CN206914356U - 动态测量钢轨端部轨头直线度装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种动态测量钢轨端部轨头直线度装置，包括钢轨(1)、现场控制***、运动***、钢轨定位***；运动***中，所设的高精度直线丝杠(3)固定装在基座上的钢性支架上，激光位移传感器(6)经传感器固定装置(5)安装在沿着高精度直线丝杠(3)运动的伺服驱动滑台模组(4)两侧；钢轨定位***中，所设的托辊(9)及钢轨导向机构(10)分别放置在钢轨(1)端部的轨中和两端下方。本实用新型实现了钢轨端部轨头直线度的动态检测，可以直观的显示本装置的运行状态和远程控制，有效的提高了检测效率和精度，降低劳动强度，节约了成本。

Description

动态测量钢轨端部轨头直线度装置

技术领域

本实用新型涉及一种动态测量钢轨端部轨头直线度装置，属于钢轨检测技术领域。

背景技术

为改善留缝铁轨造成的轨道不平顺、影响列车快速安全行驶的状况，无缝线路应运而生，即把已标准化的25m长的铁轨在基地工厂用气压焊或接触焊的办法，焊成200m到500m的长轨，然后运到铺轨地点，再焊接成1000m到2000m的长度，铺到线路上就成为一段无缝线路。

钢轨在冷却过程中易产生弯曲，钢轨焊接接头处是易产生轨面不平直的部位，直线度作为钢轨焊接接头外观质量的重要指标，其直接关系到焊接后钢轨合格与否，进而影响列车行驶的平稳性和乘客的安全感。在铺轨作业中，焊接接口处直线度不合格的钢轨既增加了钢轨精调的难度又难保证钢轨的长期稳定性，还易造成车轮与钢轨的撞击，对二者尤其是车轮的损害相当大，缩短了车轮的使用寿命，所以在两段钢轨焊接前确保钢轨焊缝位置直线度对于确保整条铁路线整体直线度意义重大。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是：为解决现场人工检测的检测方式，提供一种动态测量钢轨端部轨头直线度的装置，以便更精确便捷地对钢轨端部的轨顶、轨侧直线度进行测量。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是：包括钢轨、现场控制***、运动***、钢轨定位***；运动***中，所设的高精度直线丝杠固定装在基座上的钢性支架上，激光位移传感器经传感器固定装置安装在沿着高精度直线丝杠运动的由同步带伺服电机驱动的滑台模组两侧；钢轨定位***中，所设的托辊及钢轨导向机构分别放置在钢轨端部的轨中和两端下方。

所述的运动***，主要由同步带伺服电机、高精度直线丝杠、滑台模组、传感器固定装置和激光位移传感器组成，其中：传感器固定装置由三棱柱形金属块、连接件组成，其安装在滑台模组上；滑块模组由传动工作台、金属夹板组成，其安装在高精度直线丝杠上，并由同步带伺服电机驱使运动；高精度直线丝杠由减速齿轮、滚珠丝杠螺母副、导轨副组成，其安装于固定在钢性支架上。

所述激光位移传感器采用GOCATOR 1190智能激光位移传感器，或采用激光轮廓传感器。

所述钢性支架通过定位筋装在钢轨定位***的基座上，该钢性支架由依次连接的方台、连接台、横梁、立柱、底座组成。

所述的钢轨定位***，主要由托辊及钢轨导向机构组成，其中：托辊上设有圆柱形滚轮和弹簧，三个托辊相隔合适的距离分别安装在钢轨预定检测位置的下方两边，可大幅度降低钢轨在送轨过程中竖直方向上的振幅；钢轨导向机构包括机座和装在该机座上的可调导向机构。

所述的可调导向机构由垂直滚轮、气缸、绕轮及手柄组成，其中：手柄安装于绕轮一端，气缸位于垂直滚轮与绕轮之间，绕轮沿顺时针转动时实现加紧，沿逆时针转动实现放松；垂直滚轮有两个，其中心线与激光位移传感器运动路径平行，限制钢轨在送轨时的运动路径，确保钢轨在送轨过程中沿传感器预定移动路径方向移动到检测位置，不发生偏移现象。

