CN106767415A - 车轮外形几何尺寸检测平台 - Google Patents

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

本发明公开了车轮外形几何尺寸检测平台。该平台包括开设有凹槽的平台基础，凹槽内固定有槽钢横梁，槽钢横梁承载铁轨并与铁轨垂直，槽钢横梁用于安装光电位移传感器；以两条铁轨的中轴线为对称轴对称安装光电位移传感器和光电位置传感器；光电位移传感器用于向车轮的端面发射光束并接收端面反射的光束；光电位置传感器的发射器和接收器安装于一条铁轨的两侧分别用于发射和接收光束，该光束与铁轨垂直，每条铁轨对应两个光电位置传感器，两个光电位置传感器对应的光束平行；通过光电位移传感器和光电位置传感器进行检测，实现列车车轮外形尺寸的高精度检测，防止轮对由于磨耗超限而威胁行车安全，为铁路的安全运输提供有效的技术保障。

Description

车轮外形几何尺寸检测平台
技术领域
本发明涉及交通安全技术领域，尤其涉及车轮外形几何尺寸检测平台。
背景技术
轮对外形尺寸的检测，是铁路列检部门日常检查的重要工作，不能有严重的检测失误，一旦轮对外形出现超限情况，将会直接影响轮对强度和定位能力以及转向架稳定性，直接威胁行车安全，甚至会造成脱轨、颠覆等危及生命财产的恶性事故。
轮对外形尺寸是根据轮轨动力学设计的，它是列车车辆运用中程中重要的技术参数、重要环节。当前，我国高速铁路以及物流运输的高速发展，对车辆的运行安全提出更高要求，也就是对轮对外形尺寸的参数变化要求更加严格，及时撑握外形尺寸磨损情况，有利于车辆的安全行驶。在目前，轮对尺寸的检测主要是以人工检查的方式为主，不仅检测劳动强度、检修效率低、而且容易出漏检，不利于车辆运用安全，不能适应现代铁路高效运营的发展要求。
发明内容
本发明提供了车轮外形几何尺寸检测平台，以实现列车运行过程中对轮对尺寸进行准确稳定的检测。
为实现上述设计，本发明采用以下技术方案：
车轮外形几何尺寸检测平台，包括平台基础、槽钢横梁、光电位移传感器和光电位置传感器；
所述平台基础设置有用于放置铁轨的凹槽；
所述槽钢横梁固定于所述凹槽内，所述槽钢横梁承载所述铁轨并与所述铁轨垂直，所述槽钢横梁用于安装所述光电位移传感器；
以两条所述铁轨的中轴线为对称轴对称安装所述光电位移传感器和光电位置传感器；
每条铁轨的两侧安装所述光电位移传感器，所述光电位移传感器用于向车轮的端面发射光束并接收端面反射的光束；
所述光电位置传感器包括接收器和发射器，所述发射器和接收器安装于一条铁轨的两侧分别用于发射和接收光束，该光束与所述铁轨垂直，每条铁轨对应两个光电位置传感器，两个光电位置传感器对应的光束平行。
其中，所述平台基础在所述凹槽的两侧设置有底座，所述发射器设置于所述底座上，对应的，所述接收器设置于所述槽钢横梁上。
其中，所述槽钢横梁的下方垫有减震垫。
其中，所述减震垫的下方垫有支承座。
其中，还包括用于读取列车的电子信息的射频天线。
其中，还包括多个车轮传感器，所述车轮传感器至少设置于所述平台基础的两端。
其中，所述光电位移传感器发射的光束与水平面的夹角为30～40°。
其中，所述光电位移传感器发射的光束与水平面的夹角为36°。
其中，所述平台基础为混凝土平台基础。
其中，所述平台基础在列车运行方向的长度为700～900mm。
本发明的有益效果为：设置开设有凹槽的平台基础，凹槽内固定有槽钢横梁，槽钢横梁承载铁轨并与铁轨垂直，槽钢横梁用于安装光电位移传感器；以两条铁轨的中轴线为对称轴对称安装光电位移传感器和光电位置传感器；每条铁轨的两侧安装光电位移传感器，光电位移传感器用于向车轮的端面发射光束并接收端面反射的光束；光电位置传感器包括接收器和发射器，发射器和接收器安装于一条铁轨的两侧分别用于发射和接收光束，光束与铁轨垂直，每条铁轨对应两个光电位置传感器，两个光电位置传感器对应的光束平行；通过光电位移传感器和光电位置传感器进行检测，对检测到的数据分析计算出轮对的参数，实现列车车轮外形尺寸的高精度检测，防止轮对由于磨耗超限而威胁行车安全，为铁路的安全运输提供有效的技术保障。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其它的附图。
图1是本发明具体实施方式中提供的车轮外形几何尺寸检测平台的平面结构图。
图2是本发明具体实施方式中提供的车轮外形几何尺寸检测平台的剖面图。
图3是图2中A处的局部放大图。
图4是光电位移传感器的检测示意图。
图5是轮宽测量原理图。
图6是轮径测量原理图。
