一种钢管混凝土枕式无砟轨道轨排拼装方法与流程

1.本发明属于轨道交通工程技术领域，具体涉及一种钢管混凝土枕式无砟轨道轨排拼装方法。


背景技术：

2.钢管混凝土轨枕由混凝土轨枕块和钢管组成，其中在钢管中灌注了混凝土。钢管作为连接构件插接到两个混凝土枕块中，形成钢管混凝土轨枕结构。钢管混凝土作为无砟轨道的重要组成部分，具备强度高、整体性好以及稳定性好等优点，在我国高速铁路、市域铁路、城际铁路等无砟轨道建设中得到了广泛的应用。
3.现有钢管混凝土枕式无砟轨道施工方法一般采用轨排施工法，即首先将轨排在工作车间预组装，然后将轨排整体吊装到轨道施工位置，其中轨排的组装是关键环节。传统的轨排组装方式采用吊车将钢管混凝土轨枕吊装到现场，通过人工将轨枕摆放到位，然后使用工具轨和扣件将轨枕组装到一起形成轨排。传统的轨排组装方法在长期的使用过程中存在以下问题：人工配合摆放轨枕精度低，需要反复调整；组装过程中人员较为密集，劳动强度较大，且吊装场地不安全；轨排安装浇筑完成后工具轨和扣件需要拆卸下来，费时费力。