在高精度直线丝杠的一端装有传动机构，该传动机构包括伺服电机、同步带及两块扇形偏重组成，其通过改变同步带在塔形带轮上的位置改变激光位移传感器的运动速度。

所述的现场控制***，主要由以数据线相连的单片机***、上位机组成，单片机***由调理电路、采集电路和显示电路组成，上位机采用工业控制计算机。

本实用新型与现有技术相比，具有以下主要的优点：

1.使用托辊及钢轨导向机构，控制钢轨在竖直方向和水平方向上的基准统一性和稳定性，托辊上的圆柱形滚轮与弹簧，大幅度减小钢轨在送轨过程中竖直方向上的振幅，控制钢轨在一定范围内振动，对钢轨起到定位作用；钢轨导向机构上的滚轮，限制钢轨在送轨时的运动路径，确保钢轨在送轨过程中沿传感器预定移动路径方向移动到检测位置，不发生偏移现象。

2.钢轨在检测过程中保持静止，两台激光位移传感器依托滑块模组和高精度直线丝杠架于钢轨上空，由伺服驱动机构驱使进行动态、非接触测量，即使钢轨摆放在检测位置时与直线丝杠方向有较小夹角也能很好地构造出其三维轮廓，柔性高，对钢轨放置作业要求较低，且采集点多，在钢轨轨顶面中线上从轨头开始每3mm采集一个特征点，采集3m范围内共1000个特征点，特征点合理、说服力强，测量结果误差仅0.015mm，精确度高。

3.采用激光位移传感器(激光轮廓传感器)、单片机及上位机等，激光位移传感器将扫描钢轨采集到的模拟信号经单片机转化为数字信号后传输至上位机中，实现了钢轨端部轨头直线度检测过程的自动化，和对钢轨端部轨头直线度检测装置运行状态的直观显示。

4.实用性强：有效针对钢轨端部轨头进行直线度检测，改变当前钢轨抽样检测的检测方式，实现钢轨端部全检，使用经济、装置造价低、运行维护成本低、经济实用，检测过程一般仅约1分30秒，耗时短，可实现无人自动控制及远程实时监测控制。

附图说明

图1是本实用新型的装置整体结构示意图。

图2是本实用新型的激光位移传感器安装示意图。

图3是本实用新型的托辊及钢轨导向机构示意图。

图中：1.钢轨，2.同步带伺服电机，3.高精度直线丝杠，4.滑台模组，5.传感器固定装置，6.激光位移传感器，7.单片机，8.上位机，9.托辊，10.钢轨导向机构，11.方台，12.水平滚轮，13.气缸，14.绕轮，15.手柄，16.定位筋，17.通讯线路，18.扇形偏重，19.托辊滚轮，20.弹簧，21.传感器线，22.垂直滚轮，23.激光扫描范围，24.连接台，25.横梁，26.立柱，27.底座，28.三棱柱形金属块，29.连接件，30.传动工作台，31.金属夹板，32.减速齿轮，33.滚珠丝杠螺母副，34.导轨副。

具体实施方式

本实用新型提供的动态测量钢轨端部轨头直线度装置，是一种能够对焊轨场焊前钢轨端部轨头直线度进行动态测量，并将相关数据传输至移动终端进行远程实时监测及控制。

下面结合实施例和附图对本实用新型做进一步详细的说明，但不限定本实用新型。

本实用新型提供的动态测量钢轨端部轨头直线度的装置，其结构如图1、图2所示，包括钢轨1、现场控制***、钢轨定位***、运动***，以及信号采集***、远程数据检测控制***，它们通过数据线与现场控制***相连。高精度直线丝杠3安装于固定在基座上的钢性支架上，激光位移传感器6经传感器固定装置5安装在沿着高精度直线丝杠3运动的伺服驱动滑台模组4两侧，钢轨端部的轨中和两端下方分别放置有一组托辊9及钢轨导向机构10，共3组。

