CN111595262A - 一种可移动测量的便携式车轮踏面周向轮廓装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可移动测量的便携式车轮踏面周向轮廓装置及方法，属于列车车轮检测技术领域。它包括测量部件、跟随部件和定位部件，所述定位部件包括对称分布的固定板和定位轮，且两块固定板之间通过长轴固定相连，定位轮对应安装于固定板上；所述测量部件垂直于固定板进行安装，所述跟随部件滑动安装于两块固定板之间的长轴上。本发明的装置可以跟随车轮移动，从而无需抬起车轮，检测便捷、省时省力，能够为企业降低成本。同时，采用本发明的测量方法进行测量时，可通过各部件之间的调节，测量车轮踏面轴向轮廓，测得结果更加准确，便捷。

Description

一种可移动测量的便携式车轮踏面周向轮廓装置及方法

技术领域

本发明属于列车车轮检测技术领域，更确切的说，涉及一种可移动测量的便携式车轮踏面周向轮廓装置及方法。

背景技术

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，如车轮径跳等。所谓车轮径跳是指：车轮踏面滚动圆在同一横剖面内实际表面上个点绕车轴基准轴线回转一周或连续回转时最大变动量。车轮径跳越大，引起的振动将会加快行走零部件的疲劳损坏，加剧车轮磨耗，钢轨波磨，增加噪音，降低乘坐舒适度，严重的会对行车安全造成很大的威胁。因此准确地测量列车车轮的径跳，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是静态测量。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。由于静态测量存在的种种局限性，越来越多的人集中于激光扫描车轮轮对的方案研究。

经检索，中国专利申请号为：201810715534.0，申请日为：2018年6月30日，发明创造名称为：一种列车转向架车轮直径动态快速复检方法。该申请案中公开的方法中将检测支座安装在地面上，再将激光传感器支架固定在检测支座上，激光线与轮对轴线处于同一平面切垂直地面，但该方案有两大不足。

一、该装置中的激光传感器位置不可调，不能根据每个传向架轮对的不同，进行微调，这势必会影响到扫描的数据，进而影响到对车轮磨损情况的评估。

二、该装置中激光传感器固定在检测支架上，而检测支架又固定在地面上，所以整个结构固定在地面上，属于固定式，每次扫描车轮时，需要将转向架移动到指定位置，且需要将单独车轮抬起，手动旋转车轮，从而扫描车轮的名义直径，这种方案，费时费力，使用的局限性差。

发明内容

1.要解决的问题

本发明的目的在于克服现有固定式点激光扫描轮对时的不可移动，难以调节的不足，提供了一种可移动测量的便携式车轮踏面周向轮廓装置及方法。本发明的装置可以跟随车轮移动，从而无需抬起车轮，检测便捷、省时省力，能够为企业降低成本。同时，测量时可通过各部件之间的调节，测量车轮踏面轴向轮廓，测得结果更加准确，便捷。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明的一种可移动测量的便携式车轮踏面周向轮廓装置，包括测量部件、跟随部件和定位部件，所述定位部件包括对称分布的固定板和定位轮，且两块固定板之间通过长轴固定相连，定位轮对应安装于固定板上；所述测量部件垂直于固定板进行安装，所述跟随部件滑动安装于两块固定板之间的长轴上。

更进一步的，所述测量部件包括调节底座、激光位移传感器、计米轮和编码器，所述调节底座底部安装有随动轮，其上安装有激光位移传感器；所述计米轮和编码器相连，并通过第一安装支架安装于调节底座的转轴上。

更进一步的，所述随动轮通过第二安装支架与调节底座滑动相连，所述固定于激光器支架上，该激光器支架通过第一滑块与调节底座相连；所述第一安装支架与调节底座的转轴采用销轴固定。

更进一步的，所述第一滑块为L型结构，其纵向侧板上固定安装激光器支架，其横向侧板上加工有螺纹通孔，并通过第一调节旋杆与调节底座相连。

更进一步的，所述跟随部件包括安装座和跟随轮，安装座底部通过第三安装支架安装跟随轮，其顶部加工有滑动轴承座，并通过该滑动轴承座滑动安装于两块固定板之间的长轴上；贯穿两块固定板的长轴包括第一长轴、第二长轴和第三长轴，该第一长轴、第二长轴和第三长轴的两端均通过固定耳板与固定板固定相连；所述定位轮安装于第四安装支架上，该第四安装支架通过长螺栓与固定板固定相连。

