傳感器直接測量的城軌車輛車輪不圓度檢測裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種傳感器直接測量的城軌車輛車輪不圓度檢測裝置。該裝置包括中央處理單元和多個激光傳感器，所述激光傳感器均與中央處理單元連接；檢測區(qū)段的鋼軌向外偏移，且該檢測區(qū)段的鋼軌內(nèi)側(cè)設(shè)置護軌；激光傳感器設(shè)置于鋼軌偏移所空出的區(qū)域與護軌之間，激光傳感器的探頭沿鋼軌方向排列且均位于車輪下方，所有激光傳感器與進行不圓度測量的車輪圓周共面。該方法使用多個激光傳感器，將其按照一定幾何關(guān)系安裝在車輪下方，選取車輪經(jīng)過每個傳感器測量范圍內(nèi)的探測點，通過最小二乘擬合得到每個傳感器對應(yīng)測量的直徑，而后用最大值減去最小值得到車輪不圓度。本實用新型在線非接觸式測量具有速度快、精度高、測量直徑范圍大的優(yōu)點。
【專利說明】傳感器直接測量的城軌車輛車輪不圓度檢測裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及鐵路車輪檢測領(lǐng)域，特別是一種傳感器直接測量的城軌車輛車輪不圓度檢測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]城軌車輛在運行的過程中會出現(xiàn)不同程度的磨耗，磨耗對車輪安全運行會產(chǎn)生影響，而其中磨耗不均勻?qū)е碌能囕喬っ娑噙呅斡葹橹匾?，它對列車的運行安全性構(gòu)成嚴重威脅，使機車車輛對線路和自身的動力作用大大加大，同時還會帶來附加的振動和沖擊，降低機車車輛的臨界速度，使得列車的平穩(wěn)性和舒適性變差。因此對車輪踏面的不圓度測量對列車安全運行有著重要意義。
[0003]車輪圓度的檢測方法主要分為靜態(tài)檢測和動態(tài)監(jiān)測，靜態(tài)檢測需要在列車停止或車輪拆卸的情況下進行，不僅占用列車的周轉(zhuǎn)時間，且速度慢，勞動強度大；動態(tài)監(jiān)測不僅可以實現(xiàn)對輪對的在線監(jiān)測，而且自動化程度高，不占用車輛周轉(zhuǎn)時間，便于存儲信息資料，目前采用的動態(tài)監(jiān)測不圓度方法有振動加速度檢測法和接觸測量法:
[0004]振動加速度檢測法通過分析采集的整列列車經(jīng)過檢測點時軌道的振動情況，提取車輪的不圓度信息，但是該方法受傳感器安裝夾具、枕木振動衰減的影響，測量精確度不高。接觸測量法典型的為平行四邊形法，專利I (升降式車輪踏面插傷及不圓度在線動態(tài)檢測裝置，申請?zhí)?200720082608.9，申請日:2007-12-20)和專利2 (—種車輪踏面插傷和不圓度在線檢測裝置，申請?zhí)?201210307496.8，申請日:2012-08-27)均公開了平行四邊形結(jié)構(gòu)的在線測量方法及其改進，該方法中位移傳感器與固定在構(gòu)成平行四邊形機構(gòu)一邊的鋼軌上的支座相連，傳感器可直接測量出車輪踏面與輪緣的相對高度的變化量，位移傳感器記錄整個踏面圓周的直徑情況，當踏面不圓時傳感器即輸出曲線從而得出不圓度，但是該方法采用了接觸式測量，不適合于列車高速通過的情況，并且存在測量響應(yīng)速度慢、機械結(jié)構(gòu)壽命低、工程實施困難等問題。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型的目的在于提供一種高精度的傳感器直接測量的城軌車輛車輪不圓度檢測裝置，采用非接觸式測量，檢測速度快、測量范圍大。
[0006]實現(xiàn)本實用新型目的的技術(shù)解決方案為:一種傳感器直接測量的城軌車輛車輪不圓度檢測裝置，包括中央處理單元和多個激光傳感器，所述激光傳感器均與中央處理單元連接；檢測區(qū)段的鋼軌向外偏移，且該檢測區(qū)段的鋼軌內(nèi)側(cè)設(shè)置護軌，護軌與車輪輪緣內(nèi)側(cè)相切；激光傳感器設(shè)置于鋼軌偏移所空出的區(qū)域與護軌之間，激光傳感器的探頭沿鋼軌方向排列且分布在水平線上，各激光傳感器的探測光束垂直鋼軌向上，所有激光傳感器與進行不圓度測量的車輪圓周共面。