所述的钢轨1与钢轨导向机构10相连，用于轨顶面、轨侧面的直线度检测。

所述的现场控制***，装在图1中检测装置的旁边，用于实现传感器采集数据、实现单片机***对传感器的控制、实现数据传输。该现场控制***主要由以数据线相连的单片机***7、上位机8和配套电路组成，其中：单片机***由调理电路、采集电路和显示电路组成。上位机采用工业控制计算机。配套电路由激光位移传感器(激光轮廓传感器)的电缆线及供电线组成。

所述的激光位移传感器、滑台模组、高精度直线丝杠、传感器固定装置、同步带伺服驱动机构、托辊及钢轨导向机构、单片机和上位机构成检测装置，其中：激光位移传感器用于扫描钢轨端部轨头轮廓；滑台模组为激光位移传感器提供动态测量依靠；高精度直线丝杠作为滑台模组的运动介质，确定激光传感器的扫描线路，保证检测范围是从钢轨端部轨头至轨尾；传感器固定装置用于将2台激光位移传感器安装在伺服驱动的滑台模组4上；同步带伺服驱动机构给滑台模组提供运动动力；托辊及钢轨导向机构，用于实现钢轨竖直方向上的同一检测基准；单片机通过数据线分别连接上位机和两个激光位移传感器，使上位机能够接收传感器采集的数据；上位机连接交换机，用于对单片机发送指令等功能。

所述的钢轨定位***，主要由托辊9及钢轨导向机构组成，其中：托辊9用于钢轨在整个检测过程中的定位与支撑。钢轨导向机构10用于钢轨进入装置过程中的限位与导向；该钢轨导向机构包括机座和装在该机座上的可调导向机构。可调导向机构由垂直滚轮22、气缸13、绕轮14及手柄15组成，其中：手柄15安装于绕轮14一端，气缸13位于滚轮与绕轮之间，绕轮14沿顺时针转动时实现加紧，沿逆时针转动实现放松。托辊滚轮19托起钢轨1进入检测装置。

所述的运动***，主要由同步带伺服电机2、高精度直线丝杠3、滑台模组4和传感器固定装置5组成，其中：传感器固定装置5装有激光位移传感器6，传感器固定装置5由三棱柱形金属块28、连接件29组成，其安装在滑台模组4上；滑块模组4由传动工作台30、金属夹板31组成，其安装在高精度直线丝杠3上，并由同步带伺服电机2驱使运动；高精度直线丝杠3由减速齿轮32、滚珠丝杠螺母副(含丝杠支撑)33、导轨副34组成，其安装于固定在钢性支架上；钢性支架由依次连接的方台11、连接台24、横梁25、立柱26、底座27组成，其通过定位筋16装在钢轨定位***的基座上。扇形偏重18装在同步带伺服电机2一侧，用于平衡伺服电机。

所述的信号采集***，主要由安装在钢轨上方滑块模组上的两台激光位移传感器6组成。所述激光位移传感器6采用GOCATOR 1190智能激光位移传感器，可扫描钢轨1的轨顶面、轨侧面形成轮廓图像，具有更高的检测精度，并可由激光轮廓传感器替换。

所述的远程数据检测控制***，主要由以串口通信数据线相连的上位机8、ApacheTomcat服务器、局域网和移动终端组成，其中：上位机通过串口通信数据线对现场控制***中的单片机***进行数据通信和控制，该上位机装有用于现场采集数据的存储和实时调用查看的本地ODBC数据源及SQL Server数据库；Tomcat通过局域网向移动终端提供实时监测信息，或者由移动终端向上位机传递控制信息。

本实用新型提供的上述动态测量钢轨端部轨头直线度装置，其工作过程如下：

当钢轨1未送入检测***时，托辊9的水平滚轮12处于托起状态；在钢轨1进入检测***过程中，与托辊9接触并发生振动，由托辊9及钢轨导向机构10中的弹簧20限制滚轮的振幅，控制钢轨1在一定范围内振动，对钢轨1起到定位作用；当钢轨端部已到达检测位置时，托辊9上的气缸会将辊轮下压，使钢轨1落在相应的检测平台基准平面上；钢轨导向机构10的垂直滚轮22限制钢轨在送轨时的运动路径，确保钢轨在送轨过程中沿传感器预定移动路径方向移动到检测位置，不发生偏移。

