一种惯性导航与北斗导航一体的轨检小车的制作方法

1.本发明属于轨道监测技术领域，涉及一种惯性导航与北斗导航一体的轨检小车。


背景技术：

2.随着列车运行速度和列车重量的不断提高，机车车辆与轨道结构的相互作用状况愈发趋于严酷，尤其是机车车辆在通过轨道的薄弱环节或存在局部不平顺的轨面时，产生的轮轨冲击影响对轨道和机车车辆的破坏作用越来越大，导致轨道结构部件疲劳破坏问题更加突出，可靠性下降，并加快累积变形和线路几何形位的变化，同时也降低了机车车辆的运行平稳性和安全度，加快了机车车辆零部件的损坏速率。因此，轨检小车起到越来越重要的作用，它可以记录铁路轨道的内部几何状态和外部几何状态，发现轨道平顺状态不良的位置，继而采取紧急补修或限速措施，从而提高维修作业的科学性和针对性，提高线路养护作业的效率，将有限的维修资金用到恰当的维修过程中去。
3.传统的轨道检测小车，是利用全站仪逐根测量轨枕，每个轨枕(0.625米)均需停车进行静态测量，每隔70米左右要进行全站仪搬站重新设站，测量效率约300米/小时，所需配合人员较多，效率不高。另一方面，随着图像测量技术的飞速发展，国外的检测小车已经采用了图像测量技术检测钢轨断面和各种轨道几何参数，虽然可以提高测量轨道的可靠性，但相应的图像处理识别软件开发较复杂，成本上还是相对过高的，在国内铁路轨道检测中普及度也不高，具有一定难度。