[0007]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的顯著優(yōu)點在于:(1)基于激光檢測系統(tǒng)，通過最小二乘擬合的算法，實現(xiàn)對列車車輪在線非接觸測量，測量精度高；(2)由激光傳感器自動獲取車輪任意多點坐標，通過相應(yīng)數(shù)據(jù)處理算法，獲得當下所測車輪直徑，取直徑的最大值減去最小值，得到不圓度的量化指標，操作簡單、方便快捷；(3)自動獲取車輪經(jīng)過時的速度；
(4)具有檢測速度快、測量范圍大的優(yōu)點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1為車輪踏面運行后的磨耗示意圖。
[0009]圖2為本實用新型傳感器直接測量的城軌車輛車輪不圓度檢測裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0010]圖3為本實用新型城軌車輛車輪不圓度檢測裝置中鋼軌切換處的示意圖。
[0011]圖4為本實用新型鋼軌偏移的距離Q與護軌的尺寸破面示意圖。
[0012]圖5為實施例中激光傳感器直線垂直安裝的車輪不圓度檢測示意圖。
[0013]圖6為實施例中9個激光傳感器的測量值S隨時間t (ms)的關(guān)系。
[0014]圖7為實施例中某個傳感器測量點的輸出(Xit，Yit)及其擬合后的圓。
[0015]圖8為實施例中重復測量20次不圓度所得結(jié)果示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖及具體實施例對本實用新型作進一步詳細說明。
[0017]圖1中表示出了某車輪運行過后的踏面形狀與剛投入運行時踏面形狀，可以看出距離輪緣側(cè)面處70mm為磨耗集中處，該處為工程中常用的衡量直徑所在位置，而車輪直徑往往控制在770?840mm之間，故激光傳感器探測點選取為該處的車輪圓周。
[0018]本實用新型基于激光傳感器的城軌車輛車輪不圓度檢測裝置，包括中央處理單元和多個激光傳感器，所述激光傳感器均與中央處理單元連接；檢測區(qū)段的鋼軌向外偏移，且該檢測區(qū)段的鋼軌內(nèi)側(cè)設(shè)置護軌，護軌與車輪輪緣內(nèi)側(cè)相切；激光傳感器設(shè)置于鋼軌偏移所空出的區(qū)域與護軌之間，激光傳感器的探頭沿鋼軌方向排列且分布在水平線上，各激光傳感器的探測光束垂直鋼軌向上，所有激光傳感器與進行不圓度測量的車輪圓周共面。
[0019]如圖2所示，在檢測區(qū)段將鋼軌6外偏，空出一定區(qū)域，將激光傳感器探頭3安裝在車輪I的測量點下方，在輪緣內(nèi)側(cè)設(shè)置護軌5以防止輪對蛇行或軸向竄動造成脫軌，激光傳感器探頭3通過傳感器夾具4固定，并可以調(diào)整激光傳感器探頭3的位置和傾角，各個激光傳感器探頭3發(fā)出的激光光束2能夠同時檢測到車輪上的對應(yīng)檢測點。
[0020]如圖3所示，鋼軌向外偏移的切換處為弧形，有利于列車進入和退出探測區(qū)。圖4說明了鋼軌向外偏移的具體尺寸Q，針對車輪踏面和60軌，Q控制在50?65mm之間，使得軌道中心線不超出車輪的外緣。護軌高出輪緣的尺寸P，控制在30?50mm之間。進行直徑測量的車輪圓周距離車輪輪緣側(cè)面的距離為70mm。
