一种工务段轨道扣件智能检修系统及方法与流程

本发明属于轨道交通检修设备技术领域，更具体地，涉及一种工务段轨道扣件智能检修系统及方法，主要用于除磁悬浮外的高铁、地铁等工务段钢轨线路扣件的状态检测、维修更换和枕木螺栓装配及拧紧作业。

背景技术：

随着铁路运输队运输的高速化和重载化发展，对铁路的安全监测也提到了新的高度。扣件作为铁路轨道系统的重要组成部分，在服役过程中将承受多次往复性及周期性的横向、纵向弯曲等变应力作用，这将不可避免的造成其断裂，丢失等损害，当扣件连续有三个及以上产生损害时，列车将有大概率脱轨的危险发生。

目前高铁、地铁等工务段用于轨道扣件状态和枕木螺栓锁紧力矩的检测方法和主要特点有：(1)人工查看。采用人工检查方式，必须在天窗时间内完成。在漆黑的夜里，用手电筒照亮，通过人眼观看，再用小铁锤挨个敲击扣件螺丝，检查松动；由于没有快速有效的设备和方法，漏判误判的现象很容易出现。对扣件的检查效率也比较低，完成一段线路的检查花费的时间很长。因此要实现铁路安全性检测和维护工作高效率进行，仅靠检查工人进行手工检测远远满足不了当前的要求。(2)打音检查。在日本等一些发达国家已经采用打音检查，检测工具依然是小铁锤，通过对回音频率信息进行分析，将打音检查装置与定位检测装置组合，对螺栓自动敲打并检测反馈振动曲线，判断螺栓松紧状态。该方式与普通人工检查相比，量化了数据信息需要靠人工判断的步骤，但是作业方式与人工检查基本相同，作业效率没有太大的提升。(3)设备检查。有些工务段对于钢轨的探伤和外形及尺寸公差检测，会采用一些手推式的检测设备，但是由于是依靠手推行走，依然存在劳动强度大和效率低下的问题。

目前高铁、地铁等工务段用于轨道扣件及枕木固定螺栓拧紧的设备和主要特点如下：(1)采用普通手动钢制扳手来拧紧螺栓。使用手动工具拧紧，在螺栓扭矩比较大时需要借助加力棒，劳动强度大；对螺栓拧紧扭矩完全看工人手感，扭矩值精度无法控制，存在过扭或漏打的风险。(2)借助燃油或液压工具。重型燃油动力扳手动力可持续、可组装到轨道推车；但仅适用于竖向轨道螺栓工况，无法适应鱼尾板工况，机器笨重，噪音大，有废气排放，无数据采集、存储和传输功能。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种工务段轨道扣件智能检修系统及方法，采用车载人工驾驶作业模式，通过在轨道车上安装轨道探伤及轨道扣件锁紧力矩传感器，并结合图像识别、视觉识别技术，实现了轨道探伤和轨道扣件状态及螺栓锁紧力矩的自动化检测，与普通人工作业模式相比，提高了工作效率和作业精度。

为了实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种工务段轨道扣件智能检修系统及方法，包括：

沿轨道行驶的轨道车；

与所述轨道车挂接的拧紧机承载车，该拧紧机承载车上设有智能拧紧机构，以及与所述智能拧紧机构匹配的自动送钉机构；

所述智能拧紧机构一端设有实现轨道探伤和轨道扣件状态及螺栓锁紧力矩检测的扣件及轨道检测传感器；

所述智能拧紧机构包括拧紧轴控制器、与该拧紧轴控制器通信连接的拧紧轴控制电机及与所述拧紧轴控制电机连接的伺服扣件拧紧轴；

以及设于所述轨道车内的车载工作站，所述扣件及轨道检测传感器检测到扣件或轨道故障信息后，通过所述车载工作站发送指令给拧紧轴控制器，并控制拧紧轴控制电机驱动伺服扣件拧紧轴动作，同时由所述自动送钉机构匹配自动送钉，实现对轨道和扣件的自动监测与维修。

