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，属于列车车轮几何参数测量技术领域。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安装于轨道内侧的测速传感器、启动开关、第一激光位移传感器、第二激光位移传感器、第三激光位移传感器和停止开关，还包括第四激光位移传感器，其中第一、第二和第三激光位移传感器的探测光速均垂直于轨道顶面向上，且第一激光位移传感器和第三激光位移传感器为一维激光位移传感器，第二激光位移传感器和第四激光位移传感器为二维激光位移传感器。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，且有效提高了列车车轮几何参数的测量精度和测量效率。

【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测量
，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测量方法存在的测量精度及测量效率相对较低的不足，而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测量，且有效提高了列车车轮几何参数的测量精度和测量效率。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安装于轨道内侧的测速传感器、启动开关、第一激光位移传感器、第二激光位移传感器、第三激光位移传感器和停止开关，还包括第四激光位移传感器，其中第一激光位移传感器、第二激光位移传感器和第三激光位移传感器的探测光速均垂直于轨道顶面向上，且第一激光位移传感器和第三激光位移传感器为一维激光位移传感器，第二激光位移传感器和第四激光位移传感器为二维激光位移传感器。更进一步的，所述第四激光位移传感器安装于轨道内侧，且其探测光束垂直于车轮内辋面，并与轨道顶面存在倾斜夹角α。更进一步的，所述第一激光位移传感器、第二激光位移传感器、第三激光位移传感器和第四激光位移传感器均安装于第一安装支架上。更进一步的，所述第四激光位移传感器安装于轨道外侧，且其探测光束与轨道顶面之间存在倾斜夹角为α，与车轮内辋面之间存在倾斜夹角为β。更进一步的，所述第一激光位移传感器、第二激光位移传感器和第三激光位移传感器均安装于第一安装支架上，所述第四激光位移传感器安装于第二安装支架上。更进一步的，所述第二激光位移传感器的探测光束垂直于车轮内辋面，且四个激光位移传感器的探测频率相同。更进一步的，所述第一激光位移传感器和第三激光位移传感器的探测光束沿平行于轨道方向的连线垂直于第二激光位移传感器的探测光束所在平面。更进一步的，所述测速传感器、启动开关、第一激光位移传感器、第二激光位移传感器、第三激光位移传感器、第四激光位移传感器和停止开关均与控制系统相连，且四个激光位移传感器均与数据处理系统相连。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，将第四激光位移传感器安装于轨道内侧，当启动开关被触发时，四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，四个激光位移传感器同时停止探测采集，将四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：以第一激光位移传感器的感测头位置为坐标原点，平行于列车行驶方向为X轴，垂直轨道顶面向上的方向为Y轴建立坐标系；步骤2：截取第一激光位移传感器、第二激光位移传感器和第三激光位移传感器所测距离均为有效距离值的数据；步骤3：在截取的数据中，对第一激光位移传感器和第三激光位移传感器的测量数据进行拟合，得到不同时刻两个激光位移传感器感测头到车轮上某点的距离值[di2]和[di4]，找到第二激光位移传感器所截取数据中自身坐标xa对应的距离值和轮缘顶点处的距离值，拟合后得到[di3a]和[di3]，其中最小值分别为d3a和d3；上述xa是指第一激光位移传感器与第三位移传感器探测光束沿平行于轨道顶面方向的连线与第二激光位移传感器探测光束所在平面的交点所在第二激光位移传感器自身坐标系中的横坐标；步骤4：按照步骤1中所建立的坐标系，结合各激光位移传感器所测量的距离值，得到不同时刻车轮上某圆周的三个点坐标{(0，di2)}、{(L1，di3a-h1)}和{(L2，di4-h2)}，利用三点成圆的原理，计算出不同时刻车轮上该圆周的直径值[Di]；其中L