一种列车车轮几何参数在线动态测量装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种列车车轮几何参数在线动态测量装置及测量方法，属于列车车轮检测技术领域。本发明专利技术的一种列车车轮几何参数在线动态测量装置，包括沿列车行驶方向依次设置于轨道内侧的启动开关、激光位移传感器I、激光位移传感器II和停止开关，以及设置于轨道内侧或外侧的激光位移传感器III，其中激光位移传感器I的探测光束垂直于轨道顶面向上并垂直于车轮内辋面，激光位移传感器II的探测光束垂直于轨道顶面向上并平行于车轮内辋面，激光位移传感器III的探测光束与轨道顶面之间存在倾斜夹角。采用本发明专利技术的技术方案可以对列车车轮几何参数进行在线动态测量，且测量精度和测量效率较高。

【技术实现步骤摘要】
一种列车车轮几何参数在线动态测量装置及测量方法
本专利技术属于列车车轮几何参数检测
，更具体地说，涉及一种列车车轮几何参数在线动态测量装置及测量方法。
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检测存在的以上问题，提供了一种列车车轮几何参数在线动态测量装置及测量方法。采用本专利技术的技术方案可以对列车车轮几何参数进行在线动态检测，并能够有效保证其测量精度。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：其一，本专利技术的一种列车车轮几何参数在线动态测量装置，包括沿列车行驶方向依次设置于轨道内侧的启动开关、激光位移传感器I、激光位移传感器II和停止开关，以及设置于轨道内侧或外侧的激光位移传感器III，其中激光位移传感器I的探测光束垂直于轨道顶面向上并垂直于车轮内辋面，激光位移传感器II的探测光束垂直于轨道顶面向上并平行于车轮内辋面，激光位移传感器III的探测光束与平行于轨道顶面方向存在倾斜夹角。更进一步的，所述的激光位移传感器III安装于轨道内侧，其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I、激光位移传感器II和激光位移传感器III均安装于同一支架I上。更进一步的，所述的激光位移传感器III安装于轨道外侧，其探测光束与平行于轨道顶面的夹角为α，与车轮内辋面之间的夹角为β。更进一步的，所述激光位移传感器I和激光位移传感器II安装于同一支架I上，所述激光位移传感器III安装于支架II上。更进一步的，所述轨道内侧位于启动开关的前端设有测速传感器。更进一步的，所述测速传感器、启动开关、激光位移传感器I、激光位移传感器II、激光位移传感器III和停止开关均与控制系统相连，所述三个激光位移传感器均与数据处理系统相连。更进一步的，所述三个激光位移传感器均为二维激光位移传感器，且其采样频率相同。其二，本专利技术的一种列车车轮几何参数在线动态测量方法，将激光位移传感器III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，此时三个激光位移传感器同时进行探测采集，当停止开关被触发时，三个激光位移传感器同时停止探测采集，将三个传感器采集到的数据传输至数据处理系统进行处理，即得列车车轮的几何参数，进行数据处理的具体过程为：步骤1：截取激光位移传感器II所测第一段包含有效数据的n条轮廓线；步骤2：从第2条轮廓线开始，截取每条轮廓线中最小距离至和上一条轮廓线中最小距离相等的区间；步骤3：将截得的n-1条区间与第1条轮廓线进行拼接，拼接时删去重复的点，并对X轴进行整合，得到车轮某圆周上的一段圆弧；步骤4：同样的，截取激光位移传感器II所测另一段包含有效数据的m条轮廓线，从第2条轮廓线开始，截取每条轮廓线中最大距离至和上一条轮廓线中最大距离相等的区间；即依次截取该轮廓线上的一段数据区间，使该区间内的最大距离值等于该条轮廓线区间的最大距离值，该区间内的最小距离值等于上一条轮廓线上的最大距离值；将截得的m-1条区间与第1条轮廓线进行拼接，拼接时删去重复的点，并对X轴进行整合，得到车轮某圆周上的另一段圆弧；步骤5：对两段圆弧分别进行圆弧拟合，得到两段弧的拟合直径D1和D2；步骤6：找出激光位移传感器I所测轮廓线中轮缘顶点距离最小的那条轮廓线C；步骤7：求出轮缘顶点圆直径，计算公式为式中：D为轮缘