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，属于列车车轮参数检测技术领域。本发明专利技术的在线动态测量装置，包括沿列车行驶方向依次设置于轨道内侧的测速传感器、车轮定位传感器、激光位移传感器I和停止开关以及设置于轨道外侧的激光位移传感器II，当车轮定位传感器被车轮触发时，两个激光位移传感器同时进行采集，当停止开关被车轮触发时，两个激光位移传感器同时停止采集，将采集到的数据传送至数据处理系统进行处理，即得列车车轮的几何参数。采用本发明专利技术的技术方案可以对列车车轮的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。

【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要的意义。现有检测车轮几何参数的手段主要包括人工测量和静态测量。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，缺点是设备投入大、成本高，需要耗费大量的人力和物力，而且测量周期长，从而影响列车的正常使用。由于人工测量和静态测量有种种局限性，现在越来越多的人在研究在线动态测量方法。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，该方法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目的在于克服现有列车车轮几何参数检测存在的检测精度及检测效率相对较低的不足，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的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：本专利技术的一种列车车轮几何参数在线动态测量的装置，包括沿列车行驶方向依次设置于轨道内侧的测速传感器、车轮定位传感器、激光位移传感器I和停止开关以及设置于轨道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，且与轨道顶面存在倾斜夹角α，激光位移传感器II的探测光束与轨道顶面存在倾斜夹角β，与车轮内辋面之间存在倾斜夹角γ。更进一步的，所述激光位移传感器I和车轮定位传感器通过激光位移传感器支架I安装于轨道内侧，激光位移传感器支架I的上平面与轨道顶面平行并与车轮轮缘接触，且激光位移传感器支架I随车轮滚压进行上下随动，激光位移传感器I的感测头与激光位移传感器支架I的上平面之间沿垂直于轨道顶面方向的距离为h1。更进一步的，所述激光位移传感器II通过激光位移传感器支架II安装于轨道外侧，激光位移传感器支架II在车轮轮缘压上激光位移传感器支架I时随动，且在车轮轮缘未压上激光位移传感器支架I时，激光位移传感器II的感测头与激光位移传感器支架I的上平面之间沿垂直于轨道顶面方向的距离为h2。更进一步的，所述激光位移传感器支架I上还安装有位移传感器，该传感器用于测量激光位移传感器支架I被车轮轮缘压下时垂直于轨道顶面方向的位移W。更进一步的，所述激光位移传感器I、激光位移传感器II和位移传感器的采样频率K相同。更进一步的，所述测速传感器、车轮定位传感器、激光位移传感器I、停止开关、激光位移传感器II和位移传感器均与控制系统相连，且激光位移传感器I、激光位移传感器II和位移传感器均与数据处理系统相连。本专利技术的一种列车车轮几何参数在线动态测量的方法，采用本专利技术的在线动态测量装置，当车轮定位传感器被车轮触发时，两个激光位移传感器和位移传感器同时进行采集，当停止开关被车轮触发时，两个激光位移传感器和位移传感器同时停止采集，将采集到的数据传送至数据处理系统进行处理，即得列车车轮的几何参数，具体处理过程为：步骤1：计算轮缘顶点圆直径：找到激光位移传感器I所测第一条轮廓线中的最小距离，即为所测轮缘顶点的距离值L，计算轮缘顶点圆直径D，计算公式如下：上式中：L1为激光位移传感器I的感测头与车轮定位传感器沿平行于轨道顶面方向的距离，单位：mm；ΔL为车轮定位传感器被触发时车轮轮缘最低点到车轮定位传感器之间的距离，单位：mm；Δt为车轮定位传感器被触发至激光位移传感器I采集第一条轮廓线时的时间间隔，即车轮定位传感器的响应时间，单位：ms；h1为激光位移传感器I的感测头与激光位移传感器支架I的上平面之间沿垂直于轨道顶面方向的距离；单位：mm；ΔL和Δt在安装之初被标定为已知量；V为列车行驶速度，mm/ms，由测速传感器测量得到；步骤2：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，计算结果四舍五入取整，计算公式为：上式中，C为激光位移传感器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条数序号；R为车轮轮缘顶点圆半径，单位：mm；K为激光位移传感器I的采样频率，KHz；步骤3：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，计算结果四舍五入取整，计算公式为：上式中，C’为激光位移传感器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条数序号；L2为激光位移传感器II的感测头与车轮定位传感器沿平行于轨道顶面方向的距离，单位：mm；h2为激光位移传感器II的感测头与激光位移传感器支架I的上平面之间沿垂直于轨道顶面方向的距离，单位：mm；β为激光位移传感器II的探测光束与轨道顶面的夹角；单位：mm；步骤4：将找到的激光位移传感器II的第C’条激光线进行旋转，得到旋转后轮廓线上各点的坐标，旋转公式为Xi＝xicosγ-yisinγYi＝xisinγ+yicosγ式中：xi为激光位移传感器II所测第C’条轮廓线上各点的横坐标，单位mm；yi为激光位移传感器II所测第C’条轮廓线上各点的纵坐标，单位mm；Xi为旋转过后轮廓线上各点的横坐标，单位mm；Yi为旋转过后轮廓线上各点的纵坐标，单位mm；步骤5：计算激光位移传感器I所测第C条轮廓线中各点处的距离值对应的直径值Dj，计算公式为：Dj＝D-2(Zj-Z)(j＝1，2，3，……)式中：D为车轮轮缘顶点圆直径，单位：mm；Z为所测第C条轮廓线中轮缘顶点的距离值，单位：mm；Zj为所测第C条轮廓线中其他各点的距离值，单位：mm；步骤6：计算激光位移传感器II所测第C’条轮廓线经旋转后各点处的距离值对应的直径值Dm，计算公式为：Dm＝D-2(Zm-Z)(m＝1,2,3,……)；式中：D为车轮轮缘顶点圆直径，单位：mm；Z为所测第C’条轮廓线经旋转后本文档来自技高网...

