一种用于在线动态测量列车车轮几何参数的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于在线动态测量列车车轮几何参数的装置及方法，属于车轮参数测量技术领域。本发明专利技术的一种用于在线动态测量列车车轮几何参数的装置，包括沿列车行驶方向依次设置于轨道内侧的测速传感器、启动开关、电涡流位移传感器I、电涡流位移传感器II、激光位移传感器I和停止开关，还包括激光位移传感器II，其中激光位移传感器I的探测光束垂直于车轮内辋面，且与轨道顶面之间存在倾斜夹角α，激光位移传感器II的探测光束与平行于轨道顶面的夹角为β。采用本发明专利技术的装置和方法可以对列车车轮几何参数进行在线动态测量，且其测量精度较高、速度快、测量范围大。

A device and method for on-line dynamic measurement of train wheel geometric parameters

The invention discloses a device and a method for on-line dynamic measuring geometric parameters of train wheels, belonging to the technical field of wheel parameters measurement. A device for on-line dynamic measurement of geometric parameters of train wheels comprises a speed sensor, a start switch, an eddy current displacement sensor I, an eddy current displacement sensor II, a laser displacement sensor I, and a stop switch arranged sequentially on the inner side of the track along the running direction of the train, and a laser displacement sensor II. The detection beam of laser displacement sensor I is perpendicular to the inner rim of the wheel, and there is an inclination angle a between the detection beam of laser displacement sensor II and the top of the track. The angle between the detection beam of laser displacement sensor II and the detection beam parallel to the top of the track is beta. The device and method of the invention can be used for on-line dynamic measurement of the geometric parameters of train wheels, and the measurement accuracy is high, the speed is fast, and the measurement range is wide.

【技术实现步骤摘要】
一种用于在线动态测量列车车轮几何参数的装置及方法
本专利技术属于列车车轮参数测量
，更具体地说，涉及一种用于在线动态测量列车车轮几何参数的装置及方法。
技术介绍
