CN106500914A - 轮对踏面径向跳动误差的自动测量方法 - Google Patents

轮对踏面径向跳动误差的自动测量方法 Download PDF

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张爽
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Abstract

轮对踏面径向跳动误差的自动测量方法属于轨道车辆轮对踏面径向跳动误差的检测领域，目的在于解决无法达到轮对踏面径向跳动误差的最高检测精度的测量指标要求的问题。本发明包括以下步骤：以轮对两端的轮对轴径的外圆周面最为支承定位基准，缓慢无冲击落在固定V型定位支承滚轮上，轮对一侧的轴端通过万向联轴节和电机连接；在轮对两侧的车轮内侧面分别布置一套车轮内侧面测量传感器，在轮对两侧的车轮踏面滚动圆正上方分别布置一套踏面径向测量传感器；启动轮对轴端的电机，踏面径向测量传感器实时测量踏面径向测量传感器到踏面滚动圆顶点处的距离A1，直到完成至少一个圆周的测量；得到最大值和最小值的差值即为轮对踏面径向跳动误差。

Description

轮对踏面径向跳动误差的自动测量方法
技术领域
本发明属于轨道车辆轮对踏面径向跳动误差的检测领域，具体涉及一种轮对踏面径向跳动误差的自动测量方法。
背景技术
由于轮对加工误差和组装误差的存在，致使轮对在绕车轴旋转时，其轮对踏面中心K点会产生沿轮对径向EF方向的轻微跳动和沿轮对轴向AB方向的轻微窜动，由于高速列车对其轮对踏面径向跳动误差的检测精度，要求其检测误差在0.1mm以内，因此要求测量该径向跳动误差的设备测量精度应控制在踏面径向跳动检测误差的三分之一以内，既设备自身测量精度应控制在约0.03mm以内，才能充分保证高铁轮对径向跳动0.1mm的测量要求。
现有的轮对误差测量专机是采用轮对轴径3两端的车轴中心孔13进行定位的车轴整体轴向定位方式，但车轴中心孔13中心轴线MN自身就存在0.03mm的加工误差，因此，车轴自身轴线MN与轮对的旋转轴线AB并不严格同轴，将车轴自身轴线MN作为车轴和轮对的整体旋转轴，则将直接引入0.03mm的车轴径向跳动误差，该车轴径向跳动误差将直接传导到随其同步转动的轮对的踏面上。
另一方面，参见附图1所示，轮对踏面自身是一条向车轴方向倾斜的圆锥曲面，因此作为踏面检测中点的K点，其相对于车轮内侧面6的距离D是固定的已知量。但现有的轮对误差测量专机是沿车轴自身轴线MN方向横向推进到轮对附近，再根据车轮内侧面6的位置对其踏面传感器的横向坐标进行定位。该踏面传感器横向坐标定位的误差在0.02mm，致使其在踏面上的投影误差为0.03mm。此外，现有的轮对误差测量专机的踏面传感器精度为0.05mm，这导致现有轮对误差测量专机实际轮对踏面测量精度已经累积达到了0.11mm，无法有效充分保证高铁轮对踏面径向跳动误差0.1mm的测量指标要求。
发明内容
为了解决现有轮对误差测量专机以车轴自身轴线作为车轴和轮对的整体旋转轴，在轮对踏面径向方向引入0.03mm的检测误差；现有轮对误差测量专机沿车轴自身轴线MN方向横向推进，致使其在踏面上的投影方向额外引入0.03mm的检测误差；并且现有轮对误差测量专机的踏面传感器精度为0.05mm，导致现有轮对误差测量专机实际轮对踏面测量精度已经累积达到了0.11mm，无法保证轮对踏面径向跳动误差检测精度的测量指标要求的技术问题，本发明提供一种轮对踏面径向跳动误差的自动测量方法。
本发明解决技术问题所采取的技术方案如下：
轮对踏面径向跳动误差的自动测量方法包括以下步骤：
步骤一：人工将轮对推到以轮缘为支撑的沿Z向设置的固定轨道上，通过布置在车轮内侧面的固定横向定位块横向定位；
步骤二：沿Z向推动轮对，将轮对推动到沿Y向设置的电动升降自动平移装置的正上方，通过电动升降自动平移装置将轮对升高到超过固定V型定位支承滚轮的位置；
步骤三：电动升降自动平移装置托着轮对沿Z向自动移动，使轮对轴径位于固定V型定位块的正上方；
步骤四：通过电动升降自动平移装置将轮对缓慢无冲击地降落在固定V型定位块上，轮对轴径的外圆周面和固定V型定位块接触支撑；