技术实现要素：

4.针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的一种或者多种，本发明提供了一种钢管混凝土枕式无砟轨道轨排拼装方法，用以解决现有人工安装轨排导致的工作强度打、安装精度低且需要反复调整的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供一种钢管混凝土枕式无砟轨道轨排拼装方法，其包括如下步骤：s1、在轨枕单元的两侧标记安装孔位，在轨枕单元的钢管上标记抓取点位；s2、在地面标记轨枕单元放置位置；s3、抓取轨枕单元的钢管，将轨枕单元抓取至轨枕单元的放置位置；s4、沿纵向放置连接杆，连接杆将相邻轨枕单元连接；s5、在轨枕单元两侧安装侧面轨排连杆，侧面轨排连杆插入轨枕单元两侧的安装孔位内，轨排侧面连杆将各轨枕单元连接形成轨排。
6.作为本发明的进一步改进，所述s1中轨枕单元两侧标记安装孔位包括：确定轨枕单元两侧与侧面轨排连杆对应的圆形安装孔位置，所述圆形安装孔为两个，在两个圆形安装孔的圆心连线中点的上下两侧分别刻蚀标记点位；所述s1中钢管上标记抓取点位包括：获取钢管轴向中心，以背离钢管轴向中心两边nmm处分别刻蚀标记点位。
7.作为本发明的进一步改进，所述标记点位为半径为8~12mm的同心圆环，所述标记点位处喷涂有油漆。
8.作为本发明的进一步改进，所述s2中标记轨枕单元放置位置通过激光点阵发生器
实现，所述s2包括：激光点阵发生器获取轨排长度、相邻轨枕单元的间距、轨枕单元的轨枕间距，激光点阵发生器在地面形成呈阵列布置的十字形安装点位，各十字形安装点位的交叉中心对应各轨枕单元的轨枕块底面几何中心。
9.作为本发明的进一步改进，所述s3中轨枕单元中钢管的抓取通过机械手实现，所述机械手具有电磁吸结构，所述机械手对应连接有图像识别装置，所述s3包括：图像识别装置获取钢管上抓取点位位置，机械手贴附钢管上抓取点处，机械手通电磁吸将钢管吸附抓取。
10.作为本发明的进一步改进，所述s3中机械手吸附力获取方式如下：（公式1）其中，φ为磁通量，单位为wb；b为磁感应强度，单位为t；μ0为真空磁导率，其值为4π*107，单位为wb/a*m；s为磁路截面积，单位为m2。
11.作为本发明的进一步改进，所述s3中磁感应强度b的获取方式如下：（公式2）其中，n为线圈匝数；i为电流强度，单位为a；u为电源电压，单位为v；r为绕线电阻，单位为ω；δ为气隙长度，单位为m。
12.作为本发明的进一步改进，所述连接杆轴向伸缩可调，所述连接杆的两端具有瓦片形状的永久磁铁，且所述连接杆两端与所述钢管的磁吸力通过所述连接杆径向旋转可调。
13.作为本发明的进一步改进，所述图像识别装置为3d相机，所述图像识别装置在双向光源下产生的三维图像转换为二进制图像，将两个方向上的投影图像叠加整合得到阴影图像，通过卷积神经网络训练识别，得到轨枕单元上的安装孔位和抓取点位。
14.上述改进技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
15.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，具有的有益效果包括：（1）本发明的钢管混凝土枕式无砟轨道轨排拼装方法，其通过在轨枕单元的钢管与侧边分别标记点位，并对应在地面标记轨枕单元的放置位置，使得本技术中轨排拼装过程中轨枕单位的放置、轨枕单元的抓取、轨枕单元两侧的侧面轨排连杆的连接等均为可识别形式，方便后续采用机械臂等实现轨排拼装程序的全自动化，无需人工投入，大幅提高了轨排的组装质量和组装效率。
16.（2）本发明的钢管混凝土枕式无砟轨道轨排拼装方法，其通过采用激光点阵技术，在地面形成多个轨枕放置点位，方便轨枕单元的精确放置，而无需人工调整摆放；其通过采用图像识别技术，对轨枕单元上的抓取位置以及侧面轨排连杆的安装位置进行识别，并通过机械手直接实现轨枕单元的精确放置以及侧面轨排连杆的精确安装，实现了钢管混凝土枕式无砟轨道拼排的全自动化，大幅提高了轨排的组装质量和组装效率。
附图说明
17.图1是本发明实施例中钢管混凝土枕式无砟轨道轨排拼装方法的流程示意图；图2是本发明实施例中钢管混凝土枕式无砟轨道轨排的整体结构示意图。
18.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、轨枕块；2、钢管；3、连接杆；4、圆形安装孔。
具体实施方式
19.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。
20.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
21.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
22.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
23.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
24.实施例：请参阅图1、图2，本技术中的钢管混凝土枕式无砟轨道轨排拼装方法主要适用于钢管混凝土枕式无砟轨道轨排的拼装。具体地，该钢管混凝土枕式无砟轨道轨排具体包括沿轨道布置方向间隔设置的多个轨枕单元，各轨枕单元包括沿横向成对设置的轨枕块1，两轨枕块1通过两根钢管2进行连接，钢管2内浇筑有混凝土，钢管2轴向中心两侧nmm分别标记有刻蚀点；两轨枕块1相互背离侧分别开设侧面轨排连杆的安装孔，沿纵向设置的多个轨枕单元通过侧面轨排连杆连接为一个整体。进一步地，沿纵向布置的各轨枕单元之间还设置有连接杆3，连接杆3两端分别对接在相邻轨枕单元的钢管2上，以将各轨枕单元连接为整体。
25.进一步优选地，本技术中的连接杆3为可伸缩设置，可根据轨枕单元之间不同的距离调整连接杆3长度。优选地，连接杆3两端具有瓦片形状的永久磁铁，该连接杆3两端与钢管2的磁吸力通过连接杆3径向旋转可调。连接杆3端部的永久磁铁具备磁极，当旋转连接杆3时，连接杆3与钢管2对应贴附的磁极部位不同，使得连接杆3与钢管2的吸附力发生改变，使得本技术可通过旋转连接杆3实现与钢管2的吸附或取下。
26.本发明优选实施例中的钢管混凝土枕式无砟轨道轨排拼装方法，用于安装上述钢管混凝土枕式无砟轨道轨排，其包括如下步骤：s1、在轨枕单元的两侧标记安装孔位，在轨枕单元的钢管2上标记抓取点位；s2、在地面标记轨枕单元放置位置；s3、抓取轨枕单元的钢管2，将轨枕单元抓取至轨枕单元的放置位置；s4、沿纵向放置连接杆3，连接杆3将相邻轨枕单元连接；s5、在轨枕单元两侧安装侧面轨排连杆，侧面轨排连杆插入轨枕单元两侧的安装孔位内，轨排侧面连杆将各轨枕单元连接形成轨排。
27.在钢管混凝土枕式无砟轨道轨排的拼装过程中，其主要涉及轨枕单元的放置和轨枕单元两侧侧面轨排连杆的连接，本技术将轨排拼装过程中轨枕单元的放置、轨枕单元的抓取以及轨枕单元两侧的侧面轨排连杆的连接等均设置为可识别形式，以便于后续采用机械臂等实现轨排拼装的全自动化，大幅提高轨排的组装质量和组装效率。
28.进一步地，作为本发明的优选实施例，本技术s1中轨枕单元两侧标记安装孔位包括：确定轨枕单元两侧与侧面轨排连杆对应的圆形安装孔4位置，该圆形安装孔4为两个，以两个圆形安装孔4的圆心连线中点的上下两侧分别刻蚀标记点位；具体地，上述圆形安装孔4与侧面轨排连杆的对接尺寸相对应。通常情况下，圆形安装孔4直径为35mm，深度为30mm，并在圆形安装孔4的进口位置设置倒圆角，以减小侧面轨排连杆装配在圆形安装孔4内的应力集中现象。
29.对应地，s1中钢管2上标记抓取点位具体包括：获取钢管2轴向中心，以背离钢管2轴向中心两边nmm处分别刻蚀标记点位。优选地，该钢管2上的刻蚀标记点位分别距离钢管2轴向中心250mm。
30.进一步地，本技术s2中标记点位为半径为8~12mm的同心圆环，并在标记点位出喷涂有油漆。并且，值得注意的是钢管2上的标记点位即为后续抓取点位，轨枕单元两侧的标记点位与两圆形安装孔4的位置相对固定，通过标记点位即可获取得到圆形安装孔4的位置。优选地，本技术中标记点位处喷涂的油漆为反光油漆，其可提高标记点位的识别性，方便图像识别装置获取标记点位的准确位置。
31.进一步地，作为本发明的优选实施例，本技术s2中标记轨枕单元的放置位置通过激光点阵发生器进行标记，具体包括：激光点阵发生器获取轨排长度、相邻轨枕单元的间距、轨枕单元的轨枕间距，激光点阵发生器在轨排的安装处地面形成呈阵列布置的十字形安装点位，各十字形安装点位的交叉中心对应各轨枕单元的轨枕块1底面的几何中心。在轨枕单元的安装布置过程中，需要将轨枕单元装配到对应安装区域，为了实现轨枕单元的精准安装，本技术首先通过激光点阵发生器获取轨排长度、相邻轨枕单元的间距以及轨枕单元的轨枕间距，以获取得到每个轨枕单元的放置位置，轨枕块1作为轨枕单元的主体结构，
本技术以轨枕块1底面的几何中心作为标记点位，通过激光点阵发生器在地面形成与轨枕块1底面几何中心对应的十字形安装点位，该十字形安装点位的交叉中心即代表轨枕块1底面的几何中心，将轨枕单元的轨枕块1对应放置到十字形安装点位的交叉中心，即可实现轨枕单元的精确放置。优选地，本技术中的钢管混凝土枕式无砟轨道轨排的长度包括5600mm、4925mm、6730mm和5500mm等不同规格。
32.进一步地，作为本发明的优选实施例，本技术s3轨枕单元中钢管2的抓取通过机械手来实现，该机械手具有电磁吸结构，并且机械手对应连接图像识别装置，该s3具体包括：图像识别装置获取钢管2上抓取点位位置，机械手贴附钢管2上抓取点处，机械手通电磁吸将钢管2吸附抓取。磁吸抓取形式能够避免传统机械手抓取时与钢管2不匹配的问题，并且磁吸抓取吸附力较大，适用于轨枕单元的抓取搬运。
33.具体地，上述机械手吸附力计算方式如下：（公式1）其中，φ为磁通量，单位为wb；b为磁感应强度，单位为t；μ0为真空磁导率，其值为4π*107，单位为wb/a*m；s为磁路截面积，单位为m2。
34.进一步地，上述公式1中磁感应强度b的计算方式如下：（公式2）其中，n为线圈匝数；i为电流强度，单位为a；u为电源电压，单位为v；r为绕线电阻，单位为ω；δ为气隙长度，单位为m。
35.将公式1与公式2进行合并，可得到吸附力计算公式：（公式3）通过控制机械手吸附力大小，即可实现机械手对不同型号尺寸轨枕单元的稳定抓取移动。
36.进一步地，本技术中的图像识别装置为3d相机，该图像识别装置可在双向光源下产生三维图像，并将其转换为二进制图像，并将两个方向上的投影图像叠加整合得到阴影图像，最后通过卷积神经网络训练识别，以得到轨枕单元上的安装孔位和抓取点位。
37.具体地，上述三维图像转换为二进制图像转换公式如下：（公式4）其中，为点位二进制值；为横向点的二进制值；为纵向点的二进制值。具体地，通过上述3d相机产生三维图像，将三维图像转换为二进制图像并获取位置信息属于现有3d相机常用技术，在此不再赘述。
38.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，并不用以
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。

