一种用于轨道病害识别的移动加载装置

技术领域

本发明涉及轨道检测装置技术领域，尤其涉及一种用于轨道病害识别的移动加载装置。

背景技术

随着中国轨道交通的飞速发展，高速铁路和城市轨道交通的运营里程也在不断增加，而在列车荷载的往复作用下，轨道结构也陆续出现了多种不同的病害，因此在轨道交通迅猛发展的同时，对于线路的养护维修和轨道检测的需求不断提高，轨道结构的完整性也是实现列车安全平稳运行的关键。

现有的轨道检测大多为现场人工巡检和基于激光技术、图像处理技术的检测方式。对于现场工人巡检的方式而言，该方式对于工人的操作经验依赖较多，操作过程中不同操作人员的检测水平离散性较大，缺乏一种通用、准确且不依赖于人工主观经验的检测模式及评判方法。对于基于激光技术和图像处理技术的轨道结构病害检查而言，其易于实现轨检车装车及自动检测，但受外界光照环境及结构表面脏污情况影响较为严重，同时对于外观正常但实际力学状态已经出现失效的隐蔽病害检测也存在一定的难度。

发明内容

本发明的实施例提供了一种用于轨道病害识别的移动加载装置，用于解决现有技术中存在在外界光照条件较差、待检测结构表面脏污严重、检测方法对于工人经验的依赖性较强、人工敲击力不均匀、检测方法缺少系统性等方面的不足，无法较为准确的进行失效隐蔽病害的检测的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种用于轨道病害识别的移动加载装置，包括加载机构、传感器、控制器、电源、动力驱动装置和底盘；

加载机构具有加载电动机和加载力锤，加载电动机驱动加载力锤向轨道加载激励，加载力锤端部具有力感应头，用于向控制器反馈力锤加载数据；传感器与控制器电路连接，用于获取被激励的轨道反馈的响应信息；底盘用于承载加载机构、传感器、控制器、电源和动力驱动装置；该底盘具有与动力驱动装置驱动连接的行走轮，通过该行走轮可使底盘沿轨道移动；控制器还与加载机构电路连接，通过改变加载电动机的转速调节加载力锤的加载频率；加载机构可相对于底盘移动，改变加载力锤与轨道的距离；

电源向移动加载装置提供电能。

优选地，加载力锤竖向布置，并且位于某侧路轨的上方，加载电动机横向布置；加载机构还包括转动杆和力锤导向套筒，转动杆一端与加载电动机的输出轴相连接，另一端与力锤活动连接，力锤导向套筒与加载力锤相互套接，并且竖向固定安装；加载电动机通过驱动转动杆摆动，使加载力锤竖向移动；加载机构可相对于底盘竖向移动，改变加载力锤相对于轨道的高度。