[0021]由于待測的車輪與軌道長期接觸，表面光滑粗糙度低，因此涉及到利用激光掃描測頭對鏡面反射很強的金屬曲面進行輪廓測量，該被測對象是目前形貌測量領(lǐng)域的一個難點。張良等分析了現(xiàn)有的幾種激光測頭對金屬表面的測量能力，得出了錐光偏振全息探頭和斜射式三角探頭較適合測量金屬曲面(張良，費致根，郭俊杰.激光掃描測頭對金屬曲面測量研究，機床與液壓，第39卷第9期:2011年5月)。故本實用新型涉及的激光傳感器，優(yōu)選錐光偏振全息探頭和斜射式三角探頭，激光傳感器的數(shù)量為3?20且所有激光傳感器的探頭通過傳感器夾具固定于車輪下方。[0022]使用上述傳感器直接測量的城軌車輛車輪不圓度檢測裝置進行車輪不圓度檢測的方法，包括以下步驟:
[0023]第I步，將各激光傳感器安裝于鋼軌偏移所空出的區(qū)域，使各個激光傳感器的探頭沿鋼軌方向排列且均位于車輪下方，所有激光傳感器與進行直徑測量的車輪圓周共面，激光傳感器記為Pi,沿著鋼軌方向i依次為1，2，...η，η為激光傳感器的個數(shù)；
[0024]第2步，在進行直徑測量的車輪圓周所在平面上建立二維坐標系:沿鋼軌方向為X軸，經(jīng)過第一個激光傳感器P1且垂直于鋼軌向上為Y軸，則激光傳感器的坐標為(Xi，Yi)，各個激光傳感器探頭相對于X軸的安裝傾角為90° ;
[0025]第3步，采集所有激光傳感器的輸出值，并選出有個傳感器輸出的有效數(shù)據(jù)組{SJ，Si為第i個傳感器Pi的輸出值，i = 1，2，...η ;
[0026]第4步:確定列車經(jīng)過各個傳感器P的速度:
[0027]Vi = AJti
[0028]其中Cli= (X1-XiJ /2+ (Xw-Xi) /2，t! = (tp1-tPH) /2+ (tpi+1_tpi) /2，tpi 為第 i 個傳感器Pi輸出最小值的時刻，tpi+1為第i+Ι個傳感器Pi+1輸出最小值的時刻，tpi_!為第1-Ι個傳感器Pm輸出最小值的時刻，并假定在該傳感器P區(qū)間內(nèi)為勻速；
[0029]第5步，根據(jù)傳感器Pi的輸出值S1、坐標值(Xi，yi)確定車輪上對應(yīng)傳感器Pi的測量點坐標，并以t為時間軸，遴選出該車輪經(jīng)過傳感器
【權(quán)利要求】
1.一種傳感器直接測量的城軌車輛車輪不圓度檢測裝置，其特征在于，包括中央處理單元和多個激光傳感器，所述激光傳感器均與中央處理單元連接；檢測區(qū)段的鋼軌向外偏移，且該檢測區(qū)段的鋼軌內(nèi)側(cè)設(shè)置護軌，護軌與車輪輪緣內(nèi)側(cè)相切；激光傳感器設(shè)置于鋼軌偏移所空出的區(qū)域與護軌之間，激光傳感器的探頭沿鋼軌方向排列且分布在水平線上，各激光傳感器的探測光束垂直鋼軌向上，所有激光傳感器與進行不圓度測量的車輪圓周共面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器直接測量的城軌車輛車輪不圓度檢測裝置，其特征在于，所述檢測區(qū)段為2500?3000mm，檢測區(qū)段鋼軌向外偏移50?65mm，且該鋼軌向外偏移的切換處為弧形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器直接測量的城軌車輛車輪不圓度檢測裝置，其特征在于，所述進行不圓度測量的車輪圓周距離車輪輪緣側(cè)面的距離為70mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器直接測量的城軌車輛車輪不圓度檢測裝置，其特征在于，所述激光傳感器的數(shù)量為為η且3 < η < 20。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器直接測量的城軌車輛車輪不圓度檢測裝置，其特征在于，所述激光傳感器的探頭為錐光偏振全息探頭或斜射式三角探頭，且所有激光傳感器的探頭通過傳感器夾具固定于車輪下方。
【文檔編號】B61K9/12GK203601297SQ201320708896
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月11日
【發(fā)明者】邢宗義, 張永, 陳岳劍 申請人:南京理工大學