CN105799734B - 轨道车辆车轮检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道车辆车轮检测装置，包括控制主机、触发及驱动控制模块、电机、2D控制台、接近开关、同步带滑台和两台2D激光位移传感器，所述接近开关与所述触发及驱动控制模块电连接，所述控制主机同时与所述触发及驱动控制模块、所述电机的驱动控制模块和所述2D控制台电连接，两个所述2D激光位移传感器均安装在所述同步带滑台上，所述电机与所述同步带滑台机械传动连接，两个所述2D激光位移传感器均与所述2D控制台电连接，通过分析比较所检测到的数据后，判断轮对是否超过要求的擦伤精度。本发明极大地提高了车辆车轮的检测效率。

Description

轨道车辆车轮检测装置及方法

技术领域

本发明涉及铁路检测技术领域，具体涉及一种轨道车辆车轮检测装置及方法。

背景技术

随着现代铁路高速安全舒适与数字化发展，高铁各项参数的在线检测越来越重要，而其中尤其以轮轨关系的检测最为重要，因为轮轨接触可以说是绝大多数故障的源头。由于轮对在高速运动中与轨道间的复杂相互作用，导致轮对产生各种磨损，其滚动圆因磨损逐渐变化为多边形，若不即时检测处理，则其对车辆及轨道产生的破坏将愈发严重，甚至直接影响行车安全。

传统的轮对参数检测方法大多是接触式检测，即通过机械装置与轮对踏面的直接接触来进行检测，这种方式优点是测量装置便携且能满足检测精度要求，但是每次检测需要卸下轮对并安装好检测装置才能开始检测，很显然效率是十分低下的，无法满足我国铁路客货运输的要求。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种轨道车辆车轮检测装置及方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种轨道车辆车轮检测装置，包括控制主机、触发及驱动控制模块、电机、2D控制台、接近开关、同步带滑台和两台2D激光位移传感器，所述接近开关与所述触发及驱动控制模块电连接，所述控制主机同时与所述触发及驱动控制模块、所述电机的驱动控制模块和所述2D控制台电连接，两个所述2D激光位移传感器均安装在所述同步带滑台上，所述电机与所述同步带滑台机械传动连接，两个所述2D激光位移传感器均与所述2D控制台电连接。

进一步地，所述同步带滑台安装在靠近铁路轨道的位置，所述同步带滑台、所述轨道平行和两个所述2D激光位移传感器之间的连线均相互平行。

进一步地，所述接近开关安装在轨道的下部。

一种轨道车辆车轮检测方法，包括以下步骤：

A1：等待列车驶入检测区，当列车的第一组轮对驶过定位好的接近开关时，接近开关产生电信号，电信号经触发及驱动控制模块转换成控制主机可识别的触发信号；

A2：触发及驱动控制模块向控制主机发出触发信号，通知控制主机列车的轮对进入检测范围；

A3：控制主机产生触发信号通知2D控制台开始对轮对进行测量，并同时发送控制信号至电机的驱动控制模块；

A4：2D控制台接收到触发信号后，控制两台2D激光位移传感器开始测量轮对的轮廓数据，并将此轮廓原始数据发送至控制主机，与此同时，电机驱动控制模块同时驱动电机工作，控制同步带滑台运动，从而使2D激光位移传感器沿列车行进方向作直线运动，以完成整个轮廓的数据采集；

A5：当整个轮廓数据采集完毕后，控制主机再次发送控制信号至电机的驱动控制模块使电机反向工作，来带动两台2D激光位移传感器回到初始位置，继续等待下一个转向架的轮对的驶入。

A6：：位置修正，将所测量到的相邻数据进行比较，通过轮对的轮廓线高度数据的整体变化找出因速度差造成的偏差，并将这些数据补偿到两台2D激光位移传感器300mm标准测量范围的坐标系中，以便后续过程的数据处理；

A7：分组比较，将每一个轮廓线数据编号分组，相邻的多个数据分为一组，首先进行组内的数据比较，找出两两轮廓线对应每个采集点上纵坐标的最大值与最小值，若相差超过要求的擦伤精度±0.2mm，说明这两个位置间存在擦伤，若没超过，继续进行组与组之间的数据比较，比较相邻多组的最大值与最小值之差，判断是否超过要求的擦伤精度，这样即可检测出擦伤位置。

进一步地，两台2D激光位移传感器分别检测当前轮对的半圈，当两台2D激光位移传感器随列车行进时，前一台2D激光位移传感器检测轮对的前半周，后一台2D激光位移传感器检测轮对的后半周。

更进一步地，前后两台2D激光位移传感器之间的线性间距为1.5m。

本发明的有益效果在于：

本发明主要利用2D激光位移传感器进行踏面扫描，通过同步带滑台控制2D激光位移传感器的位置，通过控制主机进行数据分析处理，综合了检测精度及检测的效率，列车只需以一个较低的速度驶入检测维修点，该系统即可将一侧的的所有轮对检测完成，极大地提高了检测的效率。