优选地，加载机构还包括力锤连接杆，该力锤连接杆两端分别与转动杆和加载力锤相铰接。

优选地，加载机构还包括安装板，该安装板一侧与加载电动机的输出轴相套装，另一侧与底盘相连接。

优选地，加载机构数量为3对，位于底盘两侧。

优选地，传感器包括振动加速度传感器和声压传感器，振动加速度传感器用于获取被激励轨道的振动加速度数据，声压传感器用于获取被激励轨道的声压数据。

优选地，行走轮成对设置；动力驱动装置包括相互驱动连接的伺服电机和蜗轮蜗杆减速器，该蜗轮蜗杆减速器的输出轴的两端分别连接一个行走轮。

优选地，还包括里程编码器，该里程编码器分别与行走轮和控制器电路连接，用于获取并传输移动加载装置的速度和位置信息。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明提供的一种用于轨道病害识别的移动加载装置，包括加载机构、传感器、控制器、电源、动力驱动装置和底盘。加载机构具有加载电动机和加载力锤，向轨道加载激励。加载力锤端部具有力感应头，用于向控制器反馈力锤加载数据。传感器与控制器电路连接，用于获取被激励的轨道反馈的响应信息。底盘用于承载加载机构、传感器、控制器、电源和动力驱动装置。该底盘具有与动力驱动装置驱动连接的行走轮，通过该行走轮可使底盘沿轨道移动。控制器还与加载机构电路连接，用于调节加载力锤的加载频率。本发明提供的移动加载装置，主要解决既有人工检测效率和准确率低、图像处理技术受外界环境和结构表面脏污影响较大、结构中的隐蔽病害不易察觉等缺陷。本发明提供一种轨道病害识别的移动加载装置，通过动力驱动模块实现轨道病害识别装置沿线路里程方向走行，运用加载机构对轨道结构施加荷载激励，振动加速度传感器和声压传感器采集响应数据，根据测试数据分析判断轨道病害的信息更加准确、全面，实现对于轨道病害检测效率和准确率的提高。轨道病害识别的移动加载装置能够克服以往检测凭人工经验和受个人操作习惯影响的不稳定性，且外界光照条件、待检测结构表面的脏污不会对检测结果判断造成影响，同时能够检测出一些目视检测法无法发现的隐蔽病害，实现尽早的发现隐患，及时排除现有的结构安全问题。

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

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。

图1为本发明提供的一种用于轨道病害识别的移动加载装置的设备立体示意图；

图2为本发明提供的一种用于轨道病害识别的移动加载装置的俯视图；

图3为本发明提供的一种用于轨道病害识别的移动加载装置的仰视图；

图4为本发明提供的一种用于轨道病害识别的移动加载装置的加载机构的结构示意图。

图中：

1.底盘 2.电气控制柜支架 3.电气控制柜 4.动力电池模组 5.加载机构 6.行走轮 7.动力驱动装置 8.振动加速度传感器 9.声压传感器 10.里程编码器；11.轴承支架。

501.加载电动机 502.安装板 503.转动杆 504.力锤连接杆 505.力锤导向套筒506.加载力锤 507.力感应头

701.伺服电机 702.蜗轮蜗杆减速器 703.驱动轴。

具体实施方式

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。

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。

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。

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。

本发明提供的一种用于轨道病害识别的移动加载装置，通过采集施加外界激励荷载作用下的振动噪声信号，根据响应的差异性来进行轨道病害的识别，能够实现准确、及时的检测评估，尽早发现线路中的不良状态问题，捕捉轨道结构存在的隐患，能够保证线路在服役过程中不至于发生突然的脆性断裂而导致安全性问题的发生，进而实现轨道交通的正常有序运行。

参见图1，本发明提供的一种用于轨道病害识别的移动加载装置，包括加载机构5、传感器、控制器、电源、动力驱动装置7和底盘1。

参见图4，加载机构5具有加载电动机501和加载力锤506，加载电动机501驱动加载力锤506敲击轨道，向轨道加载激励，加载力锤506端部具有力感应头507，用于向控制器反馈力锤加载数据。在本实施例中，加载力锤506的激振力和频域分布基本一致，频带带宽范围较大的锤击荷载；力锤加载数据包括加载力锤506的加载频率和加载力幅。

传感器与控制器电路连接，用于实时获取被激励的轨道反馈的响应信息，包括振动加速度、声压等信息，并将所获取的响应信息转换成电信号传输到控制器进行进一步的处理。

底盘1用于承载加载机构5、传感器、控制器、电源和动力驱动装置7。

该底盘1具有与动力驱动装置7驱动连接的行走轮6，通过该行走轮6可使底盘1沿轨道移动；控制器还与加载机构5电路连接，通过控制加载电动机501的转速，调节加载力锤的加载频率。加载机构5可相对于底盘移动，改变加载力锤506与轨道之间的距离，调节加载力锤506的加载力幅。

电源向移动加载装置提供电能，在本实施例中，电源为动力电池模组4。

本发明提供的移动加载装置，通过电动机的稳定输出能够保证加载力锤506的加载频率和锤击力幅是稳定值，而不作为变量参数。进一步结合控制器，实现可预设、加载频率和加载力幅。控制器控制加载电动机501转速的方式根据现有技术，例如采用数字脉冲控制方式，此处不再赘述。加载机构5相对于底盘1的移动方式基于现有技术，例如可采用在加载机构5与底盘1上设置相互配合的齿轮齿条结构。

