專利名稱：一種車輪輪緣厚度動態(tài)測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種列車車輪輪緣厚度測量裝置，特別適用于對運動中的車輪的輪緣厚度進行在線測量。
背景技術(shù)：
車輪是關(guān)系到列車運行安全的關(guān)鍵運動部件，其幾何尺寸的精度直接影響到輪軌的配合和列車的行車安全，車輪幾何尺寸超差，特別是輪緣厚度超差時會影響輪軌配合關(guān)系，造成列車脫軌，引起重大列車事故，故在我國實行車輪定期檢修制度。換而言之，車輪在鐵路上運行一段時間后必須送到車輛段或車輛廠進行檢修?，F(xiàn)有的檢測車輪輪緣厚度的方法和手段大部分采用簡單的機械測量器具，如車輪第三、第四檢查器。這些測量方法和手段的主要缺點是測量效率極低，測量精度低，測量結(jié)果受測量人員的影響大，不能滿足我國鐵路發(fā)展的要求。20世紀(jì)80年代，我國開展了車輪幾何尺寸自動測量的研究，其主要測量原理是將車輪用托架支起來，并讓其旋轉(zhuǎn)，用多種接觸式傳感器測量各種幾何尺寸，其中包括輪緣厚度[白福生，輪對自動檢測機的研制及其應(yīng)用，《機車車輛工藝》，1997年第6期]，這種測量方法的主要缺點是接觸式測量，因為車輪表面不規(guī)則和粗糙，極容易造成接觸式傳感器的損壞，給實際應(yīng)用帶來較大的問題。同時，該方法只能用于車間車輪尺寸的自動測量，不能用于在列車運動過程中實現(xiàn)對車輪幾何參數(shù)的在線測量。隨著我國列車技術(shù)的發(fā)展，列車速度的不斷提高，車輪各種磨耗，特別是輪緣磨耗大幅度加快，定期檢修車輪各種幾何尺寸的方式將不再滿足我國鐵路發(fā)展的需要。研制車輪幾何參數(shù)動態(tài)測量方法、技術(shù)及設(shè)備，在列車行走過程中實現(xiàn)對車輪幾何參數(shù)的在線測量，變被動修為狀態(tài)修，可滿足我國鐵路快速發(fā)展的需要。在輪對幾何參數(shù)自動測量中，輪緣厚度最難測量，而輪緣磨耗狀態(tài)直接關(guān)系到輪軌配合和車輛的行車安全。國外對車輪幾何參數(shù)動態(tài)測量的研究始于90年代，目前俄羅斯、日本、德國、法國、羅馬尼亞、美國等已先后建立起不同類型的動態(tài)測量系統(tǒng)，可在列車低速(＜8Km/h)行使時對車輪關(guān)鍵幾何參數(shù)進行動態(tài)測量，其中包括對輪緣厚度的測量，其測量誤差為0.2mm，測量時列車的速度小于8Km/h。概括起來，目前國外動態(tài)測量車輪幾何參數(shù)的方法有1)超聲波測量為主，配以其它傳感器；2)特殊光源與CCD攝像相結(jié)合；3)斷軌加光學(xué)測量等[馬林，車輪踏面外形幾何參數(shù)的檢測技術(shù)，《國外鐵道車輛》，1998年第6期40～42]，[羅馬尼亞，車輪外形磨耗自動檢測系統(tǒng)，《國外鐵道車輛》，1995年第4期53～57]，但這些測量方法的主要缺點在于測量機構(gòu)復(fù)雜，測量輪緣時測量基準(zhǔn)不易確定，有的測量裝置需要改造現(xiàn)有鋼軌，不宜在我國推廣使用。國內(nèi)目前尚無動態(tài)測量輪緣厚度的方法和技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容本實用新型所要解決的是，提供一種測量精度高的車輪輪緣厚度測量裝置，并能實現(xiàn)車輪在行進中對其輪緣厚度或厚度的變化進行動態(tài)測量。
車輪輪緣厚度動態(tài)測量裝置由四連桿機構(gòu)、輪緣厚度測量單元及信號處理單元構(gòu)成。其特征在于所述的四連桿機構(gòu)與鋼軌固定在一起，形成一平行四邊形機構(gòu)；所述的輪緣厚度測量單元由傳感器構(gòu)成，此傳感器固定在四連桿機構(gòu)的上平板上。信號處理單元主要采集傳感器的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行處理，得到車輪輪緣厚度或厚度的變化量。
