轨道14和图像接收器纵向跟踪马达15，以及图像接收器横向移动油泵16、图像接收器横移轨道17和图像接收器横向跟踪马达18。

所述图像接收器纵向移动油泵13，其负责图像接收器纵向跟踪激光防止脱靶。所述图像接收器纵向移动轨道14保证图像接收器纵向移动准确性。所述图像接收器纵向跟踪马达15为图像接收器纵向移动提供动力。所述图像接收器横向移动油泵16为图像接收器横向移动提供动力，图像接收器横移轨道17保证图像接收器横向移动准确性，所述图像接收器横向跟踪马达18为图像接收器横向移动提供动力。

如图2、图3所述捣固车前端图像接收小车7还设有图像接收小车安装架子9，即改造后的D点小车、所述架子上设有图像接收小车提升风缸10、图像接收小车走行轮11、配电箱12。所述前端图像接收小车为四风油缸小车收放提升机构3的小车。所述全线路测量装置的数据处理装置8设置在所述拨道捣固机的前司机室；所述激光为激光束6。所述图像接收小车提升风缸10是由于改装后D点小车重量加大，原小车的提升风缸提升力不够，改为双风缸提升。

如图4所示有砟轨道激光智能起拨道***施工方法，包括以下步骤：准备；捣固车前端图像接收装置5对坐标；激光发射装置4在发射点对坐标；开始起拨道作业；基准轨坐标数据采集和自身测量***轨道偏差量测量数据采集；起拨道控制***数据处理；起拨道作业***开始作业；测量***轨道偏差量测量实时数据采集；与理论偏差比较是否为0；如果否，即与理论偏差比较不为0时，重新前次步骤的起拨道作业***开始作业流程；如果是，即与理论偏差比较为0时，进行下一步起拨道作业停止；本段作业是否；如果否，即本段作业否，作业走行对，从新上述步骤的开始起拨道作流程；如果是，即本段作业是，进行下一步本次作业是否完；如果否，即本次作业未完，收集下一段起终点坐标；准备重新进行上述捣固车前段接收器对坐标流程；如果是，即本次作业完；进入下一步设备转为运行状态；结束施工。

如图5，施工方法，还包括操作控制步骤：设计线型参数、图像接收器测出的光斑坐标、激光测距仪测出的历程数据输入计算机数据处理器；所述计算机数据处理器输出前端起道量、前端拨道量数据给数模转换板D/A，同时，GVA提供的起道减少量、拨道正矢数据输入所述数模转换板D/A；所述数模转换板D/A处理后输出前端起道量、前端拨道量数据给前端模拟信号4u52039；所述前端模拟信号4u52039分别输出拨道量给右起道模拟控制板7u2(2041)、拨道模拟控制板7u6(2106)、左起道模拟控制板7u2(2041)；所述右起道模拟控制板7u2(2041)输出控制信号给右起道控制机构，并接受右起道控制机构的右抄平传感器反馈信息；所述拨道模拟控制板7u6(2106)输出控制信号给控制拨道作业机构，并接受所述控制拨道作业机构的拨道传感器反馈信息；所述左起道模拟控制板7u2(2041)输出控制信号给左起道控制机构，并接受左起道控制机构的左抄平传感器反馈信息。

具体步骤为：

本发明起拨道施工实施顺序为:先将起拨道捣固车运行到施工地点转换成工作状态，将激光发射移动小车2推到发射位置。利用L尺测量激光发射处基准轨坐标与设计坐标偏差，设置激光发射器4的纵横向坐标到设计线路中心线需要的位置。再利用L尺测量图像接收处基准轨坐标与设计坐标偏差，设置图像接收器5的纵横向坐标到需要设计位置。向数据处理电脑输入线路几何形状参数，开始起拨道作业，起拨道捣固车每前进5mm电气控制***采集一次前端起、拨道量数据，gva***输出一个作业位置的起、拨道量数据控制作业，gva***的作业反馈测量***反馈一个作业过程的起、拨道量数据，每秒24次反馈，当反馈数据为零时，达到作业目标，作业停止，一个作业循环结束。起拨道捣固车前进一个单元自动进入下一个作业循环。当起拨道捣固车作业到距激光发射器5米时，停止作业。移动激光发射器4到下一发射点开始下一段起拨道捣固作业，该段作业不用设置图像接收器5位置。该起拨道施工方法每小时线路精确起拨道施工效率600～1200m/h，施工精度高。用本技术施工的线路旅客乘坐舒适度明显提高。

本发明大大减少了有砟轨道精确起拨道测量工作量，提高了施工精度，充分发挥了全线路测量***和大型养路机械的优势，彻底解决了测量工序和起拨道施工的工序衔接的人为失误问题。

Claims (10)

1.一种有砟轨道激光智能起拨道***，包括起拨道捣固机(1)，其特征是：还包括与所述起拨道捣固机集成的全线路测量装置；所述全线路测量装置包括激光发射装置(4)和图像接收装置(5)；所述图像接收装置(5)设于所述起拨道捣固机的前端图像接收小车(7)上；所述激光发射装置(4)设于所设距离远处的激光发射移动小车(2)上。

2.根据权利要求1所述有砟轨道激光智能起拨道***，其特征是：所述图像接收装置(5)设有两维自动跟踪机构；所述两维自动跟踪机构包括相互结构配置的图像接收器纵向移动油泵(13)、图像接收器纵向移动轨道(14)和图像接收器纵向跟踪马达(15)，以及相互结构配置的图像接收器横向移动油泵(16)、图像接收器横移轨道(17)和图像接收器横向跟踪马达(18)。