技术实现要素：

4.本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种惯性导航与北斗导航一体的轨检小车，利用惯性导航的相对测量能力测量轨道的相对几何形状及轨道不平顺性，利用北斗导航的绝对定位性抑制惯性导航的累积误差，精确定位轨道不平顺发生的位置，实现厘米级的绝对精度。
5.本发明解决技术的方案是：
6.一种惯性导航与北斗导航一体的轨检小车，包括主横梁、2个支撑梁、纵梁、3个行走轮、3个轨距轮、2组导向轮和推杆；其中，纵梁轴向平行于轨道设置，且纵梁放置在轨道的一边上方；主横梁轴向与纵梁垂直，且主横梁水平安装在纵梁的中部；纵梁的轴向两端分别通过1个支撑梁与主横梁连接，形成三角形支撑；纵梁的轴向两端底部、主横梁的轴向外端底部分别设置一个行走轮；每个行走轮的内侧壁设置有1个轨距轮；主横梁底部的轨距轮处对应设置1组导向轮；纵梁底部的其中1个轨距轮处对应设置1组导向轮；推杆设置在主横梁上表面的中部。
7.在上述的一种惯性导航与北斗导航一体的轨检小车，纵梁底部的2个行走轮位于轨道的同一边；主横梁底部的行走轮位于轨道的另一边；推动推杆实现轨检小车通过行走轮沿轨道移动。
8.在上述的一种惯性导航与北斗导航一体的轨检小车，所述轨距轮轴向竖直放置，
即轨距轮沿轨道的侧壁转动；通过轨距轮实现对轨道间距的测量。
9.在上述的一种惯性导航与北斗导航一体的轨检小车，每组导向轮包括2个导向轮；2个导向轮沿轨道方向对称设置在对应轨距轮的两侧；导向轮轴向竖直放置，即导向轮沿轨道的侧壁转动；通过导向轮保证轨检小车沿轨道移动。
10.在上述的一种惯性导航与北斗导航一体的轨检小车，所述推杆的转接器上开有多个角度的定位孔，工作人员可根据身高调节推杆的高度；推杆为多段伸缩结构。
11.在上述的一种惯性导航与北斗导航一体的轨检小车，轨检小车还包括里程计、惯性导航系统、数据处理装置、储蓄电源装置和卫星天线；其中，里程计安装在任意一个行走轮上；惯性导航系统安装在主横梁的上表面，且位于主横梁与纵梁的对接处；数据处理装置设置在惯性导航系统的一侧；储蓄电源装置安装在主横梁的上表面，且位于推杆的一侧；卫星天线安装在储蓄电源装置的顶部。
12.在上述的一种惯性导航与北斗导航一体的轨检小车，主横梁上表面的端面处、纵梁轴向两端的上表面分别设置1个把手；实现搬运轨检小车。
13.在上述的一种惯性导航与北斗导航一体的轨检小车，通过里程计测量轨检小车的行程；通过惯性导航系统测量轨道表面的平整度；数据处理装置实现对全部数据处理。
14.在上述的一种惯性导航与北斗导航一体的轨检小车，主横梁和纵梁采用180mm宽的铝合金型材制成；行走轮采用陶瓷材料制作。
15.在上述的一种惯性导航与北斗导航一体的轨检小车，轨检小车还包括刹车装置，刹车装置安装在行走轮的上方，实现对轨检小车的制动。
16.本发明与现有技术相比的有益效果是：
17.(1)本发明的行走轮优选陶瓷材料制作，陶瓷的力学性能比较好，主要体现在硬度和刚度高，抗压强度高；热性能也不错，表现在膨胀系数比较低，当温度发生变化的时候，它的尺寸是比较稳定的；具备一定的化学特性，主要表现在高温下不容易被氧化，而且对酸碱盐具有很好的抗腐蚀能力，使用时不容易被腐蚀掉；
18.(2)本发明优选180mm宽的铝合金型材作为梁的原材料，其中主横梁和纵梁分别与2个支撑梁构成两个三角形固定连接在一起，构成不拆分的车架,保证车架坚固、耐用，还避免运动过程中车体变形以及车体重复拼装引起误差；
19.(3)本发明导向轮的两个小轮，增加了导向轮与钢轨内测的接触面积，最大限度的降低了小车从轨道划出；
20.(4)本发明中推杆通过转接器安装在小车车架的中间位置，此转接器上开有多个角度的定位孔，工作人员可根据身高调节转动手柄的角度，更舒服推着推杆使小车前进或者后退。
附图说明
21.图1为本发明轨检小车底部示意图；
22.图2为本发明轨检小车顶部示意图。
具体实施方式
23.下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
24.本发明提供了一种惯性导航与北斗导航一体的轨检小车，利用惯性导航的相对测量能力测量轨道的相对几何形状及轨道不平顺性，利用北斗导航的绝对定位性抑制惯性导航的累积误差，精确定位轨道不平顺发生的位置，实现厘米级的绝对精度。
25.惯性导航与北斗导航一体的轨检小车，如图1所述，具体包括主横梁1、2个支撑梁2、纵梁3、3个行走轮5、3个轨距轮8、2组导向轮11和推杆17；其中，纵梁3轴向平行于轨道设置，且纵梁3放置在轨道的一边上方；主横梁1轴向与纵梁3垂直，且主横梁1水平安装在纵梁3的中部；纵梁3的轴向两端分别通过1个支撑梁2与主横梁1连接，形成三角形支撑；纵梁3的轴向两端底部、主横梁1的轴向外端底部分别设置一个行走轮5；每个行走轮5的内侧壁设置有1个轨距轮8；主横梁1底部的轨距轮8处对应设置1组导向轮11；纵梁3底部的其中1个轨距轮8处对应设置1组导向轮11；推杆17设置在主横梁1上表面的中部。
26.纵梁3底部的2个行走轮5位于轨道的同一边；主横梁1底部的行走轮5位于轨道的另一边；推动推杆17实现轨检小车通过行走轮5沿轨道移动。