列车车轮是轨道交通列车最重要的走行部件之一，它承载了列车所有的动、静载荷。但在列车运行过程中，由于车轮与轨道之间长期摩擦，会对车轮造成不同程度的磨损，如直径磨耗、轮缘偏磨等。直径磨耗会导致同车或同架或同对轮径差超限，以及轮缘高增大，轮缘偏磨会导致轮缘厚度减小和轮缘综合值减小，这些情况的发生都会对行车安全造成很大的威胁。因此，及时、快速、准确地测量列车车轮的直径(DT)、轮缘高(Sh)、轮缘厚(Sd)、轮缘综合值(Qr)等几何参数，对于保障列车的行车安全具有重大的意义。现有车轮几何参数的检测手段主要包括人工测量和静态测量。其中，人工测量主要是利用第四种检测器和轮径尺对车轮几何参数进行粗略测量，测量优点是设备投入低，缺点是精度低、人力投入大、测量周期长。静态测量是采用镟床等专用设备进行车轮几何参数测量的一种手段，测量优点是精度高，其缺点是设备投入大、成本高，需要耗费大量的人力和物力，而且测量周期较长，从而影响列车的正常使用。由于人工测量和静态测量存在的种种局限性，现在越来越多的人集中于在线动态测量方法的研究。如，申请号200610155282.8公开了一种车辆轮对直径在线检测方法及装置，该方法利用结构光光源在轮对踏面上的投影信息和位移传感器检测到的基点位置的信息来检测车轮平均直径参数和左右车轮轮径差参数，但该方法存在受外界光影响大、响应速度慢、测量精度低等缺点。申请号201410519742.5公开了一种城轨列车轮对尺寸在线检测方法及装置，该申请案基于二维激光位移传感器技术测得不同时刻踏面轮廓线的轮缘最低点坐标，在速度已知的情况下，将不同时刻的点还原到同一时刻下的坐标值，利用三点成圆的原理拟合出车轮轮缘顶点所在的圆，再用轮缘顶点圆直径减去两倍的轮缘高得到车轮直径。该方法由于把速度当作已知，在将不同时刻轮缘最低点的值还原到同一时刻下的坐标值的过程中，由于速度的偏差，造成还原后的坐标值失真，最终导致拟合后的轮缘顶点圆直径有较大的偏差。
技术实现思路
1.专利技术要解决的技术问题本专利技术的目的在于克服现有列车车轮几何参数测量存在的以上问题，提供了一种用于在线动态测量列车车轮几何参数的装置及方法。采用本专利技术的装置和方法可以对列车车轮几何参数进行在线动态测量，且其测量精度较高、速度快、测量范围大。2.技术方案为达到上述目的，本专利技术提供的技术方案为：本专利技术的一种用于在线动态测量列车车轮几何参数的装置，包括沿列车行驶方向依次设置于轨道内侧的测速传感器、启动开关、电涡流位移传感器I、电涡流位移传感器II、激光位移传感器I和停止开关，还包括安装于轨道内侧或外侧的激光位移传感器II，其中激光位移传感器I的探测光束垂直于车轮内辋面，且与轨道顶面之间存在倾斜夹角α。更进一步的，所述的激光位移传感器II安装于轨道内侧并位于激光位移传感器I和停止开关之间，且其探测光束垂直于车轮内辋面，并与轨道顶面之间存在倾斜夹角β。更进一步的，所述电涡流位移传感器及激光位移传感器均安装于同一第一支架上，第一支架的上平面与轨道顶面平行并与车轮轮缘接触，且随车轮滚压进行上下活动。更进一步的，所述的激光位移传感器II安装于轨道外侧，且其探测光束与轨道顶面之间存在倾斜夹角β，与车轮内辋面之间存在倾斜夹角γ。更进一步的，所述电涡流位移传感器I、电涡流位移传感器II和激光位移传感器I均安装于同一第一支架上，所述激光位移传感器II安装于第二支架上。更进一步的，所述第一支架的上平面与轨道顶面平行并与车轮轮缘接触，且随车轮滚压进行上下活动，该第一支架上还安装有位移传感器III，该位移传感器III用于测量第一支架被车轮轮缘压下时的下压量。更进一步的，所述电涡流位移传感器I和电涡流位移传感器II中心的连线与轨道顶面平行，这两个电涡流位移传感器的采样频率K1相同，两个激光位移传感器的采样频率K2相同，且K1≥K2；所述测速传感器、启动开关、电涡流位移传感器I、电涡流位移传感器II、激光位移传感器I、停止开关和激光位移传感器II均与控制系统相连，且电涡流位移传感器及激光位移传感器均与数据处理系统相连。更进一步的，所述位移传感器III的采样频率与两个激光位移传感器的采样频率相同，且该位移传感器III与控制系统及数据处理系统均相连。本专利技术的一种用于在线动态测量列车车轮几何参数的方法，将激光位移传感器II安装于轨道内侧，当列车车轮经过启动开关时，启动开关被触发，两个电涡流位移传感器及两个激光位移传感器同时进行数据采集，当停止开关被触发时，电涡流位移传感器及激光位移传感器均停止采集，电涡流位移传感器及激光位移传感器采集到的数据传送至数据处理系统进行处理，即得列车车轮几何参数，具体处理过程如下：步骤1：找到两个电涡流位移传感器所测位移相等时激光位移传感器I对应测得的轮廓线条数C`，若计算结果不是整数，则C`进行四舍五入取整，计算方法为：其中，C为两个电涡流位移传感器所测位移值相等时电涡流位移传感器所采集的数据数量，K1为电涡流位移传感器的采样频率，单位kHz；K2