顶点圆直径，单位mm；dxa为激光位移传感器I所测第C条轮廓线上自身坐标为xa时对应的距离值，单位mm；xa为激光位移传感器II的探测光束所在平面与激光传感器I的探测光束的交点所在激光传感器I自身坐标系中的横坐标；d为激光位移传感器I所测第C条轮廓线上轮缘顶点的距离值，单位mm；步骤8：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，计算公式为：Dj＝D-2(Zj-d)式中：D为车轮轮缘顶点圆直径，mm；d为激光位移传感器I所测第C条轮廓线中轮缘顶点的距离值，单位mm；Zj为激光位移传感器I所测第C条轮廓线中其他各点的距离值，单位mm；步骤9：计算激光位移传感器III所测轮廓线中经过车轮法线或最接近车轮法线的轮廓线条数，计算公式为：式中：C为激光位移传感器I所测轮廓线中轮缘顶点处距离值最小时的轮廓线所在条数；L为激光位移传感器I的感测头至激光位移传感器III的感测头沿平行于轨道顶面方向的距离，单位mm；R为轮缘顶点圆半径，单位mm；d为激光位移传感器I所测轮廓线中距离轮缘顶点最小的距离，单位mm；V为列车行驶速度，单位mm/ms，通过测速传感器测量得到；K为各激光位移传感器的采样频率，单位KHz；α为激光位移传感器III的探测光束与轨道顶面之间的夹角；步骤10：计算激光位移传感器III所测第C`条轮廓线上各点距离值所对应的直径值，计算公式为：Dk＝D-2(Zk-Z`)(k＝1,2,3……)式中：D为轮缘顶点圆直径，单位mm；Z`为激光位移传感器III所测第C`条轮廓线中轮缘顶点处的距离值，单位mm；Zk为激光位移传感器III所测第C`条轮廓线上各点处的距离值，单位mm；步骤11：截取激光位移传感器I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自身X轴坐标结合，构成坐标组{(Xd，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种列车车轮几何参数在线动态测量装置，其特征在于：包括沿列车行驶方向依次设置于轨道内侧的启动开关(1)、激光位移传感器I(2)、激光位移传感器II(3)和停止开关(6)，以及设置于轨道内侧或外侧的激光位移传感器III(4)，其中激光位移传感器I(2)的探测光束垂直于轨道顶面向上并垂直于车轮内辋面，激光位移传感器II(3)的探测光束垂直于轨道顶面向上并平行于车轮内辋面，激光位移传感器III(4)的探测光束与平行于轨道顶面方向存在倾斜夹角。

【技术特征摘要】
1.一种列车车轮几何参数在线动态测量装置，其特征在于：包括沿列车行驶方向依次设置于轨道内侧的启动开关(1)、激光位移传感器I(2)、激光位移传感器II(3)和停止开关(6)，以及设置于轨道内侧或外侧的激光位移传感器III(4)，其中激光位移传感器I(2)的探测光束垂直于轨道顶面向上并垂直于车轮内辋面，激光位移传感器II(3)的探测光束垂直于轨道顶面向上并平行于车轮内辋面，激光位移传感器III(4)的探测光束与平行于轨道顶面方向存在倾斜夹角。2.根据权利要求1所述的一种列车车轮几何参数在线动态测量装置，其特征在于：所述的激光位移传感器III(4)安装于轨道内侧，其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。3.根据权利要求2所述的一种列车车轮几何参数在线动态测量装置，其特征在于：所述的激光位移传感器I(2)、激光位移传感器II(3)和激光位移传感器III(4)均安装于同一支架I(5)上。4.根据权利要求1所述的一种列车车轮几何参数在线动态测量装置，其特征在于：所述的激光位移传感器III(4)安装于轨道外侧，其探测光束与平行于轨道顶面方向的夹角为α，与车轮内辋面之间的夹角为β。5.根据权利要求4所述的一种列车车轮几何参数在线动态测量装置，其特征在于：所述激光位移传感器I(2)和激光位移传感器II(3)安装于同一支架I(5)上，所述激光位移传感器III(4)安装于支架II(8)上。6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种列车车轮几何参数在线动态测量装置，其特征在于：所述轨道内侧位于启动开关(1)的前端设有测速传感器(7)。7.