1.本发明涉及一种小曲率铁轨半径的全线检测装置。


背景技术：

2.目前，小曲率铁轨半径测量方式一般分为两种：一种是向总控制室发送gps信号并从设计图纸中获得铁轨曲率信息，另一种是通过实时处理轨道图像信息获得。但是，这两种方法都有着各自的缺点：第一种方法需要已知当前gps信息，并且需要与总控制室进行实时无线信息交流。但是，由于gps识别精度以及无线电讯号在偏远地区的不稳定性，测量数据的准确性与时效性得不到充分保证。第二种方法是实时对轨道图像进行处理，这种方法主要基于图像识别与数据处理技术来完成。图像识别技术运用于铁轨半径识别，其最大优势是准确度高。但是，该技术对数据存储空间和计算能力均有很高的要求，需要较大的硬件投入，并且在获得结果时效性方面还有待改进。同时，在轨道存在障碍物的情况下，该方法无法测出当前轨道曲率。
3.此外，上述两种检测方式都是选取离散点进行数据处理，无法反应铁轨全线每个位置的曲率。


技术实现要素：

4.发明目的：本发明的目的在于提供一种小曲率铁轨半径的全线检测装置，本发明沿铁轨行进，能够对铁轨的曲率半径进行全线检测，为筛查铁轨危险点提供数据支撑。
5.技术方案：小曲率铁轨半径的全线检测装置，铁轨的腰部两侧分别设置第一从动轮和第二从动轮，第一从动轮和第二从动轮的轮面分别抵靠在铁轨腰部的两侧面，第一从动轮和第二从动轮的轮轴竖直设置，铁轨顶部设置驱动轮和平衡轮，驱动轮和平衡轮的轮面压在铁轨的上表面；
6.第一从动轮和第二从动轮上安装编码器，第一从动轮和第二从动轮的轮轴均向上轴接有延长轴，延长轴上横向设置限位盘；延长轴上部的内侧固定连接有平衡板，平衡板上固定安装有垂直于平衡板的夹持板，夹持板相对设置并在四角通过4个螺栓和4个螺母连接，4个螺栓均贯穿所有夹持板，夹持板相互平行；
7.驱动轮轮轴和平衡轮轮轴各自连接一个u形架，u形架顶端共同安装有限位板，限位板上对称开设有2个平行于驱动轮轮轴的调节槽，2个延长轴分别从2个调节槽中穿过，所述限位盘压在限位板上方，限位盘的直径大于调节槽的宽度；
8.其结构中还包括单片机，编码器与单片机连接，单片机通过无线传输设备连接至显示屏。
9.作为发明的一种优选技术方案，所述平衡板垂直于铁轨的切线，螺栓上设置刻度标记。
10.作为发明的一种优选技术方案，所述第一从动轮、第二从动轮、驱动轮和平衡轮均为刚性轮。
11.作为发明的一种优选技术方案，所述延长轴的直径小于或等于所述调节槽的宽度。
12.作为发明的一种优选技术方案，所述限位盘与延长轴螺纹连接或固定连接，2个延长轴上的限位盘位于同一高度。
13.作为发明的一种优选技术方案，每个所述的平衡板上安装有至少1个夹持板。
14.作为发明的一种优选技术方案，所述驱动轮和平衡轮的直径相等。
15.作为发明的一种优选技术方案，当第一从动轮位于铁轨外凸面、第二从动轮位于铁轨内凹面，单片机计算曲率半径的公式为公式(1)
[0016][0017]
当第二从动轮位于铁轨外凸面、第一从动轮位于铁轨内凹面，单片机计算曲率半径的公式为公式(2)
[0018][0019]
式中，r是铁轨宽度中点位置的曲率半径，r1和r2分别是第一从动轮和第二从动轮的半径，d是第一从动轮和第二从动轮之间铁轨腰部的厚度，ω1和ω2分别是由编码器测量的第一从动轮和第二从动轮的角速度。
[0020]
作为发明的一种优选技术方案，所述铁轨的腰部厚度上下一致，所述第一从动轮和第二从动轮为平轮，即第一从动轮和第二从动轮的轮面与轮轴平行。
[0021]
作为发明的一种优选技术方案，所述铁轨的腰部厚度从上向下逐渐增大，所述第一从动轮和第二从动轮为锥轮，所述r1、r2和d取同一水平面的数据进行计算。
[0022]
有益效果：本发明基于铁轨外凸面与内凹面的弧长差值进行检测并进行微分计算；使用时，本发明装置沿铁轨行进，行进过程中能够对铁轨的曲率半径进行全线检测，行进至铁轨端部，检测随之完成，精度高，检测速度快，结构小巧便携，能适用各种工况下的铁轨，不受地形限制，检测结果可为筛查铁轨危险点提供数据支撑。
[0023]
本发明具有结构简单，对于数据的存储和计算能力都要求较小，方便拆卸等优点，且对于轨道半径的测量准确性较高，能够反应铁轨全线每个位置的曲率数据。
附图说明
[0024]
图1是本发明的立体结构示意图。
[0025]
图2是本发明的横断面示意图。
[0026]
图3是本发明计算方法原理图。
[0027]
图中：1、铁轨 2、腰部 3、第一从动轮 4、第二从动轮 5、驱动轮 6、平衡轮 7、编码器 8、轮轴 9、延长轴 10、限位盘 11、平衡板12、夹持板 13、螺栓 14、螺母15、u形架 16、限位板 17、调节槽。
具体实施方式
[0028]
下面参照附图对本发明作进一步详细阐述。
[0029]
参看附图1
‑
3，在本发明的一个具体实施方式的结构中，铁轨1的腰部2两侧分别设