为激光位移传感器的采样频率，单位kHz；步骤2：计算轮缘顶点圆直径，计算方法为：式中：L1为两个电涡流位移传感器的中心距，单位mm；L2为激光位移传感器I的感测头沿平行于轨道顶面方向至电涡流位移传感器II中心的距离，单位mm；V为列车车轮行驶速度，单位mm/ms，通过测速传感器测量得到；d为激光位移传感器I所测第C`条轮廓线上轮缘顶点处的距离值，单位mm；h1为激光位移传感器I的感测头至安装支架上平面沿垂直于轨道顶面方向的距离，单位mm；；步骤3：计算激光位移传感器I所测轮廓线中经过车轮法线或最接近车轮法线的轮廓线所在条数，计算结果四舍五入取整，计算方法为：式中：C为两电涡流位移传感器所测位移值相等时电涡流位移传感器所采集的数据数量；R为车轮轮缘顶点圆半径，单位mm；V为列车行驶速度，单位mm/ms；K1为电涡流传位移传感器采样频率，单位kHz；K2为激光位移传感器采样频率，单位kHz；步骤4：计算激光位移传感器I所测第C``条轮廓线上各点距离值所对应的直径值Di，计算方法为：Di＝D-2(Zi-Z)(i＝1,2,3,……)式中：Zi为激光位移传感器I所测第C``第轮廓上各点的距离值，单位mm；Z为激光位移传感器I所测第C``第轮廓上轮缘顶点的距离值，单位mm；步骤5：计算激光位移传感器II所测轮廓线中经过车轮法线或最接近车轮法线的轮廓线所在条数A，计算结果四舍五入取整，计算方法为：式中：C为两电涡流位移传感器所测位移值相等时电涡流位移传感器所采集的数据数量；R为车轮轮缘顶点圆半径，单位mm；V为列车行驶速度，单位mm/ms；L3为激光位移传感器II的感测头至激光位移传感器I的感测头沿平行于轨道顶面方向的距离；β为激光位移传感器II的探测光束与轨道顶面之间的夹角；步骤6：计算激光位移传感器II所测第A条轮廓线上各点所对应的直径值Dj，计算方法为：Dj＝D-2(Zj-Z`)(j＝1,2,3,……)式中：Zj为激光位移传感器II所测第A条轮廓线上各点的距离值，单位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在线动态测量列车车轮几何参数的装置，其特征在于：包括沿列车行驶方向依次设置于轨道内侧的测速传感器(1)、启动开关(2)、电涡流位移传感器I(3)、电涡流位移传感器II(4)、激光位移传感器I(5)和停止开关(8)，还包括安装于轨道内侧或外侧的激光位移传感器II(6)，其中激光位移传感器I(5)的探测光束垂直于车轮内辋面，且与轨道顶面之间存在倾斜夹角α。

【技术特征摘要】
1.一种用于在线动态测量列车车轮几何参数的装置，其特征在于：包括沿列车行驶方向依次设置于轨道内侧的测速传感器(1)、启动开关(2)、电涡流位移传感器I(3)、电涡流位移传感器II(4)、激光位移传感器I(5)和停止开关(8)，还包括安装于轨道内侧或外侧的激光位移传感器II(6)，其中激光位移传感器I(5)的探测光束垂直于车轮内辋面，且与轨道顶面之间存在倾斜夹角α。2.根据权利要求1所述的一种用于在线动态测量列车车轮几何参数的装置，其特征在于：所述的激光位移传感器II(6)安装于轨道内侧，且其探测光束垂直于车轮内辋面，并与轨道顶面之间存在倾斜夹角β。3.根据权利要求2所述的一种用于在线动态测量列车车轮几何参数的装置，其特征在于：所述电涡流位移传感器及激光位移传感器均安装于同一第一支架(7)上，第一支架(7)的上平面与轨道顶面平行并与车轮轮缘接触，且随车轮滚压进行上下活动。4.根据权利要求1所述的一种用于在线动态测量列车车轮几何参数的装置，其特征在于：所述的激光位移传感器II(6)安装于轨道外侧，且其探测光束与轨道顶面之间存在倾斜夹角β，与车轮内辋面之间存在倾斜夹角γ。5.根据权利要求4所述的一种用于在线动态测量列车车轮几何参数的装置，其特征在于：所述电涡流位移传感器I(3)、电涡流位移传感器II(4)和激光位移传感器I(5)均安装于同一第一支架(7)上，所述激光位移传感器II(6)安装于第二支架(9)上。6.根据权利要求5所述的一种用于在线动态测量列车车轮几何参数的装置，其特征在于：所述第一支架(7)的上平面与轨道顶面平行并与车轮轮缘接触，且随车轮滚压进行上下活动，该第一支架(7)上还安装有位移传感器III(10)，该位移传感器III(10)用于测量第一支架(7)被车轮轮缘压下时的下压量。7.