线路限界检测动态模拟试验系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了线路限界检测动态模拟试验系统及方法，该线路限界检测动态模拟试验系统包括：两套双向钢轨平移单元，用于承载钢轨，使得对应的钢轨沿水平及竖直方向平移，以模拟不同的铁路现场钢轨环境；六自由度运动模拟单元，包括：多个作动器、悬挂平台及控制器，所述作动器上端固定在所述悬挂装置上，下端与所述悬挂平台连接，所述控制器控制所述作动器伸缩，使所述悬挂平台沿空间坐标系的三个坐标轴平动和转动，以模拟不同铁路现场车身运动情况；支撑框架，带有配重块，用于为双向钢轨平移单元和六自由度运动模拟单元提供支撑、运动平衡和固定框架。本发明专利技术能够实现铁路现场车身六自由度运动模拟。

Dynamic simulation test system and method for line limit detection

The invention provides a line clearance measurement of dynamic simulation test system and method, the line clearance measurement of dynamic simulation test system includes two sets of two-way translation unit for carrying rail, rail, rail makes the corresponding translation along the horizontal and vertical direction, to simulate the iron rail road site environment is different; six degrees of freedom motion simulation unit, including a plurality of actuators, suspension platform and controller, the actuator is fixed on the suspension device, the lower end is connected with the hanging platform, the controller controls the telescopic actuator, the suspension platform along the space coordinates of the three axes of translation and rotation, to simulation of different railway body movement; a supporting frame, with a weight block used for two-way rail translation unit and six degrees of freedom motion simulation unit provides support and exercise Balance and fixed frame. The invention can realize the six degree of freedom motion simulation of the railway body.

【技术实现步骤摘要】
线路限界检测动态模拟试验系统及方法
本专利技术涉及一种线路限界检测动态模拟试验系统及方法，属于铁路和城市轨道交通限界检测领域。
技术介绍
限界(这里特指建筑限界或设备限界)用于保障列车在行驶时有足够的行驶空间和行驶安全，它是一条以钢轨顶面和线路中心线为基准，用于限制建筑物和设备在任何情况下均不得侵入的横断面轮廓尺寸控制线。针对线路限界的检测，国内外均基于激光扫描或断面摄像测量技术来开发线路限界动态检测系统，能够实现在不中断行车的条件下实时、连续地对限界状况进行动态检测。但目前国内还没有相关的动态模拟试验系统，所有的试验均在线路现场进行，极大地限制了试验的频次和准确性，提高了试验测试的成本，同时无法对限界检测设备进行准确的评估。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种线路限界检测动态模拟试验系统及方法，以实现铁路现场钢轨及车身运动情况模拟研究。