置第一从动轮3和第二从动轮4，第一从动轮3和第二从动轮4的轮面分别抵靠在铁轨1腰部2的两侧面，第一从动轮3和第二从动轮4的轮轴竖直设置，铁轨1顶部设置驱动轮5和平衡轮6，驱动轮5和平衡轮6的轮面压在铁轨1的上表面；
[0030]
第一从动轮3和第二从动轮4上安装编码器7，第一从动轮3和第二从动轮4的轮轴均向上轴接有延长轴9，延长轴9上横向设置限位盘10；延长轴上9部的内侧固定连接有平衡板11，平衡板11上固定安装有垂直于平衡板11的夹持板12，夹持板12相对设置并在四角通过4个螺栓13和4个螺母15连接，4个螺栓13均贯穿所有夹持板12，夹持板12相互平行；延长轴9、平衡板11、夹持板12、螺栓13和螺母14共同调节，使第一从动轮3和第二从动轮4对称夹紧在铁轨1两侧。
[0031]
驱动轮5轮轴和平衡轮6轮轴各自连接一个u形架15，u形架15顶端共同安装有限位板16，限位板16上对称开设有2个平行于驱动轮5轮轴的调节槽17，2个延长轴9分别从2个调节槽17中穿过，所述限位盘10压在限位板16上方，限位盘10的直径大于调节槽17的宽度；驱动轮5由电机驱动，为本发明装置提供行进动力，平衡轮6和驱动轮5共同支撑限位板16，并使限位板16处于平行于铁轨1上表面的状态。调节槽17使延长轴9具有横向的活动空间，便于拆装第一从动轮3和第二从动轮4，限位盘10能够限定延长轴9的高度，使第一从动轮3和第二从动轮4处于相同高度。
[0032]
在驱动轮5的驱动下，第一从动轮3和第二从动轮4随之沿铁轨1两侧滚动，编码器7能够检测第一从动轮3和第二从动轮4的角速度。
[0033]
其结构中还包括单片机，编码器7与单片机连接，单片机通过无线传输设备连接至显示屏。单片机接收编码器7检测到的角速度值，并利用铁轨1外凸面与内凹面的弧长差值来计算铁轨1的曲率半径。
[0034]
所述平衡板11垂直于铁轨1的切线，螺栓13上设置刻度标记。螺母14调节至螺栓13上的刻度标记相同，能够使夹持板12处于相互平行状态。
[0035]
所述第一从动轮3、第二从动轮4、驱动轮5和平衡轮6均为刚性轮。刚性轮的抗压性能好，能够避免因轮子的形变造成的检测误差。
[0036]
所述延长轴9的直径等于所述调节槽17的宽度。
[0037]
所述限位盘10与延长轴9螺纹连接，2个延长轴9上的限位盘10位于同一高度。限位盘10与延长轴9在铁轨1两侧对称布局，进一步保证检测精度。
[0038]
每个所述的平衡板11上安装有1个夹持板12。
[0039]
所述驱动轮5和平衡轮6的直径相等。易于控制限位板16处于平行于铁轨1上表面的状态。
[0040]
当第一从动轮3位于铁轨1外凸面、第二从动轮4位于铁轨1内凹面，单片机计算曲率半径的公式为公式(1)
[0041][0042]
当第二从动轮4位于铁轨1外凸面、第一从动轮3位于铁轨1内凹面，单片机计算曲率半径的公式为公式(2)
[0043]
[0044]
式中，r是铁轨1宽度中点位置的曲率半径，r1和r2分别是第一从动轮3和第二从动轮4的半径，d是第一从动轮3和第二从动轮4之间铁轨1腰部2的厚度，ω1和ω2分别是由编码器7测量的第一从动轮3和第二从动轮4的角速度。
[0045]
参看图3，以公式(1)举例推算过程，在某时间段，本检测装置沿铁轨1行进一段弧长距离，该弧长距离对应的转向角为θ，第一从动轮3与铁轨1的接触点、第二从动轮4与铁轨1的接触点在此过程中经过的转向角也均为θ，因为转向角等于弧长距离除以曲率半径，结合图3所示，第一从动轮3与铁轨1的接触点的曲率半径为r0+d，第二从动轮4与铁轨1的接触点的曲率半径为r0，得出公式(3)
[0046][0047]
变形运算后求出
[0048]
式中，δs1和δs2分别为第一从动轮3与铁轨1的接触点、第二从动轮与铁轨1的接触点行进弧长距离的微分。
[0049]
又基于轮子行进距离的微分等于线速度(角速度乘以半径)乘以时间的微分，即公式(5)和(6)
[0050]
δs1＝ω1×
r1×
δt
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(5)
[0051]
δs2＝ω2×
r2×
δt
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0052]
将公式(5)和(6)代入公式(4)得出
[0053][0054]
按图3所示，又根据公式(7)和铁轨1腰部2的厚度，即可得出公式(1)。
[0055]
因铁轨1腰部2具有不同的款式，本发明经过适应性调整即可适用。以下是两种常见款式的举例。
[0056]
铁轨1的腰部2厚度上下一致，所述第一从动轮3和第二从动轮4为平轮，即第一从动轮3和第二从动轮4的轮面与轮轴平行。
[0057]
铁轨1的腰部2厚度从上向下逐渐增大，所述第一从动轮3和第二从动轮4为锥轮，所述r1、r2和d取同一水平面的数据进行计算。