本實用新型的有益效果是其一，采用四連桿機構(gòu)，并將輪緣厚度測量單元中的傳感器固定在平行四邊形的上平板上，傳感器測量點到輪緣頂點的距離為一標(biāo)準(zhǔn)值，與實際測量輪緣厚度的基準(zhǔn)完全相同，同時測量點不會因為車輪踏面形貌的變化而變化，避免了使用攝像等方法尋求測量基準(zhǔn)帶來的測量誤差，大大提高了輪緣厚度的測量精度；其二，由于平板、支桿等與鋼軌一起形成了平行四邊形機構(gòu)，使得車輪輪緣厚度動態(tài)測量裝置與鋼軌形成一個整體，與列車的振動大小無關(guān)，因而與列車的速度、重量、鋼軌的質(zhì)量等許多因素?zé)o關(guān)，克服已有方法中測量結(jié)果受這些參數(shù)影響的缺點，極大地提高了測量的準(zhǔn)確性。


圖1車輪輪緣厚度動態(tài)測量裝置主視圖圖2使用光纖位移傳感器的車輪輪緣厚度動態(tài)測量裝置側(cè)視圖圖3使用激光位移傳感器的車輪輪緣厚度動態(tài)測量裝置局部視圖圖4使用超聲厚度測量傳感器的車輪輪緣厚度動態(tài)測量裝置側(cè)視圖圖中1為四連桿機構(gòu)、2為輪緣厚度測量單元、3為信號處理單元、4為鋼軌、5為上平板、6為支桿、7為彈簧、8，9為支座、10為壓板，11為車輪、12為位移傳感器，13為激光位移傳感器，14為超聲厚度傳感器、15為反射鏡、16為反射鏡座。
(五)
具體實施方式
對照附圖對本實用新型作進一步說明車輪輪緣厚度動態(tài)測量裝置(圖1)由四連桿機構(gòu)1、輪緣厚度測量單元2及信號處理單元3構(gòu)成。
所述的四連桿機構(gòu)由上平板5、支桿6、鋼軌4、彈簧7、支座8組成；上平板5的兩端分別與兩支桿6的一端鉸接，支桿6的另一端分別與固定在鋼軌4上的支座8鉸接，鋼軌4成為平行四邊形機構(gòu)的一條邊；彈簧7的一端與某一支桿6或平板5相連，彈簧7的另一端與固定在鋼軌上的支座9相連，給整個平行四邊形機構(gòu)向上的力，使得上平板在列車運動時始終與車輪11的輪緣頂部接觸，壓板10固定在支座8上，限定四連桿機構(gòu)的上移位置。
所述的輪緣厚度測量單元的傳感器12(圖2)，采用兩個光纖位移傳感器，此光纖位移傳感器固定在四連桿機構(gòu)上平板5的上平面上，光纖位移傳感器測量點離平板的上平面的距離為16mm。從兩個光纖位移傳感器發(fā)射的光分別達到離輪緣頂點16mm處的輪緣兩側(cè)，從該處散射回來的光再次達到光纖位移傳感器，由此分別得到每個光纖位移傳感器到輪緣一側(cè)16mm處的距離，由此得到輪緣的厚度或厚度的變化；所述的輪緣厚度測量單元的傳感器，還可以采用兩個激光位移傳感器13(圖3)，此激光位移傳感器13的一個固定在四連桿機構(gòu)上板5的上平面上，激光位移傳感器13測量點離平板的上平面的距離為16mm，另一個激光位移傳感器固定在平板的下平面上，發(fā)出的光穿過上平板5的孔，并經(jīng)反射鏡15將激光測量打到輪緣的測量點上，反射鏡15與反射鏡座16固定在一起，并通過螺紋或其他連接方式與上平板5固定在一起。根據(jù)光纖位移傳感器類似的測量原理，此兩個激光位移傳感器可測量車輪通過上平板5時輪緣的厚度或厚度的變化；所述的輪緣厚度測量單元的傳感器，還可采用超聲厚度傳感器14。測量時超聲厚度傳感器14發(fā)射的超聲波通過水柱或其他液體耦合到輪緣上，直接測量出16mm處輪緣的厚度。
本實用新型的測量原理簡述如下當(dāng)運動的車輪11的輪緣壓在平行四邊形機構(gòu)1的上平板5上，使得上平板5平動，在車輪運動時，該車輪11的輪緣始終與此平板5接觸，輪緣厚度測量單元中的光纖位移傳感器或激光位移傳感器或超聲波厚度傳感器，可以測量出輪緣頂點以上16mm處的輪緣厚度的變化量，通過比較測量或事先標(biāo)定，可以得到輪緣的厚度尺寸或其變化量。