为了实现上述目的，本专利技术实施例提供了一种线路限界检测动态模拟试验系统，所述的线路限界检测动态模拟试验系统包括：支撑框架，包括底板、支撑梁及设置在所述支撑梁上端的悬挂装置；两套双向钢轨平移单元，设置在所述底板上，分别用于承载钢轨，使得对应的钢轨沿水平及竖直方向平移，以模拟不同的铁路现场钢轨环境；六自由度运动模拟单元，包括：多个作动器、悬挂平台及控制器，所述作动器上端固定在所述悬挂装置上，下端与所述悬挂平台连接，所述控制器控制所述作动器伸缩，使所述悬挂平台沿空间坐标系的三个坐标轴平动和转动，以模拟不同铁路现场车身运动情况。一实施例中，所述的双向钢轨平移单元包括：钢轨固定安装装置及直线滑台；钢轨固定安装装置，固定在所述直线滑台的Z方向平移模块上，用于承载所述钢轨。一实施例中，所述的钢轨固定安装装置包括：锁定装置，用于锁定钢轨，防止钢轨掉落；竖直固定装置，固定在所述直线滑台的Z方向平移模块上；水平固定平台，与所述竖直固定装置连接，用于放置所述钢轨。一实施例中，所述的支撑框架进一步包括：配重块，设置在所述底板上。一实施例中，所述的控制器包括：PLC控制器、伺服驱动器及供电模块；所述PLC控制器，用于通过所述作动器控制所述悬挂平台的运动，并实时接收所述作动器的位移采集模块反馈的位移信息，根据所述位移信息计算所述作动器的作动缸的位移偏差，控制伺服驱动器驱动所述作动器的伺服电机，使所述伺服电机驱动所述作动缸运动，实现所述悬挂平台的姿态纠正。一实施例中，所述六自由度运动模拟单元还包括：上位机，连接至所述控制器，用于向控制器发送悬挂平台的运动波形指令，并通过控制器同步接收作动器反馈的作动缸的位移值以及悬挂平台的位置状态。为了实现上述目的，本专利技术实施例提供一种线路限界检测动态模拟方法，应用于上述线路限界检测动态模拟试验系统，所述的方法包括：步骤1：上位机向所述控制器发送所述悬挂平台的运动波形指令；步骤2：所述控制器根据所述运动波形指令计算所述作动器各作动缸的伸缩量；步骤3：所述控制器根据所述伸缩量控制所述作动器的各作动缸伸缩，使所述悬挂平台沿空间坐标系的三个坐标轴平动和转动；步骤4：所述控制器实时接收所述作动器反馈的所述作动缸的位移信息，依据所述位移信息计算出各所述作动缸的位移偏差；步骤5：判断所述位移偏差是否满足预设精度；步骤6：如果否，根据所述位移偏差所述控制器控制所述作动器进行姿态纠正；重复步骤4至步骤6，直至所述位移偏差满足所述预设精度。一实施例中，所述线路限界检测动态模拟方法还包括，计算所述作动器各作动缸的伸缩量的公式：其中，ΔLi为作动缸的伸缩量，L0为作动缸的原始长度，Li为作动缸伸缩后的长度，Bi、Ai为上下各铰点在参考系Sr下的广义坐标，k为铰点的空间坐标，Ai＝TrbPi，其中R为上平台固连坐标系中上铰点外接圆半径，βi为上平台固连坐标系中上铰点Bi与上铰点外接圆圆心oI构成的矢径oIBi与xi轴的夹角，H为上下平台原始高度差；其中αi为下平台固连坐标系中下铰点Ai和下铰点外接圆原点ob构成的矢径obAi与xb轴的夹角，r为下铰点外接圆半径，Q＝(q1,q2,q3,q4,q5,q6)为下平台固连坐标系相对于参考坐标系的广义姿态，Pi为下铰点Ai在下平台固连坐标系Sb下的广义坐标，Trb为姿态转换矩阵。一实施例中，所述线路限界检测动态模拟方法还包括，计算各作动缸位移偏差的公式为：其中，fj(Q)为各作动缸位移偏差，对其线性化，建立矩阵方程如下：其中，Q0为初始点。本专利技术实施例中，可以实现以下技术效果：通过双向钢轨平移单元的设计，实现了模拟铁路现场钢轨环境。通过六自由度运动模拟单元的设计，实现了模拟不同铁路现场车身运动情况。通过线路限界检测动态模拟试验系统的设计，简化了现有模拟平台装置，降低了成本，丰富了其功能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例的线路限界检测动态模拟试验系统的结构示意图；图2为本专利技术实施例的双向钢轨平移单元的结构示意图；图3为本专利技术实施例的六自由度运动模拟单元的结构示意图；图4为本专利技术实施例的软件系统的架构示意图；图5为本专利技术实施例的悬挂平台运动控制示意图；图6为本专利技术实施例的线路限界检测动态模拟试验系统坐标系示意图；图7为本专利技术实施例的线路限界检测动态模拟方法的流程图；图8为本专利技术实施例的悬挂平台控制原理示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1为本专利技术实施例的线路限界检测动态模拟试验系统的结构示意图，如图1所示，该试验系统包括：支撑框架101，两套双向钢轨平移单元105及六自由度运动模拟单元106。支撑框架101包括底板102、多根支撑梁103及设置在所述支撑梁103上端的悬挂装置104。每根支撑梁103的底部固定在底板102。