技术特征：
1.一种钢管混凝土枕式无砟轨道轨排拼装方法，其特征在于，包括如下步骤：s1、在轨枕单元的两侧标记安装孔位，在轨枕单元的钢管上标记抓取点位；s2、在地面标记轨枕单元放置位置；s3、抓取轨枕单元的钢管，将轨枕单元抓取至轨枕单元的放置位置；s4、沿纵向放置连接杆，连接杆将相邻轨枕单元连接；s5、在轨枕单元两侧安装侧面轨排连杆，侧面轨排连杆插入轨枕单元两侧的安装孔位内，轨排侧面连杆将各轨枕单元连接形成轨排。2.根据权利要求1所述的钢管混凝土枕式无砟轨道轨排拼装方法，其特征在于，所述s1中轨枕单元两侧标记安装孔位包括：确定轨枕单元两侧与侧面轨排连杆对应的圆形安装孔位置，所述圆形安装孔为两个，在两个圆形安装孔的圆心连线中点的上下两侧分别刻蚀标记点位；所述s1中钢管上标记抓取点位包括：获取钢管轴向中心，以背离钢管轴向中心两边nmm处分别刻蚀标记点位。3.根据权利要求2所述的钢管混凝土枕式无砟轨道轨排拼装方法，其特征在于，所述标记点位为半径为8~12mm的同心圆环，所述标记点位处喷涂有油漆。4.根据权利要求1所述的钢管混凝土枕式无砟轨道轨排拼装方法，其特征在于，所述s2中标记轨枕单元放置位置通过激光点阵发生器实现，所述s2包括：激光点阵发生器获取轨排长度、相邻轨枕单元的间距及轨枕单元的轨枕块间距，激光点阵发生器在地面形成呈阵列布置的十字形安装点位，各十字形安装点位的交叉中心对应各轨枕单元的轨枕块底面几何中心。5.根据权利要求1所述的钢管混凝土枕式无砟轨道轨排拼装方法，其特征在于，所述s3中轨枕单元中钢管的抓取通过机械手实现，所述机械手具有电磁吸结构，所述机械手对应连接有图像识别装置，所述s3包括：图像识别装置获取钢管上抓取点位位置，机械手贴附钢管上抓取点处，机械手通电磁吸将钢管吸附抓取。6.根据权利要求5所述的钢管混凝土枕式无砟轨道轨排拼装方法，其特征在于，所述s3中机械手吸附力计算方式如下：（公式1）其中，φ为磁通量，单位为wb；b为磁感应强度，单位为t；μ0为真空磁导率，其值为4π*107，单位为wb/a*m；s为磁路截面积，单位为m2。7.根据权利要求6所述的钢管混凝土枕式无砟轨道轨排拼装方法，其特征在于，所述s3中磁感应强度b的计算方式如下：（公式2）其中，n为线圈匝数；i为电流强度，单位为a；u为电源电压，单位为v；r为绕线电阻，单位为ω；δ为气隙长度，单位为m。8.根据权利要求1所述的钢管混凝土枕式无砟轨道轨排拼装方法，其特征在于，所述连
接杆轴向伸缩可调，所述连接杆的两端具有瓦片形状的永久磁铁，且所述连接杆两端与所述钢管的磁吸力通过所述连接杆径向旋转可调。9.根据权利要求5所述的钢管混凝土枕式无砟轨道轨排拼装方法，其特征在于，所述图像识别装置为3d相机，所述图像识别装置在双向光源下产生的三维图像转换为二进制图像，将两个方向上的投影图像叠加整合得到阴影图像，通过卷积神经网络训练识别，得到轨枕单元上的安装孔位和抓取点位。