进一步地，所述伺服电动拧紧轴设于所述轨道车一端，采用低压直流供电，伺服控制器控制，内设有微电脑、伺服马达和扭矩放大器、扭矩采集传感器和双向通讯ip，可自动接受所述车载工作站的数据指令。

进一步地，所述轨道车一端设有探测雷达，该探测雷达与所述车载工作站通信连接。

进一步地，所述智能拧紧机构包括为所述拧紧轴控制器、拧紧轴控制电机及伺服扣件拧紧轴供电的拧紧供电电源。

进一步地，所述拧紧机承载车包括电控箱，该电控箱通过紧固螺钉和防松垫圈与所述拧紧机承载车固定连接。

进一步地，所述拧紧机承载车包括车轮、车体和悬挂装置。

进一步地，所述轨道车内设有低压直流手控拧紧机。

进一步地，所述轨道车内设有应急模块，该应急模块包括拧紧机电池、备品备件以及无线电应急通讯装置。

进一步地，所述轨道车包括车辆由车轮、底盘、驱动模块、防雨棚、供电电池以及座椅；

以及照明模块，该照明模块包括设于轨道车一端的前照明灯，以及设于所述轨道车另一端的后照明灯。

按照本发明的另一个方面，提供一种工务段轨道扣件智能检修装配方法，应用所述的系统实现，包括如下步骤：

s100：将轨道车和拧紧机承载车装载到工务段铁路维修列车上，跟随维修列车到达要检修的铁路区域轨道车和拧紧机承载车挂接组装，并开启照明灯，检测电池电量；

s200：检查拧紧机动作是否正常，扣件及轨道检测传感器回传图像和数据是否正常，检查车载工作站与拧紧机和扣件及轨道检测传感器及探测雷达的信号是否正常；

s300：作业组长启动轨道车向前行驶，观察显示屏幕上的数据和参数如果扣件及轨道检测传感器检测发现钢轨有伤损及裂纹，则系统记录裂纹坐标值，并发送会工务段系统控制中心，控制中心记录下有问题的钢轨坐标数据，并将其发送给钢轨探伤维修小组进行后续处理；

s400：扣件及轨道检测传感器对轨道扣件进行实时拍照并进行图像识别和对比分析，判断是否存在轨道扣件有位置偏移、扣件压板滑落或扣件断裂缺陷；

s500：系统停车，并自动开启照明灯，拧紧机承载车上的视频和定位传感器启动，使得拧紧机自动对准有问题的扣件位置，系统发出提示和报警，提示作业人员对有问题的扣件和压板进行更换，然后拧紧机和自动送钉机构工作，实现对扣件螺栓的自动对位和轴向进给拧紧和退回动作；

s600：轨道车继续行驶，到轨道车巡检到道岔轨道扣件或鱼尾板螺栓，发现有问题时系统会给出提示和报警，低压直流手控拧紧机接受到系统发出的作业子程序后座作业人员确认下开始工作，作业完成后对作业目标扭矩进行实时采集，并对螺栓扭矩进行精确控制，作业完成后，低压直流手控拧紧机上的微电脑继续工作，将数据回传至车载工作站进行合格判定；

s700：如此反复，作业完毕，轨道车行驶至检修铁路段重点，通过工务段轨道检修列车吊运返回工务段车库。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1.本发明的系统，采用车载人工驾驶作业模式，通过在轨道车上安装轨道探伤及轨道扣件锁紧力矩传感器，并结合图像识别、视觉识别技术，实现了轨道探伤和轨道扣件状态及螺栓锁紧力矩的自动化检测，与普通人工作业模式相比，提高了工作效率和作业精度。

2.本发明的系统，系统配备的拧紧轴和低压直流电动拧紧机可对作业目标数据进行采集，实现对扭矩的精确控制，并将采集的数据实时回传至系统，进行合格判定，并将作业记录上传至云端，实现了作业过程数字化。

3.本发明的系统，系统预留接口，可与gsm-r和5g网络进行无缝对接和数据交互；并可与谷歌、高德和百度等多种地图实现数据对接和位置共享，内含北斗和gps两种定位模式，系统可实时记录并反馈位置坐标数据，为远程可视化及ar检作业系统的开展提供数据支撑。