27.轨距轮8轴向竖直放置，即轨距轮8沿轨道的侧壁转动；通过轨距轮8实现对轨道间距的测量。
28.每组导向轮11包括2个导向轮11；2个导向轮11沿轨道方向对称设置在对应轨距轮8的两侧；导向轮11轴向竖直放置，即导向轮11沿轨道的侧壁转动；通过导向轮11保证轨检小车沿轨道移动。
29.推杆17的转接器上开有多个角度的定位孔，工作人员可根据身高调节推杆17的高度；推杆17为多段伸缩结构。
30.如图2所示，轨检小车还包括里程计13、惯性导航系统15、数据处理装置16、储蓄电源装置18和卫星天线19；其中，里程计13安装在任意一个行走轮5上；惯性导航系统15安装在主横梁1的上表面，且位于主横梁1与纵梁3的对接处；数据处理装置16设置在惯性导航系统15的一侧；储蓄电源装置18安装在主横梁1的上表面，且位于推杆17的一侧；卫星天线19安装在储蓄电源装置18的顶部。
31.主横梁1上表面的端面处、纵梁3轴向两端的上表面分别设置1个把手20；实现搬运轨检小车。
32.通过里程计13测量轨检小车的行程；通过惯性导航系统15测量轨道表面的平整度；数据处理装置16实现对全部数据处理。
33.主横梁1和纵梁3采用180mm宽的铝合金型材制成；行走轮5采用陶瓷材料制作。轨检小车还包括刹车装置，刹车装置安装在行走轮5的上方，实现对轨检小车的制动。
34.行走轮5固定安装在车架上，它的外圆与钢轨顶面在垂向上保持刚性接触，起到支撑小车重量的作用。传统的行走轮采用塑料材料制作，容易磨损变形，影响了测量精度。为保证行走轮不易变形、耐腐蚀、能适应温差变化较大的工作环境，本发明的小车行走轮优选陶瓷材料制作，陶瓷的力学性能比较好，主要体现在硬度和刚度高，抗压强度高；热性能也不错，表现在膨胀系数比较低，当温度发生变化的时候，它的尺寸是比较稳定的；具备一定的化学特性，主要表现在高温下不容易被氧化，而且对酸碱盐具有很好的抗腐蚀能力，使用时不容易被腐蚀掉。
35.行走轮5上方设有刹车装置，当小车需要制动时，通过刹车片对小车刹车制动，避免小车撞击损坏，保护小车，节约维修成本。传统的刹车装置与行走轮通常是做成一体的，
通过伸出的大端面与轨道内侧面之间的滑动摩擦制动，不仅使刹车轮磨损，而且会造成轨距测量误差，降低测量精度。本发明的刹车装置通过l型支架设置在行走轮上方，该装置包括l型支架和刹车片，l型支架水平面固连刹车片，竖直面连接纵梁侧,纵梁内部设有连杆，连杆一端与l型支架连接，一端从纵梁上方伸出，成为控制刹车的手柄。当需要行走时，手柄调到左边，当需要刹车时，手柄跳到右边，操作简单方便。
36.里程计是将两个霍尔传感器安装在同一个行走轮上还可有效地判断轨检小车的运动方向，如前进和后退，通过记录行走轮转动的圈数来计算行走距离。
37.高精度惯性导航部件，针对箱体内部，在设计这些敏感器件的安装面时，就要提出很高的加工精度，如平面度、平行度、垂直度、粗糙度等要求。针对箱体的对外安装面也要精心设计，分别设有安装面和靠面，安装面是箱体底面，靠面是箱体的左侧面，对箱体底部和靠面进行凸台设计，仅对凸台的机械加工精度提出要求，并作为保护面不能喷漆。为保证内部器件的可靠性和稳定性，对组合箱体进行强度、刚度设计。为了方便快速拆装惯性组合，在转接板上安装一个带压片的可调位紧定手柄，通过调节螺杆的长度来控制组合箱体的安装和拆卸。
38.数据处理装置，集数据采集与数据分析为一体，不仅能采集里程计、轨矩测量装置、惯性组合数据，还能对其数据进行分析。数据采集系统除了完成测试信号的采集、记录、回放、检索等功能外，还将信号适调器的标定功能融入其中，同时增加了工程量计算功能，使得在采集程序的示波器上直接可以看到所测试物理量的动态波形。数据分析软件则是在检测作业运行完成后，用于汇总数据并生成测试统计报表和波形曲线的专用软件。该套软件直接针对轨检车日常作业的特点，充分考虑了减少人工作业的工作量。例如，软件具有停车自动停止数据记录的功能，对小于500m的线路能够自动给与校正等，使得整套系统在日常检测作业中基本可以做到无人值守，大大提高了工作效率。
39.储蓄电源装置，该装置包括一块储蓄电池和安装储蓄电池的电池箱，该箱体包括中间环框、上盖和底盖，中间环框设计有一块面板，面板上设有电源开关一个、充电接口一个、电源指示灯一个、12v和24v放电接口各一个、显示装置一个。底盖上除了与环框连接螺纹的安装孔外，还安装有两个松不脱螺钉。外场工作时，将松不脱螺钉与轨检车上的转接板固连；需要充电时，拧开松不脱螺钉就可以拿走储蓄电源装置进行充电。上盖除了与环框连接螺纹的安装孔外，中心还开一个大孔，用于安装全站仪底座和连接器，连接器上方安装北斗导航天线15。
40.北斗卫星导航系统，由空间段、地面段和用户段三部分组成，可为用户提供高精度、高可靠的定位与导航。地面段指的是基站，用户段指的是卫星天线19；本发明将卫星天线架在电源模块的上方，接收基站发送的绝对位置信息，并通过wifi将数据发送到数据采集模块，利用其绝对定位性抑制ins的累积误差，精确定位轨道不平顺发生的位置，实现厘米级的绝对精度。
41.本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。