技术总结
本发明公开了一种钢管混凝土枕式无砟轨道轨排拼装方法，属于轨道交通工程技术领域，包括在轨枕单元的两侧标记安装孔位，在轨枕单元的钢管上标记抓取点位；在地面标记轨枕单元放置位置；抓取轨枕单元的钢管，将轨枕单元抓取至轨枕单元的放置位置；沿纵向放置连接杆，连接杆将相邻轨枕单元连接；在轨枕单元两侧安装侧面轨排连杆，侧面轨排连杆插入轨枕单元两侧的安装孔位内，轨排侧面连杆将各轨枕单元连接形成轨排。本申请将轨排拼装过程中轨枕单元的放置、轨枕单元的抓取以及轨枕单元两侧的侧面轨排连杆的连接等均设置为可识别形式，以便于后续采用机械臂等实现轨排拼装的全自动化，可大幅提高轨排的组装质量和组装效率。可大幅提高轨排的组装质量和组装效率。可大幅提高轨排的组装质量和组装效率。


技术研发人员：张政 李秋义 李路遥 杨舟 朱彬 张世杰 叶松 韦合导 刘慧芳 张泽 任西冲 周磊 杨尚福 张子龙 牛亚文
受保护的技术使用者：中铁第四勘察设计院集团有限公司
技术研发日：2023.04.21
技术公布日：2023/7/25