4.本发明的系统，通过在轨道车配备低压直流扣件拧紧机，与普通燃油和液压工具相比，重量轻，拧紧精度高，更是从根本上解决了鱼尾板等水平侧向螺栓的维护和安装问题。

5.本发明的系统，通过采用伺服电动拧紧轴，通过系统设定，具有多轴联动作业和任意位置的单轴独立作业等多种作业模式，并可自由组合，与燃油和液压工具相比，作业过程实现柔性化、智能化。

附图说明

图1为本发明实施例一种工务段轨道扣件智能检修系统及方法示意图；

图2为本发明实施例一种工务段轨道扣件智能检修系统及方法示意图；

图3为本发明实施例中轨道车内部结构示意图；

图4为本发明实施例中轨道车另一侧面结构示意图；

图5为本发明实施例一种工务段轨道扣件智能检修方法流程示意图。

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-轨道车、101-车轮、102-底盘、103-驱动模块、104-防雨棚、105-供电电池、106-座椅、2-探测雷达、3-前照明灯、4-应急模块、5-伺服扣件拧紧轴、6-自动送钉机构、7-后照明灯、8-拧紧轴控制器、9-拧紧轴控制电机、10-拧紧轴供电电源、11-电控箱、12-扣件及轨道检测传感器、13-拧紧机承载车、14-低压直流手控拧紧机、15-车载工作站。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1和图2所示，本发明实施例提供一种工务段轨道扣件智能检修系统及方法，包括轨道车1、探测雷达2、前照明灯3、应急模块4、伺服扣件拧紧轴5、自动送钉机构6、后照明灯7、拧紧轴控制器8、拧紧轴控制电机9、拧紧轴供电电源10、电控箱11、扣件及轨道检测传感器12、拧紧机承载车13、低压直流手控拧紧机14以及车载工作站15。探测雷达2通过紧固螺钉、防松垫圈与轨道车1固定，通过电源线与电气箱连接，通过数据线和信号线与车载工作站15相连接，实现数据互通；前照明灯3通过紧固螺钉和防松垫圈与轨道车1的车体固定，通过电源线与轨道车蓄电池相连接，通过信号线与电控箱11相连接；应急模块4通过紧固螺钉和防松垫圈固定在轨道车1的车架上，通过数据线与车载工作站15相连接；伺服扣件拧紧轴5通过紧固螺钉和防松垫圈与拧紧轴承载车13固定，通过数据线和电源线与拧紧轴控制器8相连接；自动送钉机构6通过紧固螺钉和防松垫圈与拧紧机承载车13固定，其输出端与拧紧机输出口处相连，通过电源线和信号线与电控箱11相连接；拧紧机供电电源10通过紧固螺钉和防松垫圈固定在拧紧机承载车13上，通过电源线与拧紧机控制器8、电控箱接触器和轨道扣件检测传感器12连接；电控箱11通过紧固螺钉和防松垫圈与拧紧机承载车固定，通过电源线和信号线与拧紧轴控制器8、拧紧轴控制电机9、扣件及轨道检测传感器12和后照明灯7相连；拧紧轴控制电机9通过紧固螺钉和防松垫圈与拧紧机承载车13相连接，通过电源线和信号线与电控箱11连接；拧紧机承载车13通过对接机构与轨道车挂装连接，通过紧固螺钉和防松垫圈与伺服扣件拧紧轴5、自动送钉机构6、拧紧轴控制器8、拧紧轴控制电机9、拧紧轴供电电源10、电控箱11和扣件及轨道检测传感器12相连接；低压直流手控拧紧机14通过拧紧机安装座与轨道车1相连接；车载工作站15通过紧固螺钉和防松垫圈与轨道车固定，通过电源线与电控箱11相连接，通过数据线和信号线与照明灯3、定位传感器、探测雷达2、拧紧轴控制器8、自动送钉机构6、电控箱11、扣件及轨道检测传感器12等相连接。本发明的系统，采用车载人工驾驶作业模式，通过在轨道车上安装轨道探伤及轨道扣件锁紧力矩传感器，并结合图像识别、视觉识别技术，实现了轨道探伤和轨道扣件状态及螺栓锁紧力矩的自动化检测，与普通人工作业模式相比，提高了工作效率和作业精度。