其中：11-道床；12-铁轨；13-车轮；131-车轮端面；132-轮缘；20-平台基础；21-光电位移传感器；22-光电位置传感器；23-底座；24-槽钢横梁；25-减震垫；26-射频天线；27-车轮传感器；28-支承座；31-数据中心。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1至图3，其分别是本发明具体实施方式中提供的车轮外形几何尺寸检测平台的平面结构图、车轮外形几何尺寸检测平台的剖面图、图2中A处的局部放大图。如图所示，该车轮13外形几何尺寸检测平台，包括平台基础20、槽钢横梁24、光电位移传感器21和光电位置传感器22；
平台基础20设置有用于放置铁轨12的凹槽；
槽钢横梁24固定于凹槽内，槽钢横梁24承载铁轨12并与铁轨12垂直，槽钢横梁24用于安装光电位移传感器21；
以两条铁轨12的中轴线为对称轴对称安装光电位移传感器21和光电位置传感器22；
每条铁轨12的两侧安装光电位移传感器21，光电位移传感器21用于向车轮13的端面发射光束并接收端面反射的光束；
光电位置传感器22包括接收器和发射器，发射器和接收器安装于一条铁轨12的两侧分别用于发射和接收光束，该光束与铁轨12垂直，每条铁轨12对应两个光电位置传感器22，两个光电位置传感器22对应的光束平行。
铁路实现跨越式发展，安全是基础。面对铁路提速范围越来越大、列车速度越来越高、重载列车越来越多、客货混跑及列车密度高的现状和铁路跨越式发展的更高要求，确保铁路运输安全的任务十分艰巨。为适应铁路运输高速、重载的发展方向，保证机车车辆运输的安全运行，需要对轮对故障、尺寸进行在线检测，及时发现踏面磨耗异常和尺寸超限的故障轮对。机车车辆车轮外形几何尺寸动态检测系统高精度的测量要求，对检测装置与被检测的轮对之间的几何位置关系就提出更高要求，要建立稳定不动的基础条件，这对于整体结构的道床11或是碎石结构的道床11的现场来说都很难实现，列车经过时铁轨12都会有不可控的振动与沉降，很难保证测量精度。国内外现有检测系统的基础平台有规模较大的整体平台和工程量大的刚性平台两种结构方式，但都不能从根本上解决检测装置与轮对之间稳定的几何位置关系问题，也很难保证长期稳定性。
在本方案中，平台基础20由水泥混凝土整体浇筑而成，槽钢横梁24固定于平台基础20开设的凹槽内，槽钢横梁24垫在铁轨12下方，各种检测用的传感器安装于槽钢横梁24上，保证各传感器之间的位置关系不变，传感器安装的槽钢横梁24、平台基础20与铁轨12之间处于半随动状态。
在本方案中，为增强平台的随动效果，平台基础20在凹槽的两侧设置有底座23，发射器设置于底座23上，对应的，接收器设置于槽钢横梁24上。底座23安装于平台基础20上，槽钢横梁24、底座23形成整体随动平台。
另外，考虑到平台安装时施工的可调节性，自身变形和安装可靠性，槽钢横梁24的整体结构落于支承座28上，支承座28采用膨胀螺栓与平台基础20固定，槽钢横梁24与支承座28之间置入减震垫25，减震垫25一是释放自身内应力，二是衰减由地面传递的高频振动。在实际进行检测时，可以进一步对误差进行修正，例如，在槽钢横梁24中安装电涡流支架，通过电涡流传感器精确测量槽钢横梁24与铁轨12间的沉降量，通过沉降量对随动状态带来的相对变化进行修正。
为实现对列车的自动化管理，列车的信息通过射频天线26进行识别。具体而言，该平台还包括用于读取列车的电子信息的射频天线26，射频天线26较佳的是设置于列车进入平台基础20的一端，即先读取列车的电子信息，再检测出车轮13外形；当然，也可以先检测出车轮13的外形，再读取列车的电子信息。另外射频天线26可以是整车一个电子标签，将整车的所有轮对进行整体对应；考虑到列车的各节车厢可进行组合，还可以每节车厢，甚至每组轮对设置电子标签。
其中，还包括多个车轮传感器27，车轮传感器27至少设置于平台基础20的两端。
车轮传感器27进行速度检测，并确定轮对进入及离开检测区的时间。
光电位移传感器21发射的光束与水平面的夹角为30～40°。
其中，光电位移传感器21发射的光束与水平面的夹角为36°。
在铁轨12外侧安装光电位移传感器21，其安装带有一定角度，分别扫描出轮缘132及踏面的端面后，以厚度测量为基础，确定滚动圆，在速度已知的条件下，可得到弦长，而两激光束相对于轨面高度是确定的，通过几何运算可得轮对直径。
其中，平台基础20在列车运行方向的长度为700～900mm。具体例如750mm、800mm、850mm。这一宽度设置可以在不破坏既有铁轨12及枕木的情况下现场便捷安装，既适合整体结构的道床11，也适合碎石的道床11，平台后期的维护更换也很方便。