附图说明

图1是本发明的安装结构示意图；

图2是本发明的工作原理框图；

图中：1-轮对、2-2D激光位移传感器、3-同步带滑台、4-电机、5-触发及驱动控制模块、6-控制主机、7-2D控制台、8-接近开关、9-2D激光位移传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1和图2所示，本发明包括控制主机6、触发及驱动控制模块5、电机4、2D控制台7、接近开关8、同步带滑台3和两台2D激光位移传感器2、9，接近开关8与触发及驱动控制模块5电连接，控制主机6同时与触发及驱动控制模块5、电机4的驱动控制模块和2D控制台7电连接，两个2D激光位移传感器2、9均安装在同步带滑台3上，电机4与同步带滑台3机械传动连接，两个2D激光位移传感器2、9均与2D控制台7电连接。

在本实施例中，同步带滑台3安装在靠近铁路轨道的位置，同步带滑台3、轨道平行和两个2D激光位移传感器2、9之间的连线均相互平行。接近开关8安装在轨道的下部。

本发明的检测方法包括以下步骤：

A1：等待列车驶入检测区，当列车的第一组轮对1驶过定位好的接近开关8时，接近开关8产生电信号，电信号经触发及驱动控制模块5转换成控制主机6可识别的触发信号；

A2：触发及驱动控制模块5向控制主机6发出触发信号，通知控制主机6列车的轮对1进入检测范围；

A3：控制主机6产生触发信号通知2D控制台7开始对轮对1进行测量，并同时发送控制信号至电机4的驱动控制模块；

A4：2D控制台7接收到触发信号后，控制两台2D激光位移传感器2、9开始测量轮对1的轮廓数据，并将此轮廓原始数据发送至控制主机6，与此同时，电机驱动控制模块同时驱动电机4工作，控制同步带滑台3运动，从而使2D激光位移传感器沿列车行进方向作直线运动，以完成整个轮廓的数据采集；

A5：当整个轮廓数据采集完毕后，控制主机6再次发送控制信号至电机4的驱动控制模块使电机4反向工作，来带动两台2D激光位移传感器2、9回到初始位置，继续等待下一个转向架的轮对1的驶入。

A6：位置修正，将所测量到的相邻数据进行比较，通过轮对的轮廓线高度数据的整体变化找出因速度差造成的偏差，并将这些数据补偿到两台2D激光位移传感器300mm标准测量范围的坐标系中，以便后续过程的数据处理；

A7：分组比较，将每一个轮廓线数据编号分组，相邻的多个数据分为一组，首先进行组内的数据比较，找出两两轮廓线对应每个采集点上纵坐标的最大值与最小值(不与标准的轮对轮廓线比较的原因是为了消除系统误差)，若相差超过要求的擦伤精度±0.2mm，说明这两个位置间存在擦伤，若没超过，继续进行组与组之间的数据比较，比较相邻多组的最大值与最小值之差(只需比较相邻的几组，任意两组比较是无意义的，因为擦伤一般位于局部)，判断是否超过要求的擦伤精度，这样即可检测出擦伤位置。

因为车轮轮缘顶点是踏面磨损最小的部位，因此可以通过定位轮缘的最高点为基准位置，并以此位置的半径为标准，向外54mm处即为滚动圆出，这样便可得知滚动圆处半径。再利用前面已标号分组的轮廓线数据，按顺序进行拼接，最终可得拟合出的滚动圆。

两台2D激光位移传感器2、9分别检测当前轮对1的半圈，当两台2D激光位移传感器2、9随列车行进时，前一台2D激光位移传感器2检测轮对1的前半周，后一台2D激光位移传感器9检测轮对1的后半周。前后两台2D激光位移传感器2、9之间的线性间距为1.5m。

本发明的一些关键细节如下：

(1)在测量触发后，2D激光位移传感器信号应该作为同步带滑台3运动的反馈信号，组成一个闭环控制系统，保证同步带滑台与列车运行速度同步。这首先需要判断的是2D激光位移传感器所测的轮廓线在沿滑台的正负向变化。通过比较多组相邻轮廓线，若轮廓线沿滑台方向整体上下偏移，说明2D激光位移传感器与轮对1间距离发生了变化(即速度不同步)，此时就应该将这一变化反馈给电机4的驱动控制模块，以控制电机转速使滑台速度与车速同步；若轮廓线的某一部分发生凹陷，但整体未偏移，则说明此处为踏面擦伤处，将这一数据保留待主机来处理。可设置一个±5mm的上下偏移阈值(5mm以内的偏移通过软件修正)，一旦超出这个阈值，就反馈给电机4加速或减速信号，并根据超出量调整反馈的控制信号量(本实施例中的2D控制台7具有以太网和RS-232c接口，可以使用RS-232c接口与电机的驱动控制模块进行通信，不经过控制主机，以达到滑台速度控制所需的高速实时性)。