根据权利要求1-5中任一项所述的一种用于在线动态测量列车车轮几何参数的装置，其特征在于：所述电涡流位移传感器I(3)和电涡流位移传感器II(4)中心的连线与轨道顶面平行，这两个电涡流位移传感器的采样频率K1相同，两个激光位移传感器的采样频率K2相同，且K1≥K2；所述测速传感器(1)、启动开关(2)、电涡流位移传感器I(3)、电涡流位移传感器II(4)、激光位移传感器I(5)、停止开关(8)和激光位移传感器II(6)均与控制系统相连，且电涡流位移传感器及激光位移传感器均与数据处理系统相连。8.根据权利要6所述的一种用于在线动态测量列车车轮几何参数的装置，其特征在于：所述位移传感器III(10)的采样频率与两个激光位移传感器的采样频率相同，且该位移传感器III(10)与控制系统及数据处理系统均相连。9.一种用于在线动态测量列车车轮几何参数的方法，其特征在于：将激光位移传感器II(6)安装于轨道内侧，当列车车轮经过启动开关(2)时，启动开关(2)被触发，两个电涡流位移传感器及两个激光位移传感器同时进行数据采集，当停止开关(8)被触发时，电涡流位移传感器及激光位移传感器均停止采集，电涡流位移传感器及激光位移传感器采集到的数据传送至数据处理系统进行处理，即得列车车轮几何参数，具体处理过程如下：步骤1：找到两个电涡流位移传感器所测位移相等时激光位移传感器I(5)对应测得的轮廓线条数C`，若计算结果不是整数，则C`进行四舍五入取整，计算方法为：其中，C为两个电涡流位移传感器所测位移值相等时电涡流位移传感器所采集的数据数量，K1为电涡流位移传感器的采样频率，单位kHz；K2为激光位移传感器的采样频率，单位kHz；步骤2：计算轮缘顶点圆直径，计算方法为：式中：L1为两个电涡流位移传感器的中心距，单位mm；L2为激光位移传感器I(5)的感测头沿平行于轨道顶面方向至电涡流位移传感器II(4)中心的距离，单位mm；V为列车车轮行驶速度，单位mm/ms，通过测速传感器(1)测量得到；d为激光位移传感器I(5)所测第C`条轮廓线上轮缘顶点处的距离值，单位mm，h1为激光位移传感器I(5)的感测头至安装支架(7)上平面沿垂直于轨道顶面方向的距离，单位mm；步骤3：计算激光位移传感器I(5)所测轮廓线中经过车轮法线或最接近车轮法线的轮廓线所在条数，计算结果四舍五入取整，计算方法为：式中：C为两电涡流位移传感器所测位移值相等时电涡流位移传感器所采集的数据数量；R为车轮轮缘顶点圆半径，单位mm；V为列车行驶速度，单位mm/ms；K1为电涡流传位移传感器采样频率，单位kHz；K2为激光位移传感器采样频率，单位kHz；步骤4：计算激光位移传感器I(5)所测第C``条轮廓线上各点距离值所对应的直径值Di，计算方法为：Di＝D-2(Zi-Z)(i＝1,2,3,……)式中：Zi为激光位移传感器I(5)所测第C``第轮廓上各点的距离值，单位mm；Z为激光位移传感器I(5)所测第C``第轮廓上轮缘顶点的距离值，单位mm；步骤5：计算激光位移传感器II(6)所测轮廓线中经过车轮法线或最接近车轮法线的轮廓线所在条数A，计算结果四舍五入取整，计算方法为：式中：C为两电涡流位移传感器所测位移值相等时电涡流位移传感器所采集的数据数量；R为车轮轮缘顶点圆半径，单位mm；V为列车行驶速度，单位mm/ms；L3为激光位移传感器II(6)的感测头至激光位移传感器I(5)的感测头沿平行于轨道顶面方向的距离；β为激光位移传感器II(6)的探测光束与平行于轨道顶面方向的夹角；步骤6：计算激光位移传感器II(6)所测第A条轮廓线上各点所对应的直径值Dj，计算方法为：Dj＝D-2(Zj-Z`)(j＝1,2,3,……)式中：Zj为激光位移传感器II(6)所测第A条轮廓线上各点的距离值，单位mm；Z`为激光位移传感器II(6)所测第A第轮廓上轮缘顶点的距离值，单位mm；步骤7：截取激光位移传感器I(5)所测第C``条轮廓线中车轮内辋面至轮缘顶点之间的直径，并与激光位移传感器I(5)自身X轴坐标结合，构成坐标组{(Xd，Dd)}；截取所选取的激光位移传感器II(6)所测第A条轮廓线上轮缘顶点至车轮外辋面之间的直径，并与激光位移传...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺子铭，徐见，马开富，
申请(专利权)人：马鞍山市雷狮轨道交通装备有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34