本實用新型提出的上述測量方案中，平行四邊形機構(gòu)上平板的測量面與鋼軌頂面的平行性通過人工調(diào)整來保證。
本裝置測量車輪輪緣厚度變化的靈敏度為0.05mm，測量誤差小于0.2mm。能測量所有現(xiàn)行不同類型車輪的輪緣厚度，測量裝置適應(yīng)速度范圍為0-30 km·h-1，可適用于在線路上實現(xiàn)對列車低速運行條件下，對所有車輪的輪緣厚度進行在線測量；也可適用于在車間，對單個車輪的輪緣厚度進行動態(tài)測量。
本實用新型還可以采用其它形式的平行四邊形機構(gòu)(如具有圓型導(dǎo)槽的平行四邊形機構(gòu))代替以上的平行四邊形機構(gòu)，可以得到相同的效果，但結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜；平行四邊形機構(gòu)可采用其它施力機構(gòu)(如液壓)代替彈簧，或采用其他形式的限制四連桿機構(gòu)的上移位置，并不改變測量的性質(zhì)，可得到類似的結(jié)果；平行四邊形機構(gòu)的支桿與平板以及支桿與支座的鉸接方式可用其它形式的鉸接方式(如軸與孔之間的動配合)代替軸承鉸接方式，可起到相同的效果；在四連桿機構(gòu)中可采用拉桿代替壓板來限制四連桿機構(gòu)位置，可取到同樣的效果。
權(quán)利要求1.一種車輪輪緣厚度動態(tài)測量裝置，該裝置包括四連桿機構(gòu)(1)、輪緣厚度測量單元(2)及信號處理單元(3)，其特征在于所述的四連桿機構(gòu)(1)與鋼軌(4)固定在一起，形成一平行四邊形機構(gòu)；所述的輪緣厚度測量單元(2)由傳感器(12)構(gòu)成，此傳感器固定在四連桿機構(gòu)的上平板(5)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輪輪緣厚度動態(tài)測量裝置，其特征在于所述的輪緣厚度測量單元(2)的傳感器(12)采用兩個光纖位移傳感器，此光纖位移傳感器固定在四連桿機構(gòu)的上平板(5)上，光纖位移傳感器測量點離上平板(5)的上平面的距離為16mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輪輪緣厚度動態(tài)測量裝置，其特征在于所述的輪緣厚度測量單元(2)的傳感器(12)，還可以采用兩個激光位移傳感器(13)，此激光位移傳感器(13)固定在四連桿機構(gòu)的上平板(5)上，激光位移傳感器(13)測量點離平板的上平面的距離為16mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輪輪緣厚度動態(tài)測量裝置，其特征在于所述的輪緣厚度測量單元(2)的傳感器(12)，還可采用超聲厚度傳感器(14)，超聲厚度傳感器(14)發(fā)射的超聲波通過水柱或其他液體耦合到輪緣上，直接測量出16mm處輪緣的厚度。
專利摘要一種車輪輪緣厚度動態(tài)測量裝置,適用于對運動中的車輪的輪緣厚度進行在線測量。該裝置由四連桿機構(gòu)(1)、輪緣厚度測量單元(2)及信號處理單元(3)構(gòu)成。所述的四連桿機構(gòu)(1)與鋼軌(4)固定在一起,形成一平行四邊形機構(gòu);所述的輪緣厚度測量單元(2)由傳感器構(gòu)成,此傳感器固定在四連桿機構(gòu)的上平板(5)上。信號處理單元主要采集傳感器的數(shù)據(jù),并對數(shù)據(jù)進行處理,得到車輪輪緣厚度或厚度的變化量。該裝置的測量與列車的速度、重量、鋼軌的質(zhì)量等許多因素?zé)o關(guān),極大地提高了測量的準(zhǔn)確性,并變被動修為狀態(tài)修。
文檔編號G01B11/02GK2510369SQ0127114
公開日2002年9月11日 申請日期2001年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月21日
發(fā)明者馮其波 申請人:北方交通大學(xué)