【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(2)、车轮定位传感器(3)、激光位移传感器I(1‑1)和停止开关(4)以及设置于轨道外侧的激光位移传感器II(1‑2)，其中，激光位移传感器I(1‑1)的探测光束垂直于车轮内辋面，且与轨道顶面存在倾斜夹角α，激光位移传感器II(1‑2)的探测光束与轨道顶面存在倾斜夹角β，与车轮内辋面存在倾斜夹角γ。

【技术特征摘要】
1.一种列车车轮几何参数在线动态测量的装置，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(2)、车轮定位传感器(3)、激光位移传感器I(1-1)和停止开关(4)以及设置于轨道外侧的激光位移传感器II(1-2)，其中，激光位移传感器I(1-1)的探测光束垂直于车轮内辋面，且与轨道顶面存在倾斜夹角α，激光位移传感器II(1-2)的探测光束与轨道顶面存在倾斜夹角β，与车轮内辋面存在倾斜夹角γ。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的装置，其特征在于：所述激光位移传感器I(1-1)和车轮定位传感器(3)通过激光位移传感器支架I(5-1)安装于轨道内侧，激光位移传感器支架I(5-1)的上平面与轨道顶面平行并与车轮轮缘接触，且激光位移传感器支架I(5-1)随车轮滚压进行上下随动，激光位移传感器I(1-1)的感测头与激光位移传感器支架I(5-1)的上平面之间沿垂直于轨道顶面方向的距离为h1。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的装置，其特征在于：所述激光位移传感器II(1-2)通过激光位移传感器支架II(5-2)安装于轨道外侧，且在车轮轮缘未压上激光位移传感器支架I(5-1)时，激光位移传感器II(1-2)的感测头与激光位移传感器支架I(5-1)的上平面之间沿垂直于轨道顶面方向的距离为h2。4.根据权利要求2或3所述的一种列车车轮几何参数在线动态测量的装置，其特征在于：所述激光位移传感器支架I(5-1)上还安装有位移传感器(7)，该传感器用于测量激光位移传感器支架I(5-1)被车轮轮缘压下时沿垂直于轨道顶面方向的位移W。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的装置，其特征在于：所述激光位移传感器I(1-1)、激光位移传感器II(1-2)和位移传感器(7)的采样频率K相同。6.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的装置，其特征在于：所述测速传感器(2)、车轮定位传感器(3)、位移传感器(7)、激光位移传感器I(1-1)、停止开关(4)及激光位移传感器II(1-2)均与控制系统相连，且激光位移传感器I(1-1)、位移传感器(7)及激光位移传感器II(1-2)均与数据处理系统相连。7.一种列车车轮几何参数在线动态测量的方法，其特征在于：采用权利要求1-6中任一项所述的在线动态测量装置，当车轮定位传感器(3)被车轮触发时，两个激光位移传感器和位移传感器(7)同时进行采集，当停止开关(4)被车轮触发时，两个激光位移传感器和位移传感器(7)同时停止采集，将采集到的数据传送至数据处理系统进行处理，即得列车车轮的几何参数，具体处理过程为：步骤1：计算轮缘顶点圆直径：找到激光位移传感器I(1-1)所测第一条轮廓线中的最小距离，即为所测轮缘顶点的距离值L，计算轮缘顶点圆直径D，计算公式如下：上式中：L1为激光位移传感器I(1-1)的感测头与车轮定位传感器(3)沿平行于轨道顶面方向的距离，单位：mm；ΔL为车轮定位传感器(3)被触发时车轮轮缘最低点到车轮定位传感器(3)之间的距离，单位：mm；Δt为车轮定位传感器(3)被触发至激光位移传感器I(1-1)采集第一条轮廓线时的时间间隔，即车轮定位传感器(3)的响应时间，单位：ms；h1为激光位移传感器I(1-1)的感测头与激光位移传感器支架I(5-1)的上平面之间沿垂直于轨道顶面方向的距离；单位：mm；ΔL和Δt在安装之初被标定为已知量；V为列车行驶速度，mm/ms，由测速传感器(2)测量得到；步骤2：计算激光位移传感器I(1-1)所测轮廓线中经过车轮法线或最接近车轮...

【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