在本发明提供的优选实施例中，加载力锤506竖向布置，并且位于单侧路轨的上方，加载电动机501横向布置。加载机构5还包括转动杆503和力锤导向套筒505，转动杆503一端与所述加载电动机501的输出轴相连接，另一端与所述力锤活动连接，力锤导向套筒505与加载力锤506相互套接，并且竖向固定安装。转动杆503起到传动部件的作用，通过加载电动机501的输出轴旋转驱动转动杆503上下摆动，进一步带动加载力锤506上下移动。力锤导向套筒505用于对加载力锤506进行导向，同时防止加载力锤506偏移。加载机构5相对于底盘1竖向移动，改变加载力锤506相对于轨道的高度，实现调节加载力锤506的力幅。

为了使加载力锤506的动作更为平稳，在进一步的改进中，加载机构5还包括竖向布置力锤连接杆504，该力锤连接杆504两端分别与转动杆503和加载力锤506相铰接。力锤连接杆504延长了力臂，并且增加了一个自由度，能够减少转动杆503的摆动幅度，节约安装空间。

在本发明提供的优选实施例中，加载机构5通过设置安装板502固定安装在底盘1上，如图所示的，安装板502采用L型结构，一侧与加载电动机501的输出轴相套装(可设置轴套)，另一侧与底盘1相固定连接。

加载机构5整体的数量及布置方式可以根据实际需要适当设置，例如在图中所示的，设置有3对共6组加载机构5，对称地布置在底盘1两侧。

在本发明提供的优选实施例中，控制器优选NIcRIO控制器，还可以通过预设程序对加载机构5进行自动控制，采用基于信号控制的加载机构5，通过控制力锤的加载频率从而实现力锤的自动加载，保证激振力和频域分布基本一致，且激励荷载为宽频信号，能够激励其轨道病害对应的振动、噪声响应频段，可解决人工敲击力幅的不均匀性，保证激励的稳定，还可以选择激励载荷形式，可操作性强，保证结构的同一点施加的激励具有较为一致的分布。

在本发明提供的优选实施例中，传感器包括振动加速度传感器8和声压传感器9，振动加速度传感器8用于获取被激励轨道的振动加速度数据，声压传感器9用于获取被激励轨道的声压数据。振动加速度传感器8和声压传感器9能够保证振动加速度、声压数据真实可靠，便于对各类病害进行明确的定量化评价。解决了传统的检测方法，通常依靠工人在天窗时间通过巡检的方式，目视钢轨是否有裂纹出现、轨道板是否存在脱空或者根据敲击后的声音判断扣件弹条螺栓是否松动或断裂的问题，比传统的依靠人工经验判断更加准确，且能在病害未表征出较为明显的状态时及时发现和修补。

在本发明提供的优选实施例中，移动加载装置还包括里程编码器10，该里程编码器10分别与行走轮6和控制器电路连接，用于获取并传输移动加载装置的速度和位置信息。移动加载装置现场测试的振动加速度、声压、力锤加载数据力感应头和里程数据信息进行同步对齐，可以对病害位置进行准确定位，简化人工记录的复杂过程，同时消除人工记录过程中存在的人为错误。