1为第一激光位移传感器的感测头至第二激光位移传感器的感测头沿平行于轨道顶面方向的距离，单位mm；L2为第一激光位移传感器的感测头至第三激光位移传感器的感测头沿平行于轨道顶面方向的距离，单位mm；h1为第一激光位移传感器的感测头至第二激光位移传感器的感测头沿垂直于轨道顶面方向的高度差，单位mm，且当第一激光位移传感器的感测头高于第二激光位移传感器的感测头时h1为正，反之为负；h2为第一激光位移传感器的感测头至第三激光位移传感器的感测头沿垂直于轨道顶面方向的高度差，单位mm，且当第一激光位移传感器的感测头高于第三激光位移传感器的感测头时h2为正，反之为负；步骤5：求出轮缘顶点的平均值径，计算公式为步骤6：找出第二激光位移传感器所测轮廓线中轮缘顶点距离值最小的那条轮廓线C，并计算该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-Z)(j＝1，2，3，……)式中：D为车轮轮缘顶点圆直径，mm；Z为所选取的轮廓线中轮缘顶点的距离值，mm，即最小距离值；Zj为所选取的轮廓线中其他各点的距离值，mm；步骤7：计算第四激光位移传感器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，计算结果四舍五入取整，计算公式为：式中：C为第二激光位移传感器所测轮廓线中轮缘顶点处距离值最小时的轮廓线，即轮廓线C所在条数；R为轮缘顶点圆半径，单位mm；Z为第二激光位移传感器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/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安装于轨道(8)内侧的测速传感器(0)、启动开关(1)、第一激光位移传感器(2)、第二激光位移传感器(3)、第三激光位移传感器(4)和停止开关(7)，还包括第四激光位移传感器(5)，其中第一激光位移传感器(2)、第二激光位移传感器(3)和第三激光位移传感器(4)的探测光速均垂直于轨道顶面向上，且第一激光位移传感器(2)和第三激光位移传感器(4)为一维激光位移传感器，第二激光位移传感器(3)和第四激光位移传感器(5)为二维激光位移传感器。

【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安装于轨道(8)内侧的测速传感器(0)、启动开关(1)、第一激光位移传感器(2)、第二激光位移传感器(3)、第三激光位移传感器(4)和停止开关(7)，还包括第四激光位移传感器(5)，其中第一激光位移传感器(2)、第二激光位移传感器(3)和第三激光位移传感器(4)的探测光速均垂直于轨道顶面向上，且第一激光位移传感器(2)和第三激光位移传感器(4)为一维激光位移传感器，第二激光位移传感器(3)和第四激光位移传感器(5)为二维激光位移传感器。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：所述第四激光位移传感器(5)安装于轨道(8)内侧，且其探测光束垂直于车轮(9)内辋面，并与轨道(8)顶面存在倾斜夹角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：所述第一激光位移传感器(2)、第二激光位移传感器(3)、第三激光位移传感器(4)和第四激光位移传感器(5)均安装于第一安装支架(6)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：所述第四激光位移传感器(5)安装于轨道(8)外侧，且其探测光束与轨道顶面之间存在倾斜夹角为α，与车轮内辋面之间存在倾斜夹角为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：所述第一激光位移传感器(2)、第二激光位移传感器(3)和第三激光位移传感器(4)均安装于第一安装支架(6)上，所述第四激光位移传感器(5)安装于第二安装支架(10)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：所述第二激光位移传感器(3)的探测光束垂直于车轮(9)内辋面，且四个激光位移传感器的探测频率相同。7.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：所述第一激光位移传感器(2)和第三激光位移传感器(4)的探测光束沿平行于轨道方向的连线垂直于第二激光位移传感器(3)的探测光束所在平面。