根据权利要求6所述的一种列车车轮几何参数在线动态测量装置，其特征在于：所述测速传感器(7)、启动开关(1)、激光位移传感器I(2)、激光位移传感器II(3)、激光位移传感器III(4)和停止开关(6)均与控制系统相连，所述三个激光位移传感器均与数据处理系统相连。8.根据权利要求1-5中任一项所述的一种列车车轮几何参数在线动态测量装置，其特征在于：所述三个激光位移传感器均为二维激光位移传感器，且其采样频率相同。9.一种列车车轮几何参数在线动态测量方法，其特征在于：将激光位移传感器III(4)安装于轨道内侧，当列车车轮经过启动开关(1)时，启动开关(1)被触发，此时三个激光位移传感器同时进行探测采集，当停止开关(6)被触发时，三个激光位移传感器同时停止探测采集，将三个传感器采集到的数据传输至数据处理系统进行处理，即得列车车轮的几何参数，进行数据处理的具体过程为：步骤1：截取激光位移传感器II(3)所测第一段包含有效数据的n条轮廓线；步骤2：从第2条轮廓线开始，截取每条轮廓线中最小距离至和上一条轮廓线中最小距离相等的区间；步骤3：将截得的n-1条区间与第1条轮廓线进行拼接，拼接时删去重复的点，并对X轴进行整合，得到车轮某圆周上的一段圆弧；步骤4：同样的，截取激光位移传感器II(3)所测另一段包含有效数据的m条轮廓线，从第2条轮廓线开始，截取每条轮廓线中最大距离至和上一条轮廓线中最大距离相等的区间；即依次截取该轮廓线上的一段数据区间，使该区间内的最大距离值等于该条轮廓线区间的最大距离值，该区间内的最小距离值等于上一条轮廓线上的最大距离值；将截得的m-1条区间与第1条轮廓线进行拼接，拼接时删去重复的点，并对X轴进行整合，得到车轮某圆周上的另一段圆弧；步骤5：对两段圆弧分别进行圆弧拟合，得到两段圆弧的拟合直径D1和D2；步骤6：找出激光位移传感器I(2)所测轮廓线中轮缘顶点距离最小的那条轮廓线C；步骤7：求出轮缘顶点圆直径，计算公式为式中：D为轮缘顶点圆直径，单位mm；dxa为激光位移传感器I(2)所测第C条轮廓线上自身坐标为xa时对应的距离值，单位mm；xa为激光位移传感器II(3)的探测光束所在平面与激光传感器I(2)的探测光束的交点所在激光传感器I(2)自身坐标系中的横坐标；d为激光位移传感器I(2)所测第C条轮廓线上轮缘顶点的距离值，单位mm；步骤8：计算激光位移传感器I(2)所测第C条轮廓线上各点距离值所对应的直径值，计算公式为：Dj＝D-2(Zj-d)式中：D为车轮轮缘顶点圆直径，mm；d为激光位移传感器I(2)所测第C条轮廓线中轮缘顶点的距离值，单位mm；Zj为激光位移传感器I(2)所测第C条轮廓线中其他各点的距离值，单位mm；步骤9：计算激光位移传感器III(4)所测轮廓线中经过车轮法线或最接近车轮法线的轮廓线条数，计算公式为：式中：C为激光位移传感器I(2)所测轮廓线中轮缘顶点处距离值最小时的轮廓线所在条数；L为激光位移传感器I(2)的感测头至激光位移传感器III(4)的感测头沿平行于轨道顶面方向的距离，单位mm；R为轮缘顶点圆半径，单位mm；d为激光位移传感器I(2)所测轮廓线中距离轮缘顶点最小的距离，单位mm；V为列车行驶速度，单位mm/ms，通过测速传感器(7)测量得到；K为各激光位移传感器的采样频率，单位KHz；α为激光位移传感器III(4)的探测光束与轨道顶面之间的夹角；步骤10：计算激光位移传感器III(4)所测第C`条轮廓线上各点距离值所对应的直径值，计算公式为：Dk＝D-2(Zk-Z`)(k＝1,2,3……)式中：D为轮缘顶点圆直径，单位mm；Z`为激光位移传感器III(4)所测第C`条轮廓线中轮缘顶点处的距离值，单位mm；Zk为激光位移传感器III(4)所测第C`条轮廓线上各点处的距离值，单位mm；步骤11：截取激光位移传感器I(2)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(2)自身X轴坐标结合，构成坐标组{(Xd，Dd)}；截取激光位移传感器III(4)所测第C`条轮廓线中轮缘顶点至车轮外辋面之间的直径，并与激光位移传感器III(4)自身的X轴坐标结合，构成坐标组{(Xe，De)}；再将截取的坐标组以轮缘...

【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