在本发明提供的实施例中，控制器、振动加速度传感器、声压传感器、力感应头和里程编码器均可采用现有技术的产品，表1中提供了上述仪器的选用示例。

表1 相关仪器型号参数

在本发明提供的优选实施例中，如图所示，本移动加载装置的底盘1采用矩形框架式结构，采用焊接制造，底盘1材料可以采用型材钢。行走轮6为两对，分别布置在底盘1前后两侧，每个行走轮6安装在框架式的底盘1外侧，行走轮6安装位置具有轴承支架11，用于安装轴承/轴套。控制器和电源位于电气控制柜3中，还可以内置工作状态指示灯，在底盘1上还固定安装有电气控制柜支架2，用于安装承载电气控制柜3。在本实施例中，电源优选动力电池模组44。动力驱动装置7包括相互驱动连接的伺服电机701和蜗轮蜗杆减速器702，该蜗轮蜗杆减速器702的输出轴的两端贯穿减速器箱体伸出，并分别连接一个行走轮6。该蜗轮蜗杆减速器702的输出轴即驱动轴703。动力驱动装置7优选为一组，可与底盘1前/后侧的行走轮6对相连接，形成前驱或后驱配置。控制器通过控制动力驱动装置7实现移动加载装置在轨道上的移动，例如，初始位置放置在扣件位置处，让移动加载装置按照一定速度匀速运行，控制行进距离为一个扣件间距位置处，停止行进，并控制加载机构5敲击轨道，来实现信号激发的目的，同时实时采集振动加速度、声压、力锤加载数据进行实时存储，现场根据采集到的振动加速度、声压和力锤加载信号类型，匹配相应的屏蔽网线，防止信号受电磁干扰，移动加载装置的速度和位置通过里程编码器10来记录，可以同步记录对齐传感器数据与里程信息。采集的数据存储在控制器，并能够通过控制器上面的数据传输接口导出数据到本地计算机，进行进一步的离线数据分析。采集完一个扣件断面位置处的数据信号后，控制器控制移动加载设备继续以匀速行进至下一个扣件断面位置，进行加载和数据采集过程，重复以上过程实现对线路某距离范围内的线路状态检测。本移动加载装置正常工作速度为5km/h,最高运行速度为30km/h，一个天窗3小时之内能够覆盖15km的检测范围，与传统方法对比检测效率显著提高。

本发明还提供一个实施例，用于显示本移动加载装置的工作过程：

整套装备通过动力电池模组4进行供电，驱动动力驱动装置7、加载机构5行进动作，利用控制器通过其内嵌的程序控制移动加载装置工作；

在控制移动加载装置行进的同时控制加载机构5敲击钢轨，来实现信号激发的目的，利用锤击的方式给轨道结构施加激励，即激振力和频域分布基本一致，频带带宽范围较大的锤击荷载；

利用传感器和力感应头实时采集振动加速度、声压、加载频率和加载力幅等数据，并进行实时存储和在线分析；

将传感器和力感应头采集到的振动加速度、声压、加载频率和加载力幅等数据与里程编码器10记录的移动加载装置的里程信息进行同步对齐；

采集的所有数据存储在控制器，并能够通过控制器上面的数据传输接口导出数据到本地计算机，进行离线数据分析。

综上所述，本发明提供的一种用于轨道病害识别的移动加载装置，包括加载机构、传感器、控制器、电源、动力驱动装置和底盘。加载机构具有加载电动机和加载力锤，向轨道加载激励。加载力锤端部具有力感应头，用于向控制器反馈力锤加载数据。传感器与控制器电路连接，用于获取被激励的轨道反馈的响应信息。底盘用于承载加载机构、传感器、控制器、电源和动力驱动装置。该底盘具有与动力驱动装置驱动连接的行走轮，通过该行走轮可使底盘沿轨道移动。控制器还与加载机构电路连接，用于调节加载力锤的加载频率。本发明提供的移动加载装置，主要解决既有人工检测效率和准确率低、图像处理技术受外界环境和结构表面脏污影响较大、结构中的隐蔽病害不易察觉等缺陷。本发明提供一种轨道病害识别的移动加载装置，通过动力驱动模块实现轨道病害识别装置沿线路里程方向走行，运用加载机构对轨道结构施加荷载激励，振动加速度传感器和声压传感器采集响应数据，根据测试数据分析判断轨道病害的信息更加准确、全面，实现对于轨道病害检测效率和准确率的提高。轨道病害识别的移动加载装置能够克服以往检测凭人工经验和受个人操作习惯影响的不稳定性，且外界光照条件、待检测结构表面的脏污不会对检测结果判断造成影响，同时能够检测出一些目视检测法无法发现的隐蔽病害，实现尽早的发现隐患，及时排除现有的结构安全问题。

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。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

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。

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。