检测过程中钢轨1处于静止状态，利用两台经传感器固定装置5安装在滑块模组4上、由同步带伺服电机2驱使沿着高精度直线丝杠3运动的激光位移传感器6通过激光测距的方式扫描钢轨端部轨顶、轨侧三个面，扫描信号经传感器线21和通讯线路17传输至单片机7，单片机7读取传感器模拟信号并将模拟信号转换为数字信号并经通讯线路17传输至上位机8，上位机8根据扫描数据分析出钢轨端部轨头部分的三维轮廓和几何尺寸得到钢轨端部轨头部分的三维轮廓，自动分析钢轨端部的轨头外观几何尺寸，并自动计算钢轨端部轨顶直线度和轨侧直线度，检测结果实时显示，判定该钢轨直线度合格性并记录缺陷位置，并记录入库。

Claims (8)

1.一种动态测量钢轨端部轨头直线度装置，包括钢轨(1)、现场控制***，其特征是设有运动***、钢轨定位***；运动***中，所设的高精度直线丝杠(3)固定装在基座上的钢性支架上，激光位移传感器(6)经传感器固定装置(5)安装在沿着高精度直线丝杠(3)运动的由同步带伺服电机(2)驱动的滑台模组(4)两侧；钢轨定位***中，所设的托辊(9)及钢轨导向机构(10)分别放置在钢轨(1)端部的轨中和两端下方。

2.根据权利要求1所述的动态测量钢轨端部轨头直线度装置，其特征是所述的运动***，主要由同步带伺服电机(2)、高精度直线丝杠(3)、滑台模组(4)、传感器固定装置(5)和激光位移传感器(6)组成；传感器固定装置(5)由三棱柱形金属块(28)、连接件(29)组成，其安装在滑台模组(4)上；滑块模组(4)由传动工作台(30)、金属夹板(31)组成，其安装在高精度直线丝杠(3)上，并由同步带伺服电机(2)驱使运动；高精度直线丝杠(3)由减速齿轮(32)、滚珠丝杠螺母副(33)、导轨副(34)组成，其安装于固定在钢性支架上。

3.根据权利要求2所述的动态测量钢轨端部轨头直线度装置，其特征是激光位移传感器(6)采用GOCATOR 1190智能激光位移传感器，或激光轮廓传感器。

4.根据权利要求2所述的动态测量钢轨端部轨头直线度装置，其特征是钢性支架通过定位筋(16)装在钢轨定位***的基座上，该钢性支架由依次连接的方台(11)、连接台(24)、横梁(25)、立柱(26)、底座(27)组成。

5.根据权利要求1所述的动态测量钢轨端部轨头直线度装置，其特征是所述的钢轨定位***，主要由托辊(9)及钢轨导向机构(10)组成；托辊(9)上设有圆柱形滚轮和弹簧，三个托辊相隔合适的距离分别安装在钢轨预定检测位置的下方两边；钢轨导向机构(10)包括机座和装在该机座上的可调导向机构。

6.根据权利要求5所述的动态测量钢轨端部轨头直线度装置，其特征是可调导向机构由垂直滚轮(22)、气缸(13)、绕轮(14)及手柄(15)组成，其中：手柄(15)安装于绕轮(14)一端，气缸(13)位于垂直滚轮(22)与绕轮(14)之间，绕轮(14)沿顺时针转动时实现加紧，沿逆时针转动实现放松；垂直滚轮(22)有两个，其中心线与激光位移传感器(6)运动路径平行。

7.根据权利要求1所述的动态测量钢轨端部轨头直线度装置，其特征是在高精度直线丝杠(3)的一端装有传动机构，该传动机构包括伺服电机、同步带及两块扇形偏重(18)组成，其通过改变同步带在塔形带轮上的位置改变激光位移传感器(6)的移动速度。

8.根据权利要求1所述的动态测量钢轨端部轨头直线度装置，其特征是所述的现场控制***，主要由以数据线相连的单片机***(7)、上位机(8)组成；单片机***由调理电路、采集电路和显示电路组成；上位机采用工业控制计算机。