步骤五：轮对轴径一端端面通过紧固件和万向联轴节与电机输出轴连接；
步骤六：在轮对两侧的车轮内侧面分别布置一套车轮内侧面测量传感器，在轮对两侧的车轮踏面滚动圆正上方分别布置一套踏面径向测量传感器；
步骤七：当需要测量距离车轮内侧面的尺寸为D处的滚动圆正上方的踏面径向跳动时，移动踏面径向测量传感器至距离车轮内侧面的尺寸为D处的滚动圆正上方；
步骤八：启动轮对轴端的电机，带动轮对旋转，踏面径向测量传感器实时测量踏面径向测量传感器到踏面滚动圆顶点处的距离A1，直到完成至少一个圆周的测量；
步骤九：从步骤八中测得的同一圆周上的多个A1值中得到最大值和最小值，最大值和最小值的差值即为轮对踏面径向跳动误差。
步骤七中所述的移动踏面径向测量传感器至距离车轮内侧面的尺寸为D处的滚动圆正上方具体为：
1)通过车轮内侧面测量传感器测量出车轮内侧面测量传感器与车轮内侧面的距离C1；
2)根据公式(一)计算得到踏面径向测量传感器需要沿X向移动的距离L：
L＝B1-B0 (一)
其中：B1为移动后的踏面径向测量传感器与车轮内侧面测量传感器之间水平的距离；
B0为移动前的踏面径向测量传感器与车轮内侧面测量传感器之间水平的初始距离；
3)根据公式(二)可得移动后的踏面径向测量传感器与车轮内侧面测量传感器之间水平的距离B1：
B1＝C1+D (二)
4)将公式(二)带入公式(一)得到踏面径向测量传感器需要沿X向移动的距离L为：
L＝C1+D-B0；
5)移动踏面径向测量传感器的距离L，使其位于距离车轮内侧面的尺寸为D处的滚动圆正上方。
所述固定横向定位块距离车轮内侧面的间隙为1mm。
所述万向联轴节可沿自身轴向移动并能自锁。
所述踏面径向测量传感器和车轮内侧面测量传感器的测量精度均小于等于0.02mm，支承轮对轴径的固定V型定位支承滚轮的旋转精度小于等于0.01mm。
步骤八中通过踏面径向测量传感器测量的多个A1过程中，在车轮踏面滚动圆周上每隔2mm采集一个A1测量值。
每套车轮内侧面测量传感器包括两个测量传感器，每套踏面径向测量传感器包括两个测量传感器。
本发明的有益效果为：本发明通过直接采用以轮对两端轴径外轮廓表面作为旋转支承基准，并通过在轮对轴端进行驱动轮对旋转测量，最大限度地减少了测量系统误差的累积，并且通过在车轮内侧面和踏面正上方设置高精度的测量传感器，实现轮对踏面滚动圆处径向跳动精确定位测量，提高轮对测量效率两倍以上，并保证了轮对测量合格率为100％。所采用的万向联轴节能使被驱动的旋转轴与电机输出旋转轴自动同轴对齐并自锁，从而大幅提高了旋转轴线的同轴度。
本发明是利用轮对轴径外圆表面支承定位的，更符合轮对踏面是以车轴中心为基准的跳动测量要求，并且其测量轮对踏面跳动的测量单元不是左右移动，仅踏面径向测量传感器采用全闭环控制可左右移动，踏面径向测量传感器和车轮内侧面测量传感器的测量精度均小于等于0.02mm，支承轮对轴径的固定V型定位支承滚轮的旋转精度小于等于0.01mm，累积测量系统精度小于等于0.03mm，可充分保证CRH3型动车组的轮对踏面径向跳动小于等于0.1mm的要求。
附图说明
图1是车轴轮对及其踏面检测中点位置的结构示意图；
图2是本发明用于测量轮对踏面径向跳动误差的结构示意图；
图3是本发明轮对踏面径向跳动误差的自动测量方法的应用示意图；
图4 图3的局部放大图；
其中：1、电机，2、万向联轴节，3、轮对轴径，4、踏面径向测量传感器，5、车轮内侧面测量传感器，6、车轮内侧面，7、轮对，8、固定V型定位支承滚轮，9、电动升降自动平移装置，10、固定横向定位块，11、固定轨道，12、轮缘，13、车轴中心孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