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：所述测速传感器(0)、启动开关(1)、第一激光位移传感器(2)、第二激光位移传感器(3)、第三激光位移传感器(4)、第四激光位移传感器(5)和停止开关(7)均与控制系统相连，且四个激光位移传感器均与数据处理系统相连。9.一种列车车轮几何参数在线动态测量方法，其特征在于：将第四激光位移传感器(5)安装于轨道(8)内侧，当启动开关(1)被触发时，四个激光位移传感器同时进行探测采集，当停止开关(7)被触发时，四个激光位移传感器同时停止探测采集，将四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：以第一激光位移传感器(2)的感测头位置为坐标原点，平行于列车行驶方向为X轴，垂直轨道顶面向上的方向为Y轴建立坐标系；步骤2：截取第一激光位移传感器(2)、第二激光位移传感器(3)和第三激光位移传感器(4)所测距离均为有效距离值的数据；步骤3：在截取的数据中，对第一激光位移传感器(2)和第三激光位移传感器(4)的测量数据进行拟合，得到不同时刻两个激光位移传感器感测头到车轮上某点的距离值[di2]和[di4]，找到第二激光位移传感器(3)所截取数据中自身坐标xa对应的距离值和轮缘顶点处的距离值，拟合后得到[di3a]和[di3]，其中最小值分别为d3a和d3；上述xa是指第一激光位移传感器(2)与第三位移传感器(4)探测光束沿平行于轨道顶面方向的连线与第二激光位移传感器(3)探测光束所在平面的交点所在第二激光位移传感器(3)自身坐标系中的横坐标；步骤4：按照步骤1中所建立的坐标系，结合各激光位移传感器所测量的距离值，得到不同时刻车轮上某圆周的三个点坐标{(0，di2)}、{(L1，di3a-h1)}和{(L2，di4-h2)}，利用三点成圆的原理，计算出不同时刻车轮上该圆周的直径值[Di]；其中L1为第一激光位移传感器(2)的感测头至第二激光位移传感器(3)的感测头沿平行于轨道顶面方向的距离，单位mm；L2为第一激光位移传感器(2)的感测头至第三激光位移传感器(4)的感测头沿平行于轨道顶面方向的距离，单位mm；h1为第一激光位移传感器(2)的感测头至第二激光位移传感器(3)的感测头沿垂直于轨道顶面方向的高度差，单位mm，且当第一激光位移传感器(2)的感测头高于第二激光位移传感器(3)的感测头时h1为正，反之为负；h2为第一激光位移传感器(2)的感测头至第三激光位移传感器(4)的感测头沿垂直于轨道顶面方向的高度差，单位mm，且当第一激光位移传感器(2)的感测头高于第三激光位移传感器(4)的感测头时h2为正，反之为负；步骤5：求出轮缘顶点的平均值径，计算公式为步骤6：找出第二激光位移传感器(3)所测轮廓线中轮缘顶点距离值最小的那条轮廓线C，并计算该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-Z)(j＝1，2，3，……)式中：D为车轮轮缘顶点圆直径，mm；Z为所选取的轮廓线中轮缘顶点的距离值，mm，即最小距离值；Zj为所选取的轮廓线中其他各点的距离值，mm；步骤7：计算第四激光位移传感器(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条数，计算结果四舍五入取整，计算公式为：式中：C为第二激光位移传感器(3)所测轮廓线中轮缘顶点处距离值最小时的轮廓线，即轮廓线C所在条数；R为轮缘顶点圆半径，单位mm；Z为第二激光位移传感器(3)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；K为的激光位移传感器采样频率，单位KHz；L3为第二激光位移传感器(3)的感测头至第四激光位移传感器(5)的感测头沿平行于轨道方向的距离，单位mm；步骤8：计算第四激光位移传感器(5)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为车轮轮缘顶点圆直径，单位mm；Z`为第四激光位移传感器(5)所测第C’条轮廓线中轮缘顶点处的距离值，单位mm；Zk为第四激光位移传感器(5)所测第C’条轮廓线上其他各点的距离值，单位mm；步骤9：截取第二激光位移传感器(3)所选轮廓线中车轮内辋面至轮缘顶点之间的直径，并与第二激光位移传感器(3)自身X轴坐标结合，构成坐标组{...

【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