作为本专利技术的一实施例，为了增加支撑稳定性，可以设置3根支撑梁103，并且底板102的整体尺寸大于悬挂装置104的整体尺寸，能够形成自平衡的支撑结构。两套双向钢轨平移单元105设置在所述底板102上，分别用于承载钢轨，使得对应的钢轨沿水平及竖直方向平移，以模拟不同的铁路现场钢轨环境。六自由度运动模拟单元106为线路限界检测动态模拟试验系统的核心模块，包括：多个作动器107、悬挂平台108及控制器(图中未示出)。所述作动器107上端固定在所述悬挂装置104上，下端与所述悬挂平台108连接，所述控制器控制所述作动器107伸缩，使所述悬挂平台108沿空间坐标系的三个坐标轴平动和转动，以模拟不同铁路现场车身运动情况。作为本专利技术的一实施例，如图1所示，所述的支撑框架101进一步包括：配重块109，设置在所述底板102上，增加配重，避免试验系统倾翻。支撑框架101能够为六自由度运动模拟平台提供安装支撑结构，同时为双向钢轨平移单元提供安装固定架,支撑框架1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种线路限界检测动态模拟试验系统，其特征在于，所述的系统包括：支撑框架，包括底板、支撑梁及设置在所述支撑梁上端的悬挂装置；两套双向钢轨平移单元，设置在所述底板上，分别用于承载钢轨，使得对应的钢轨沿水平及竖直方向平移，以模拟不同的铁路现场钢轨环境；六自由度运动模拟单元，包括：多个作动器、悬挂平台及控制器，所述作动器上端固定在所述悬挂装置上，下端与所述悬挂平台连接，所述控制器控制所述作动器伸缩，使所述悬挂平台沿空间坐标系的三个坐标轴平动和转动，以模拟不同铁路现场车身运动情况。

【技术特征摘要】
1.一种线路限界检测动态模拟试验系统，其特征在于，所述的系统包括：支撑框架，包括底板、支撑梁及设置在所述支撑梁上端的悬挂装置；两套双向钢轨平移单元，设置在所述底板上，分别用于承载钢轨，使得对应的钢轨沿水平及竖直方向平移，以模拟不同的铁路现场钢轨环境；六自由度运动模拟单元，包括：多个作动器、悬挂平台及控制器，所述作动器上端固定在所述悬挂装置上，下端与所述悬挂平台连接，所述控制器控制所述作动器伸缩，使所述悬挂平台沿空间坐标系的三个坐标轴平动和转动，以模拟不同铁路现场车身运动情况。2.根据权利要求1所述的线路限界检测动态模拟试验系统，其特征在于，所述的双向钢轨平移单元包括：钢轨固定安装装置及直线滑台；钢轨固定安装装置，固定在所述直线滑台的Z方向平移模块上，用于承载所述钢轨。3.根据权利要求2所述的线路限界检测动态模拟试验系统，其特征在于，所述的钢轨固定安装装置包括：锁定装置，用于锁定钢轨，防止钢轨掉落；竖直固定装置，固定在所述直线滑台的Z方向平移模块上；水平固定平台，与所述竖直固定装置连接，用于放置所述钢轨。4.根据权利要求1所述的线路限界检测动态模拟试验系统，其特征在于，所述的支撑框架进一步包括：配重块，设置在所述底板上。5.根据权利要求1所述的线路限界检测动态模拟试验系统，其特征在于，所述的控制器包括：PLC控制器、伺服驱动器及供电模块；所述PLC控制器，用于通过所述作动器控制所述悬挂平台的运动，并实时接收所述作动器的位移采集模块反馈的位移信息，根据所述位移信息计算所述作动器的作动缸的位移偏差，控制伺服驱动器驱动所述作动器的伺服电机，使所述伺服电机驱动所述作动缸运动，实现所述悬挂平台的姿态纠正。6.根据权利要求1所述的线路限界检测动态模拟试验系统，其特征在于，所述六自由度运动模拟单元还包括：上位机，连接至所述控制器，用于向控制器发送悬挂平台的运动波形指令，并通过控制器同步接收作动器反馈的作动缸的位移值以及悬挂平台的位置状态。7.一种线路限界检测动态模拟方法，应用于权利要求1-6中任一项所述的线路限界检测动态模拟试验系统，其特征在于，所述的方法包括：步骤1：上位机向所述控制器发送所述悬挂平台的运动波形指令；步骤2：所述控制器根据所述运动波形指令计算所述作动器各作动缸的伸缩量；步骤3：所述控制器根据所述伸缩量控制所述作动器的各作动缸伸缩，使所述悬挂平台沿空间坐标系的三个坐标轴平动和转动；步骤4：所述控制器实时接收所述作动器反馈的所述作动缸的位移信息，依据所述位移信息计算出各所述作动缸的位移偏差；步骤5：判断所述位移偏差是否满足...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙淑杰，王凡，赵鑫欣，陈春雷，刘维桢，吴奇永，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院，中国铁道科学研究院基础设施检测研究所，北京铁科英迈技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11