参见附图2，用于测量轮对踏面径向跳动误差的测量装置包括电机1、万向联轴节2、踏面径向测量传感器4、车轮内侧面测量传感器5、固定V型定位支承滚轮8、电动升降自动平移装置9、固定横向定位块10和固定轨道11；所述电机1通过万向联轴节2和紧固件与轮对轴径3的一个端面连接，两套踏面径向测量传感器4对称设置，分别对轮对7的两个车轮内侧面6进行测量，两套车轮内侧面测量传感器5对称设置，分别对轮对7的两个车轮踏面滚动圆进行测量，两个固定V型定位支承滚轮7对称设置对轮对轴径3的外圆周面进行支撑定位，两个电动升降自动平移装置9对称设置，输出端与所述轮对轴径3接触，两组固定横向定位块10和固定轨道11对称设置对轮对7两侧的车轮的轮缘12进行支撑，消除了旧有的支撑位置所引入的同轴度偏差。
参见附图3和附图4，轮对踏面径向跳动误差的自动测量方法包括以下步骤：
步骤一：人工将轮对7推到以轮缘12为支撑的沿Z向设置的固定轨道11上，通过布置在车轮内侧面6的固定横向定位块10横向定位；
步骤二：沿Z向推动轮对7，将轮对7推动到沿Y向设置的电动升降自动平移装置9的正上方，通过电动升降自动平移装置9将轮对7升高到超过固定V型定位支承滚轮8的位置；
步骤三：电动升降自动平移装置9托着轮对7沿Z向自动移动，使轮对轴径3位于固定V型定位块的正上方；
步骤四：通过电动升降自动平移装置9将轮对7缓慢无冲击地降落在固定V型定位块上，轮对轴径3的外圆周面和固定V型定位块接触支撑；
步骤五：轮对轴径3一端端面通过紧固件和万向联轴节2与电机1输出轴连接；
步骤六：在轮对7两侧的车轮内侧面6分别布置一套车轮内侧面测量传感器5，在轮对7两侧的车轮踏面滚动圆正上方分别布置一套踏面径向测量传感器4；
步骤七：当需要测量距离车轮内侧面6的尺寸为D处的滚动圆正上方的踏面径向跳动时，移动踏面径向测量传感器4至距离车轮内侧面6的尺寸为D处的滚动圆正上方；
步骤八：启动轮对7轴端的电机1，带动轮对7旋转，踏面径向测量传感器4实时测量踏面径向测量传感器4到踏面滚动圆顶点处的距离A1，直到完成至少一个圆周的测量；
步骤九：从步骤八中测得的同一圆周上的多个A1值中得到最大值和最小值，最大值和最小值的差值即为轮对7踏面径向跳动误差。
步骤七中所述的移动踏面径向测量传感器4至距离车轮内侧面6的尺寸为D处的滚动圆正上方具体为：
1)通过车轮内侧面测量传感器5测量出车轮内侧面测量传感器5与车轮内侧面6的距离C1；
2)根据公式(一)计算得到踏面径向测量传感器4需要沿X向移动的距离L：
L＝B1-B0 (一)
其中：B1为移动后的踏面径向测量传感器4与车轮内侧面测量传感器5之间水平的距离；
B0为移动前的踏面径向测量传感器4与车轮内侧面测量传感器5之间水平的初始距离，该值为固定数值；
3)根据公式(二)可得移动后的踏面径向测量传感器4与车轮内侧面测量传感器5之间水平的距离B1：
B1＝C1+D (二)
4)将公式(二)带入公式(一)得到踏面径向测量传感器4需要沿X向移动的距离L为：
L＝C1+D-B0；
5)移动踏面径向测量传感器4的距离L，使其位于距离车轮内侧面6的尺寸为D处的滚动圆正上方。
所述固定横向定位块10距离车轮内侧面6的间隙G为1mm。
所述万向联轴节2可沿自身轴向移动并能自锁。使用的是德国GKN牌687.30系列9.03型万向联轴节2。实现了轮对7对旋转时测量并防止轮对7旋转时发生沿其自身轴向的串动。所采用的万向联轴节能使被驱动的旋转轴与电机输出旋转轴自动同轴对齐并自锁，从而大幅提高了旋转轴线的同轴度。
所述踏面径向测量传感器4和车轮内侧面测量传感器5的测量精度为0.016mm，采用德国MICRO-EPSILON(米铱)的型号为ILD1700-20传感器，支承轮对轴径3的固定V型定位支承滚轮8的旋转精度小于等于0.01mm。
步骤八中通过踏面径向测量传感器4测量的多个A1过程中，根据传感器测量采点频率，在车轮踏面滚动圆周上每隔2mm采集一个A1测量值，轮对7旋转一周能够实现测量采集1440个点。
每套车轮内侧面测量传感器5包括两个测量传感器，每套踏面径向测量传感器4包括两个测量传感器。
本发明测量轮对7踏面跳动的测量单元不是左右移动，仅径向测量传感器采用全闭环控制可左右移动，定位误差为0.01mm，所采用的测量传感器是高精度的传感器，其为0.016mm，因此其系统测量精度能够达到0.03mm，可以有效保证轮对7踏面跳动误差小于等于0.1mm的测量要求。

