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测速传感器、车轮定位传感器、激光位移传感器I、激光位移传感器II和停止开关，其中激光位移传感器I与激光位移传感器II的探测光束均垂直于车轮内辋面，且激光位移传感器I的探测光束与轨道顶面呈倾斜夹角α；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，将采集到的数据进行处理，即可实现列车车轮几何参数的在线动态测量，且测量精度高、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目的在于克服现有列车车轮参数检测存在的以上不足，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。采用本专利技术的测量方法能够实现列车车轮几何参数的在线动态测量，且测量精度高、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：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测速传感器、车轮定位传感器、激光位移传感器I、激光位移传感器II和停止开关，其中激光位移传感器I与激光位移传感器II的探测光束均垂直于车轮内辋面，且激光位移传感器I的探测光束与轨道顶面呈倾斜夹角α。更进一步的，所述激光位移传感器II的探测光束垂直于轨道顶面。更进一步的，所述激光位移传感器II的探测光束与轨道顶面呈倾斜夹角β。更进一步的，所述的激光位移传感器I与激光位移传感器II均通过活动支架安装于轨道内侧面，且活动支架的上平面与轨道顶面平行并与待测量车轮轮缘接触，且随车轮滚压进行上下随动。更进一步的，所述的激光位移传感器I与激光位移传感器II均采用二维激光位移传感器，且其采样频率K相同。更进一步的，所述激光位移传感器I的探测光束与轨道顶面之间的夹角为30°≤α≤80°。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，采用本专利技术的动态测量装置进行测量，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，具体处理过程为：(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点的最小距离，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之间的距离，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，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，ms；h1为激光位移传感器I的感测头到活动支架上平面的距离；ΔL、Δt和h1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；(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，且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，mm；K为激光位移传感器的采样频率，KHz；(3)选取激光位移传感器II所测的第一条轮廓线，并将所测轮廓线中各点处的距离值转化为直径值Di，计算公式为：式中，R为车轮轮缘顶点圆半径，mm；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之间的距离，h2为激光位移传感器II的感测头到活动支架上平面的距离；Yi为所选取的轮廓线中各点处的距离值，mm，i＝1,2,3,……；(4)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，mm；Z为所测第C条轮廓线中轮缘顶点的距离值，mm；Zj为所测第C条轮廓线中其他各点的距离值，mm；(5)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，Dd)}；截取激光位移传感器II所测第一条轮廓线中轮缘顶点至车轮外辋面的直径，并与激光位移传感器II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顶点为特征点进行拼接，拼接时去除一个重复的轮缘顶点坐标，并将X坐标进行整合，以车轮内辋面为横坐标零点向车轮外辋面为X轴，得到从车轮内辋面至外辋面不同位置的直径坐标组{(Xf，Df)}；(6)在坐标组{(Xf，Df)}中找到Xf＝d或离d最接近的横坐标所对应的直径，即得车轮踏面直径DT，其中d为车轮直径测量基点与车轮内辋面之间的距离，车轮轮缘高为更进一步的，在坐标组{(Xf，Df)}中找到与轮缘厚测量基点所对应的轮缘外侧的横坐标Xh，车轮内辋面所对应的横坐标记为X1，则轮缘厚为Sd＝Xh-X1；在坐标组{(Xf，Df)}中找到与轮缘综合值测量基点所对应的轮缘外侧的横坐标Xq，则轮缘综合值为Qr＝Xh-Xq。其三，本专利技术的一种列车车轮几何参数在线动态测量方法，采用权利要求3中的动态测量装置进行测量，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，具体处理过程为：(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点的最小距离，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测速传感器(2)、车轮定位传感器(3)、激光位移传感器I(1‑1)、激光位移传感器II(1‑2)和停止开关(4)，其中激光位移传感器I(1‑1)与激光位移传感器II(1‑2)的探测光束均垂直于车轮内辋面，且激光位移传感器I(1‑1)的探测光束与轨道顶面呈倾斜夹角α。

【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测速传感器(2)、车轮定位传感器(3)、激光位移传感器I(1-1)、激光位移传感器II(1-2)和停止开关(4)，其中激光位移传感器I(1-1)与激光位移传感器II(1-2)的探测光束均垂直于车轮内辋面，且激光位移传感器I(1-1)的探测光束与轨道顶面呈倾斜夹角α。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：所述激光位移传感器II(1-2)的探测光束垂直于轨道顶面。3.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：所述激光位移传感器II(1-2)的探测光束与轨道顶面呈倾斜夹角β。4.根据权利要求1-3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：所述的激光位移传感器I(1-1)与激光位移传感器II(1-2)均通过活动支架(5)安装于轨道内侧面，该活动支架(5)的上平面与轨道顶面平行并与待测量车轮轮缘接触，且随车轮滚压进行上下随动。5.根据权利要求1-3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：所述的激光位移传感器I(1-1)与激光位移传感器II(1-2)均采用二维激光位移传感器，且其采样频率K相同。6.根据权利要求1-3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：所述激光位移传感器I(1-1)的探测光束与轨道顶面之间的夹角为30°≤α≤80°。7.一种列车车轮几何参数在线动态测量方法，其特征在于：采用权利要求2中的动态测量装置进行测量，当车轮定位传感器(3)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(4)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，具体处理过程为：(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点的最小距离，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，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，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，ms；h1为激光位移传感器I(1-1)的感测头到活动支架(5)上平面的距离；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；(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法线的轮廓线，且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(1-1)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，mm；K为激光位移传感器I(1-1)的采样频率，KHz；(3)选取激光位移传感器II(1-2)所测的第一条轮廓线，并将所测轮廓线中各点处的距离值转化为直径值Di，计算公式为：式中，R为车轮轮缘顶点圆半径，mm；L2为激光位移传感器II(1-2)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，h2为激光位移传感器II(1-2)的感测头到活动支架(5)上平面的距离；Yi为所选取的轮廓线中各点处的距离值，mm，i＝1,2,3,……；(4)计算激光位移传感器I(1-1)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，mm；Z为所测第C条轮廓线中轮缘顶点的距离值，mm；Zj为所测第C条轮廓线中其他各点的距离值，mm；(5)截取激光位移传感器I(1-1)所测第C条轮廓线中车轮内辋面至轮缘顶点的直径，并与激光位移传感器I(1-1)自身X轴坐标结合，构成坐标组{(Xd，Dd)}；截取激光位移传感器II(1-2)所测第一条轮廓线中轮缘顶点至车轮外辋面的直径，并与激光位移传感器II(1-2)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顶点为特征点进行拼接，拼接时去除一个重复的轮缘顶点坐标，并将X坐标进行整合，以车轮内辋面为横坐标零点向车轮外辋面为X轴，得到从车轮内辋面至外辋面不同位置的直径坐标组{(Xf，Df)}；(6)在坐标组{(Xf，Df)}中找到Xf＝d或离d最接近的横坐标所对应的直径，即得车轮踏面直径DT，其中d为车轮直径测量基点与车轮内辋面之间的距离，车...

【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