接下来对测量的原理进行详细阐述。在本方案中，测量的核心部件是光电位移传感器21和激光位置传感器，光电位移传感器21发射出光束从铁轨12平面的下方斜向上投射到列车车轮13，光束经车轮端面131反射到光电位移传感器21，光电位移传感器21扫描检测得出列车车轮端面131到光电位移传感器21的距离，具体如图4所示；发射器发射出光束到位置接收器，车轮13经过时，激光被遮挡，接收器产生变化信号示；上述信号经高速处理电路后采集到探测站中的工控机记录、分析、显示。
光电位移传感器21以一定角度和距离布置于轨的两侧，车辆运行通过，光电位移传感器21将对轮对端面扫描，原始波形是与安装角度有关的斜剖面图，由于光电位移传感器21相对于铁轨12的安装位置是固定的，而车辆运行速度已知，因此通过几何运算，可以得到二维的轮对外形图，即可分别计算轮缘132高度和轮缘132厚度，具体如图5所示。
在传感器几何位置固定及轨距确定(可通过轨道拉杆进一步固定)的条件下，测量到左右轮对内侧端面到传感器的距离，就可以计算轮对内侧距，在该系统中通过两次测量还可以测得180度方向的轮对内侧距差。
在铁轨12两侧安装了两组光电位置传感器22，两组传感器以安装平台为中轴线，平行于轨道，按一定设计距离安装，两光束平行且垂直与轨道。光电位置发射器发射出光束到位置接收器，车轮13经过时，光束被遮挡，接收器产生变化信号，从而计算出前后的时间差，在速度已知的条件下，可得两条弦长，而两光束相对于轨面高度是确定的，可以求得两弦的高度差。在轨内侧、两组光电位置传感器22中轴线上安装了顶点位移传感器，顶点位移传感器可以测出轮缘132的顶点到基光束的高度差。得到这些数据后，通过几何运算可得车轮13直径，如图6，其中P1表示铁轨12的轨面，P2表示基础面，h3表示P1和P2的高度差。假设轮缘132顶点到两个光电位置传感器22投射到轮对上的光点的高度为h1-h2，光点划过的弦长为l，最大圆半径为rmax，h0为弦到圆心高度。则得：
两式联立可得：
最大圆半径ramx得出后，利用与内外侧位移传感器测出的踏面数据相关关系，可得出轮径r。
综上所述，设置开设有凹槽的平台基础，凹槽内固定有槽钢横梁，槽钢横梁承载铁轨并与铁轨垂直，槽钢横梁用于安装光电位移传感器；以两条铁轨的中轴线为对称轴对称安装光电位移传感器和光电位置传感器；每条铁轨的两侧安装光电位移传感器，光电位移传感器用于向车轮的端面发射光束并接收端面反射的光束；光电位置传感器包括接收器和发射器，发射器和接收器安装于一条铁轨的两侧分别用于发射和接收光束，该光束与铁轨垂直，每条铁轨对应两个光电位置传感器，两个光电位置传感器对应的光束平行；通过光电位移传感器和光电位置传感器进行检测，对检测到的数据分析计算出轮对的参数，实现列车车轮外形尺寸的高精度检测，防止轮对由于磨耗超限而威胁行车安全，为铁路的安全运输提供有效的技术保障。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.车轮外形几何尺寸检测平台，其特征在于，包括平台基础、槽钢横梁、光电位移传感器和光电位置传感器；
所述平台基础设置有用于放置铁轨的凹槽；
所述槽钢横梁固定于所述凹槽内，所述槽钢横梁承载所述铁轨并与所述铁轨垂直，所述槽钢横梁用于安装所述光电位移传感器；
以两条所述铁轨的中轴线为对称轴对称安装所述光电位移传感器和光电位置传感器；
每条铁轨的两侧安装所述光电位移传感器，所述光电位移传感器用于向车轮的端面发射光束并接收端面反射的光束；
所述光电位置传感器包括接收器和发射器，所述发射器和接收器安装于一条铁轨的两侧分别用于发射和接收光束，该光束与所述铁轨垂直，每条铁轨对应两个光电位置传感器，两个光电位置传感器对应的光束平行。
2.根据权利要求1所述的平台，其特征在于，所述平台基础在所述凹槽的两侧设置有底座，所述发射器设置于所述底座上，对应的，所述接收器设置于所述槽钢横梁上。
3.根据权利要求1所述的平台，其特征在于，所述槽钢横梁的下方垫有减震垫。
4.根据权利要求3所述的平台，其特征在于，所述减震垫的下方垫有支承座。
5.根据权利要求1所述的平台，其特征在于，还包括用于读取列车的电子信息的射频天线。
6.根据权利要求1所述的平台，其特征在于，还包括多个车轮传感器，所述车轮传感器至少设置于所述平台基础的两端。
7.根据权利要求1所述的平台，其特征在于，所述光电位移传感器发射的光束与水平面的夹角为30～40°。
8.根据权利要求7所述的平台，其特征在于，所述光电位移传感器发射的光束与水平面的夹角为36°。
9.根据权利要求1所述的平台，其特征在于，所述平台基础为混凝土平台基础。
10.根据权利要求1所述的平台，其特征在于，所述平台基础在列车运行方向的长度为700～900mm。
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