(2)若以该型滑台0.3G的加速度加速到列车行进速度(1.39m/s)，其加速距离约为0.325m，而在此期间列车的行进距离约为0.657m，也就是说2D激光位移传感器与车轮间的直线距离将在加速过程中缩短0.322m。考虑到2D激光位移传感器的有效检测距离为300±145mm，若从加速时开始检测，2D激光位移传感器和踏面间距离不断减小，并且后面还存在一段减速的行程，在此期间，轮对踏面将会超出测量范围，因此还须添加一段0.325m用于加速的行程，即滑台行程要在3300-3400mm间。待电机4收到触发信号后，滑台先开始加速，等到与车速同步后，2D激光位移传感器才开始记录检测到的有用信号。

本发明的检测技术要求如下：

滚动圆拟合轮廓线：测量误差：±0.2mm

踏面擦伤深度：测量误差：±0.2mm

轮辋厚度：测量误差：±0.5mm

车轮直径：测量误差：±0.5mm

QR垂直磨耗：测量误差：±0.3mm

本发明提供了一种机车车辆轮对轮廓非接触检测系统，该系统主要用于检测机车车辆轮对踏面的磨耗、粗糙度、轮对滚动圆直径等参数，该系统主要通过两个2D激光位移传感器来扫描轮对踏面，并通过同步带滑台来控制控制这两台2D传感器的运动速度，以保证与列车车速的同步，使得列车进入检修点就可立即检测每一个轮对轮廓几何参数。同时，2D传感器将采集到的原始数据发送给传感器控制台，控制台经过处理得出的轮廓原始数据发送给主机，主机再将轮廓数据拟合出一个轮对踏面的模型并与标准轮对参数进行比较，这样即可测出轮对的踏面擦伤，粗糙度，磨耗，及滚动圆直径等关键参数。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种轨道车辆车轮检测装置采用的轨道车辆车轮检测方法，所述轨道车辆车轮检测装置，包括控制主机、触发及驱动控制模块、电机、2D控制台、接近开关、同步带滑台和两台2D激光位移传感器，所述接近开关与所述触发及驱动控制模块电连接，所述控制主机同时与所述触发及驱动控制模块、所述电机的驱动控制模块和所述2D控制台电连接，两个所述2D激光位移传感器均安装在所述同步带滑台上，所述电机与所述同步带滑台机械传动连接，两个所述2D激光位移传感器均与所述2D控制台电连接；其特征在于，所述轨道车辆车轮检测方法包括以下步骤：

A1：等待列车驶入检测区，当列车的第一组轮对驶过定位好的接近开关时，接近开关产生电信号，电信号经触发及驱动控制模块转换成控制主机可识别的触发信号；

A2：触发及驱动控制模块向控制主机发出触发信号，通知控制主机列车的轮对进入检测范围；

A3：控制主机产生触发信号通知2D控制台开始对轮对进行测量，并同时发送控制信号至电机的驱动控制模块；

A4：2D控制台接收到触发信号后，控制两台2D激光位移传感器开始测量轮对的轮廓数据，并将此轮廓原始数据发送至控制主机，与此同时，电机驱动控制模块同时驱动电机工作，控制同步带滑台运动，从而使2D激光位移传感器沿列车行进方向作直线运动，以完成整个轮廓的数据采集；

A5：当整个轮廓数据采集完毕后，控制主机再次发送控制信号至电机的驱动控制模块使电机反向工作，来带动两台2D激光位移传感器回到初始位置，继续等待下一个转向架的轮对的驶入；

A6：位置修正，将所测量到的相邻数据进行比较，通过轮对的轮廓线高度数据的整体变化找出因速度差造成的偏差，并将这些数据补偿到两台2D激光位移传感器300mm标准测量范围的坐标系中，以便后续过程的数据处理；

A7：分组比较，将每一个轮廓线数据编号分组，相邻的多个数据分为一组，首先进行组内的数据比较，找出两两轮廓线对应每个采集点上纵坐标的最大值与最小值，若相差超过要求的擦伤精度±0.2mm，说明这两个位置间存在擦伤，若没超过，继续进行组与组之间的数据比较，比较相邻多组的最大值与最小值之差，判断是否超过要求的擦伤精度，这样即可检测出擦伤位置。

2.根据权利要求1所述的轨道车辆车轮检测方法，其特征在于：两台2D激光位移传感器分别检测当前轮对的半圈，当两台2D激光位移传感器随列车行进时，前一台2D激光位移传感器检测轮对的前半周，后一台2D激光位移传感器检测轮对的后半周。

3.根据权利要求2所述的轨道车辆车轮检测方法，其特征在于：前后两台2D激光位移传感器之间的线性间距为1.5m。