具体而言，如图3和图4所示，轨道车1为专门设计的特种作业车辆，主体采用铝合金车间焊接而成，重量轻，强度高。轨道车1包括车轮101、底盘102、驱动模块103、防雨棚104、供电电池105、座椅106、应急模块4、低压直流拧紧机座、照明模块、定位模块等。其中，防雨棚104为半圆弧状结构，底部与底盘102固定连接，底盘102四角分别设有车轮101，该车轮101优选为轨道轮，其可紧扣轨道并延期行走不易脱轨，保证整个系统的安全、稳定运行。轨道车1内设有驱动模块103及供电电池105，用于驱动整个轨道车1沿轨道运动。轨道车1内设座椅106三个，乘员3人，分别为作业组长(驾驶员)、扭矩专员和数据监测专员。轨道车通过轨道轮与列车轨道相接处，通过电机驱动，后挂安装拧紧机承载车，在列车轨道上行驶，并可实现定点停车，通过图像识别技术和激光测距传感器技术，可实现拧紧机与轨道扣件螺栓自动对位。

进一步地，如图1所示，应急模块4设于轨道车1内，包括拧紧机电池、备品备件以及无线电应急通讯装置，应急时使用。

此外，如图2所示，低压直流手控拧紧机14除了拥有伺服电动拧紧轴所有的功能外，与其最大的不同是，采用内置锂电池供电和手提可移动机体，手柄可快速切换方向，可完成对斜向螺栓、道岔螺栓和鱼尾板螺栓等非正常角度螺栓的装配拧紧作业。本发明的系统，通过在轨道车配备低压直流扣件拧紧机，与普通燃油和液压工具相比，重量轻，拧紧精度高，更是从根本上解决了鱼尾板等水平侧向螺栓的维护和安装问题。

如图1所示，前照明灯3，用于夜间行驶时，对前方轨道进行照明。如图2所示，后照明灯7用于夜间工作时，系统监测到轨道扣件螺栓故障，需要用四轴拧紧机作业时，用于作业现场的照明。

此外，如图2所示，车载工作站15为系统的控制核心和大脑。硬件包含无线通讯模块、数据处理模块、数据接受和发送模块和人机交互界面；软件包括系统导航模块、轨道扣件及螺栓扭矩控制模块和轨道扣件数据巡检模块。主要实现对钢轨和轨道扣件的巡视及状态和数据检测，作业目标定位和过程管控及作业过程引导和提示，作业系统车辆和人员的健康状态监测和坐标实时定位等功能。本发明的系统，系统预留接口，可与gsm-r和5g网络进行无缝对接和数据交互；并可与谷歌、高德和百度等多种地图实现数据对接和位置共享，内含北斗和gps两种定位模式，系统可实时记录并反馈位置坐标数据，为远程可视化及ar检作业系统的开展提供数据支撑。

如图1所示，探测雷达2安装在轨道车1的前面，如果在轨道车行驶时，遇到轨道上有碎石坠落或其它障碍物时，可对其进行识别，并反馈给车辆辅助驾驶系统提前减速刹车后停止，防止出现安全事故。

如图1所示，伺服电动拧紧轴5设于轨道车1一端，采用低压直流供电，伺服控制器控制，内置微电脑、私服马达和扭矩放大器、扭矩采集传感器和双向通讯ip，可自动接受车载工作站15的数据指令，并对作业目标进行扭矩采集和控制，作业完成后，通过无线网络将作业数据发送会车载工作站，进行合格判定。本发明的系统，通过采用伺服电动拧紧轴，通过系统设定，具有多轴联动作业和任意位置的单轴独立作业等多种作业模式，并可自由组合，与燃油和液压工具相比，作业过程实现柔性化、智能化。

如图1所示，自动送钉机构6为标准模块，整体固定在拧紧机车架上，输入端连接伺服电动拧紧轴5，有气动送钉和震动送钉两种模式可选，效率高、结构稳定，便于根据实际轨道维修需要，自动输送螺钉给伺服电动拧紧轴5。