Claims (7)

1.轮对踏面径向跳动误差的自动测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：人工将轮对(7)推到以轮缘(12)为支撑的沿Z向设置的固定轨道(11)上，通过布置在车轮内侧面(6)的固定横向定位块(10)横向定位；
步骤二：沿Z向推动轮对(7)，将轮对(7)推动到沿Y向设置的电动升降自动平移装置(9)的正上方，通过电动升降自动平移装置(9)将轮对(7)升高到超过固定V型定位支承滚轮(8)的位置；
步骤三：电动升降自动平移装置(9)托着轮对(7)沿Z向自动移动，使轮对轴径(3)位于固定V型定位块的正上方；
步骤四：通过电动升降自动平移装置(9)将轮对(7)缓慢无冲击地降落在固定V型定位块上，轮对轴径(3)的外圆周面和固定V型定位块接触支撑；
步骤五：轮对轴径(3)一端端面通过紧固件和万向联轴节(2)与电机(1)输出轴连接；
步骤六：在轮对(7)两侧的车轮内侧面(6)分别布置一套车轮内侧面测量传感器(5)，在轮对(7)两侧的车轮踏面滚动圆正上方分别布置一套踏面径向测量传感器(4)；
步骤七：当需要测量距离车轮内侧面(6)的尺寸为D处的滚动圆正上方的踏面径向跳动时，移动踏面径向测量传感器(4)至距离车轮内侧面(6)的尺寸为D处的滚动圆正上方；
步骤八：启动轮对(7)轴端的电机(1)，带动轮对(7)旋转，踏面径向测量传感器(4)实时测量踏面径向测量传感器(4)到踏面滚动圆顶点处的距离A1，直到完成至少一个圆周的测量；
步骤九：从步骤八中测得的同一圆周上的多个A1值中得到最大值和最小值，最大值和最小值的差值即为轮对(7)踏面径向跳动误差。
2.根据权利要求1所述的轮对踏面径向跳动误差的自动测量方法，其特征在于，步骤七中所述的移动踏面径向测量传感器(4)至距离车轮内侧面(6)的尺寸为D处的滚动圆正上方具体为：
1)通过车轮内侧面测量传感器(5)测量出车轮内侧面测量传感器(5)与车轮内侧面(6)的距离C1；
2)根据公式(一)计算得到踏面径向测量传感器(4)需要沿X向移动的距离L：
L＝B1-B0 (一)
其中：B1为移动后的踏面径向测量传感器(4)与车轮内侧面测量传感器(5)之间水平的距离；
B0为移动前的踏面径向测量传感器(4)与车轮内侧面测量传感器(5)之间水平的初始距离；
3)根据公式(二)可得移动后的踏面径向测量传感器(4)与车轮内侧面测量传感器(5)之间水平的距离B1：
B1＝C1+D (二)
4)将公式(二)带入公式(一)得到踏面径向测量传感器(4)需要沿X向移动的距离L为：
L＝C1+D-B0；
5)移动踏面径向测量传感器(4)的距离L，使其位于距离车轮内侧面(6)的尺寸为D处的滚动圆正上方。
3.根据权利要求1或2所述的轮对踏面径向跳动误差的自动测量方法，其特征在于，所述固定横向定位块(10)距离车轮内侧面(6)的间隙为1mm。
4.根据权利要求1或2所述的轮对踏面径向跳动误差的自动测量方法，其特征在于，所述万向联轴节(2)可沿自身轴向移动并能自锁。
5.根据权利要求1或2所述的轮对踏面径向跳动误差的自动测量方法，其特征在于，所述踏面径向测量传感器(4)和车轮内侧面测量传感器(5)的测量精度均小于等于0.02mm，支承轮对轴径(3)的固定V型定位支承滚轮(8)的旋转精度小于等于0.01mm。
6.根据权利要求1或2所述的轮对踏面径向跳动误差的自动测量方法，其特征在于，步骤八中通过踏面径向测量传感器(4)测量的多个A1过程中，在车轮踏面滚动圆周上每隔2mm采集一个A1测量值。
7.根据权利要求1或2所述的轮对踏面径向跳动误差的自动测量方法，其特征在于，每套车轮内侧面测量传感器(5)包括两个测量传感器，每套踏面径向测量传感器(4)包括两个测量传感器。
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