一种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在线动态测量列车车轮几何参数的装置及方法，属于列车车轮检测技术领域。本发明专利技术的一种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激光位移传感器I和激光位移传感器II，其中激光位移传感器I和激光位移传感器II的探测光束均垂直于车轮内辋面和轨道顶面向上。本发明专利技术通过两个激光位移传感器的布设，并对其采集数据进行处理即可获得列车车轮的几何参数，实现了列车车轮几何参数的在线动态测量，提高了测量效率，且其测量精度也较高，测量范围大。

【技术实现步骤摘要】
一种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检测
，更具体地说，涉及一种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。采用本专利技术的技术方案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，从而有利于保证列车的安全行驶。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激光位移传感器I和激光位移传感器II，其中激光位移传感器I和激光位移传感器II的探测光束均垂直于车轮内辋面和轨道顶面向上。更进一步的，所述轨道内侧位于数据采集区间的起始端设有启动开关，位于数据采集区间的终止端设有停止开关。更进一步的，所述激光位移传感器I和激光位移传感器II的采样频率相同。更进一步的，所述轨道内侧还安装有间隔分布的电涡流位移传感器I和电涡流位移传感器II。更进一步的，所述两个电涡流位移传感器的采样频率相同，且电涡流位移传感器的采样频率K1大于等于激光位移传感器的采样频率K2。更进一步的，所述电涡流位移传感器和激光位移传感器均连接至数据处理系统。更进一步的，所述启动开关、电涡流位移传感器、激光位移传感器及停止开关均与控制系统相连。本专利技术的一种在线动态测量列车车轮几何参数的方法，启动开关被触发时，两个激光位移传感器同时开始采集数据，停止开关被触发时，数据采集结束，对采集到的数据进行处理，即得列车车轮几何参数，具体处理过程为：步骤1、按顺序截取激光位移传感器I所测轮廓线中轮缘顶点的距离值di，即所测各轮廓线中的最小距离值，并以为X坐标，以di为Y坐标，建立坐标组步骤2、对得到的坐标组进行圆拟合，得到轮缘顶点圆直径D；步骤3、在激光位移传感器I所测轮廓线中找出轮缘顶点距离最小的轮廓线A，以及该轮廓线上轮缘顶点的距离值Z；步骤4、计算激光位移传感器I所测第A条轮廓线上各点距离值所对应的直径值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为激光位移传感器I所测第A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A条轮廓线中其他各点的距离值，单位mm；步骤5、计算激光位移传感器II所测第A条轮廓线上各点距离值所对应的直径值，计算公式为：式中：R为轮缘顶点圆半径，单位mm；Z为激光位移传感器I所测第A条轮廓线中轮缘顶点的距离值，单位mm；ak为激光位移传感器II所测第A条轮廓线中其他各点的距离值，单位mm；h为激光位移传感器I的感测头与激光位移传感器II的感测头沿垂直于轨道顶面方向的高度差，单位mm，且激光位移传感器I的感测头高于激光位移传感器II的感测头时h为正，反之为负；L2为两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；步骤6、截取激光位移传感器I所测第A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，Dd)}；截取激光位移传感器II所测第A条轮廓线中轮缘顶点至车轮外辋面之间的直径，并与该激光位移传感器自身的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)}；步骤7、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，车轮轮缘高为步骤8、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。更进一步的，所述步骤1中列车行驶速度V根据以下方法测量得到：a、计算电涡流位移传感器I所测数据中最小值至电涡流位移传感器II所测数据中最小值之间的数据量n；b、计算车轮行驶速度，计算公式为：其中，V为车轮经过测量区间时的行驶速度，单位mm/ms；L1为电涡流位移传感器I至电涡流位移传感器II沿平行于轨道顶面方向的中心距，K1为两个电涡流位移传感器的采样频率，kHz。3.有益效果采用本专利技术提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：(1)本专利技术的一种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激光位移传感器I和激光位移传感器II，其中激光位移传感器I和激光位移传感器II的探测光束均垂直于车轮内辋面和轨道顶面向上，通过两个激光位移传感器的布设，并对其采集数据进行处理即可获得列车车轮的几何参数，实现了列车车轮几何参数的在线动态测量，提高了测量效率，且其测量精度也较高，测量范围大。(2)本专利技术的一种在线动态测量列车车轮几何参数的装置，利用电涡流位移传感器采样频率高的特点，在轨道内侧还安装有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种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激光位移传感器I(3)和激光位移传感器II(5)，其中激光位移传感器I(3)和激光位移传感器II(5)的探测光束均垂直于车轮内辋面和轨道顶面向上。

【技术特征摘要】
1.一种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激光位移传感器I(3)和激光位移传感器II(5)，其中激光位移传感器I(3)和激光位移传感器II(5)的探测光束均垂直于车轮内辋面和轨道顶面向上。2.根据权利要求1所述的一种在线动态测量列车车轮几何参数的装置，其特征在于：所述轨道内侧位于数据采集区间的起始端设有启动开关(1)，位于数据采集区间的终止端设有停止开关(6)。3.根据权利要求1或2所述的一种在线动态测量列车车轮几何参数的装置，其特征在于：所述激光位移传感器I(3)和激光位移传感器II(5)的采样频率相同。4.根据权利要求3所述的一种在线动态测量列车车轮几何参数的装置，其特征在于：所述轨道内侧还安装有间隔分布的电涡流位移传感器I(2)和电涡流位移传感器II(4)。5.根据权利要求4所述的一种在线动态测量列车车轮几何参数的装置，其特征在于：所述两个电涡流位移传感器的采样频率相同，且电涡流位移传感器的采样频率K1大于等于激光位移传感器的采样频率K2。6.根据权利要求4所述的一种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和激光位移传感器均连接至数据处理系统。7.根据权利要求4所述的一种在线动态测量列车车轮几何参数的装置，其特征在于：所述启动开关(1)、电涡流位移传感器、激光位移传感器及停止开关(6)均与控制系统相连。8.一种在线动态测量列车车轮几何参数的方法，其特征在于：启动开关(1)被触发时，两个激光位移传感器同时开始采集数据，停止开关(6)被触发时，数据采集结束，对采集到的数据进行处理，即得列车车轮几何参数，具体处理过程为：步骤1、按顺序截取激光位移传感器I(3)所测轮廓线中轮缘顶点的距离值di，并以为X坐标，以di为Y坐标，建立坐标组步骤2、对得到的坐标组进行圆拟合，得到轮缘顶点圆直径D；步骤3、在激光位移传感器I(3)所测轮廓线中找出轮缘顶点距离最小的轮廓线A，以及该轮廓线上轮缘顶点的距离值Z；步骤4、计算激光位移传感器I(3)所测第A条轮廓线上各点距离值所对应的直径值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为激光位移传感器I(3)所测第A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(3)...

【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