如图2所示，拧紧轴控制器8用于控制拧紧轴私服马达的技术参数和程序配置及切换收发工作。拧紧轴控制电机9用于多个或单个拧紧轴工作时，与竖直滑轨和丝杠一起配合，来实现拧紧轴在垂直于水平面方向上对轨道扣件螺栓拧紧的轴向进给和自动退回动作。拧紧轴供电电源10根据程序设定对电动拧紧轴和控制电机进行供电，并具有电量显示、低电量报警和充电过载保护功能。此外，还包括拧紧机承载车13，其主体由铝合金焊接而成，重量轻、强度高；包含车轮、车体和悬挂装置，车体上安装有伺服电动拧紧轴、自动送钉机构、拧紧轴控制器、拧紧轴控制电机、滑轨及丝杠、拧紧轴供电电源、电控箱、扣件及轨道检测传感器等功能模块。电控箱11用于容纳对拧紧轴控制电机动作实现电路及电气原件。本发明的系统，系统配备的拧紧轴和低压直流电动拧紧机可对作业目标数据进行采集，实现对扭矩的精确控制，并将采集的数据实时回传至系统，进行合格判定，并将作业记录上传至云端，实现了作业过程数字化。

如图5所示，本发明实施例中提供一种工务段轨道扣件智能检修装配方法，包括如下步骤:

(1)将轨道车1和拧紧机承载车13装载到工务段铁路维修列车上，跟随维修列车到达要检修的铁路区域；

(2)作业人员通过铁路维修列车上的吊车将轨道车1和拧紧机承载车13从维修车上吊下，放到轨道上，工作人员完成轨道车1和拧紧机承载车13的挂接组装；

(3)夜间作业，轨道车1开机，照明灯开启，检查拧紧机电池电量是否满格，如果电量不足，更换新电池；

(4)检查拧紧机动作是否正常，扣件及轨道检测传感器12回传图像和数据是否正常，检查车载工作站15与拧紧机和扣件及轨道检测传感器12及探测雷达2的信号是否正常，若不正常，排查故障；

(5)将人员分组，3人一个小组，一名组长，两名检测专员，持设备培训合格有效证件上岗，作业组长启动轨道车1向前行驶，作业组长(驾驶员)、扭矩专员和数据监测专员每个人各司其职，观察显示屏幕上的数据和参数；

(6)根据系统设定，如果扣件及轨道检测传感器12检测发现钢轨有伤损及裂纹，则系统记录裂纹坐标值，并发送会工务段系统控制中心，控制中心记录下有问题的钢轨坐标数据，并将其发送给钢轨探伤维修小组进行后续处理；

(7)轨道车1继续行驶，拧紧机承载车13上安装的扣件及轨道检测传感器12对轨道扣件进行实时拍照并进行图像识别和对比分析，如果发现轨道扣件有位置偏移、扣件压板滑落或扣件断裂等缺陷时，则系统停车，并自动开启照明灯，拧紧机承载车13上的视频和定位传感器启动，使得拧紧机自动对准有问题的扣件位置，系统发出提示和报警，提示作业人员对有问题的扣件和压板进行更换，然后拧紧机和自动送钉机构6工作，实现对扣件螺栓的自动对位和轴向进给拧紧和退回动作。

(8)轨道车1继续行驶，到轨道车巡检到道岔轨道扣件或鱼尾板螺栓，发现有问题时，由于拧紧机上安装的四轴混动(既可以联动，也可以单独动作，还可以其中任意轴自由组合)不能安装并拧紧非垂直方向的轨道扣件螺栓，此时系统会给出提示和报警，提示作业人员使用轨道车上的低压直流手控拧紧机14进行扣件更换和安装拧紧作业，低压直流手控拧紧机14接受到系统发出的作业子程序后座作业人员确认下开始工作，作业完成后对作业目标扭矩进行实时采集，并对螺栓扭矩进行精确控制，作业完成后，低压直流手控拧紧机14上的微电脑继续工作，将数据回传至车载工作站15进行合格判定。

(9)如此反复，作业完毕，轨道车1行驶至检修铁路段重点，通过工务段轨道检修列车吊运返回工务段车库。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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