3.根据权利要求1或2所述有砟轨道激光智能起拨道***，其特征是：所述捣固车前端图像接收小车(7)还设有图像接收小车安装架子(9)、所述架子上设有图像接收小车提升风缸(10)、图像接收小车走行轮(11)、配电箱(12)。

4.根据权利要求1、2或3所述有砟轨道激光智能起拨道***，其特征是：所述前端图像接收小车(7)为四风油缸小车收放提升机构(3)的小车。

5.根据权利要求1所述有砟轨道激光智能起拨道***，其特征是：所述全线路测量装置的数据处理装置(8)设置在所述拨道捣固机的前司机室；所述激光为激光束(6)。

6.权利要求1-5之一的有砟轨道激光智能起拨道***施工方法，包括以下步骤：准备；捣固车前端图像接收装置(5)对坐标；激光发射装置(4)在发射点对坐标；开始起拨道作业；基准轨坐标数据采集和自身测量***轨道偏差量测量数据采集；起拨道控制***数据处理；起拨道作业***开始作业；测量***轨道偏差量测量实时数据采集；与理论偏差比较是否为0；如果否，即与理论偏差比较不为0时，重新前次步骤的起拨道作业***开始作业流程；如果是，即与理论偏差比较为0时，进行下一步起拨道作业停止；本段作业是否；如果否，即本段作业否，作业走行对，从新上述步骤的开始起拨道作流程；如果是，即本段作业是，进行下一步本次作业是否完；如果否，即本次作业未完，收集下一段起终点坐标；准备重新进行上述捣固车前段接收器对坐标流程；如果是，即本次作业完；进入下一步设备转为运行状态；结束施工。

7.根据权利要求6所述有砟轨道激光智能起拨道***施工方法，还包括操作控制步骤：设计线型参数、图像接收器测出的光斑坐标、激光测距仪测出的历程数据输入计算机数据处理器；所述计算机数据处理器输出前端起道量、前端拨道量数据给数模转换板D/A，同时，GVA提供的起道减少量、拨道正矢数据输入所述数模转换板D/A；所述数模转换板D/A处理后输出前端起道量、前端拨道量数据给前端模拟信号；所述前端模拟信号分别输出拨道量给右起道模拟控制板、拨道模拟控制板、左起道模拟控制板；所述右起道模拟控制板输出控制信号给右起道控制机构，并接受右起道控制机构的右抄平传感器反馈信息；所述拨道模拟控制板输出控制信号给控制拨道作业机构，并接受所述控制拨道作业机构的拨道传感器反馈信息；所述左起道模拟控制板输出控制信号给左起道控制机构，并接受左起道控制机构的左抄平传感器反馈信息。

8.根据权利要求6或7所述有砟轨道激光智能起拨道***施工方法，具体步骤为：

将起拨道捣固车运行到施工地点转换成工作状态，将所述激光发射移动小车(2)推到发射位置；

利用L尺测量激光发射处基准轨坐标与设计坐标偏差，设置激光发射装置(4)的纵横向坐标到需要设计位置；再利用L尺测量图像接收处基准轨坐标与设计坐标偏差，设置图像接收装置(5)的纵横向坐标到需要设计位置；

向数据处理电脑输入线路几何形状参数，开始起拨道作业；起拨道捣固车每前进所设距离，电气控制***采集一次前端起、拨道量数据GVA***输出一个作业位置的起、拨道量数据控制作业，GVA***的作业反馈测量***反馈一个作业过程的起、拨道量数据，每秒次数反馈，当反馈数据为零时，达到作业目标，作业停止，一个作业循环结束；起拨道捣固车前进一个单元自动进入下一个作业循环；

当起拨道捣固车作业到距激光发射器所设距离时，停止作业；

移动激光发射装置(4)到下一发射点开始下一段起拨道捣固作业，该段作业无需设置图像接收装置(5)位置。

9.根据权利要求8所述有砟轨道激光智能起拨道***施工方法，包括以下步骤：所述集成***中，所述激光发射装置(4)为激光束(6)起点；移动所述激光发射装置(4)的纵横向坐标到需要设计位置，或虚拟到需要设计位置；

所述图像接收装置(5)为激光束(6)终点；移动所述图像接收装置的纵横向坐标到需要设计位置，或虚拟到需要设计位置。

所述所述起拨道捣固机的前端图像接收小车(7)的收放风开关(20)与小车图像接收装置(5)是否到安全收起位同步，进行控制连锁。

10.根据权利要求8的有砟轨道激光智能起拨道***施工方法，所述集成***中，所述移动纵横向坐标包括施工前在线路的外侧设置百米线路中心外移桩，以及曲线直缓、缓园、圆缓、缓直、直圆和园直各点的外移桩；

所述操作纵横向坐标包括利用L尺测量激光发射处基准轨坐标与设计坐标偏差。

在所述拨道捣固车上，利用激光弦作为参照：所述激光弦长度在半径小于1000m的曲线或竖曲线用100m激光弦；曲线半径在1000～6000m用200米激光弦；半径大于6000米曲线用300m激光弦；在直线段用600m激光弦；测量出轨道的几何偏差数据，直接用于大型养路机械起道和拨道作业；

所述集成***中，所述全线路测量***的设计曲线参数包括竖曲线半径、曲线超高、缓和曲线长度、圆曲线长度、直缓点里程、圆缓点历程、直圆点历程、线路坡度；线路几何形状参数由人工输入数据处理装置，在曲线几何参数人工输入时，直缓点、圆缓点、直圆点、园直点设置历程同步确认。