更进一步的，所述定位部件上安装有感应器和球头柱塞，且该感应器和球头柱塞分别安装在定位部件的不同固定板上。

更进一步的，所述感应器固定安装于感应器支架上，感应器支架通过第二滑块与固定板滑动相连，该第二滑块与固定板固定相连，且其与感应器支架之间通过第二调节旋杆相连；所述固定板上靠近第四安装支架的一侧两端的孔内，分别通过过盈配合对称安装有球头柱塞，且第四安装支架的两端对称安装有定位轮。

更进一步的，所述第二滑块与感应器支架上均加工有与第二调节旋杆螺纹配合的安装孔，第二调节旋杆均贯穿第二滑块与感应器支架的安装孔。

本发明的一种便捷式测量车轮踏面周向轮廓的方法，采用上述的装置进行测量，其测量过程为：将所述装置安装于车轮内辋面4上；然后调节测量部件1的安装位置；驱动车轮，车轮转动开始测量车轮径跳值。

更进一步的，进行测量时，首先将两侧定位轮与车轮内外辐板贴合并固定，并保证一侧固定板上的球头柱塞与车轮内辋面接触；然后，调节随动轮和跟随轮的安装位置，确保随动轮与车轮轮缘接触，计米轮贴合车轮踏面，跟随轮与铁轨轨面接触；再调节感应器支架，使激光位移感器发射的激光过车轮圆心；最后，车轮行走，转动时带动计米轮旋转，测得车轮径跳值。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的一种可移动测量的便携式车轮踏面周向轮廓装置，包括测量部件、跟随部件和定位部件，定位部件包括对称分布的固定板和定位轮，且两块固定板之间通过长轴固定相连，测量部件和跟随部件安装于定位部件上，定位部件与车轮内外辐板贴合，跟随部件与铁轨接触。当列车车轮行走时，通过跟随部件的设置，使得整个测量装置能够跟随车轮移动，同时测量部件开始检测，从而无需抬起车轮，检测便捷、省时省力，有效解决了现有固定式点激光扫描轮对时的不可移动、难以调节的问题。

(2)本发明的一种可移动测量的便携式车轮踏面周向轮廓装置，测量部件包括调节底座、激光位移传感器、计米轮和编码器，激光位移传感器通过激光器支架与调节底座相连，计米轮和编码器相连并通过第一安装支架安装于调节底座的转轴上。进行测量时，保持计米轮贴合车轮踏面，车轮滚动带动计米轮转动，计米轮带动编码器转动，编码器每隔一定脉冲数量给激光位移传感器一个信号，测量车轮踏面的一个点，当车轮滚动一周后，所测量的点围成一个圆，从而反映出车轮踏面周向轮廓情况，操作简单，省时省力，有利于降低企业成本。

(3)本发明的一种可移动测量的便携式车轮踏面周向轮廓装置，激光器支架通过第一滑块与调节底座相连，该第一滑块为L型结构，其纵向侧板与激光器支架固连，其横向侧板上加工有螺纹孔，并通过第一调节旋杆与调节底座相连。通过第一滑块的设置以及对其具体结构进行优化设计，便于随时对激光位移传感器的安装位置进行调整，从而有利于保证测量精度。同时，第一安装支架与调节底座的转轴采用销轴固定，安装时第一安装支架可以做一定角度的调节，从而使得能够计米轮能够紧贴车轮踏面，进而使测量点正对车轮踏面位置，保证测量结果的准确性。此外，调节底座底部还安装有随动轮，通过随动轮的设置，有利于提高测量部件整体的安装稳定性，防止其发生倾斜，且该随动轮安装于第二安装支架上，第二安装支架通过滑块可滑动安装于调节底座上，从而便于随时对随动轮的安装位置进行调整，进而能够进一步降低测量误差。

(4)本发明的一种可移动测量的便携式车轮踏面周向轮廓装置，跟随部件包括安装座和跟随轮，安装座上加工有滑动轴承座，跟随部件通过滑动轴承座安装于两块固定板之间的长轴上，通过滑动轴承座的设置，跟随部件能够在长轴进行来回移动，可以根据不同测量环境的需要，随时对跟随部件的安装位置进行调整，操作简单、方便。

(5)本发明的一种可移动测量的便携式车轮踏面周向轮廓装置，定位部件上安装有感应器和球头柱塞，感应器固定在感应器支架上，感应器支架通过第二滑块与与固定板滑动相连，通过对感应器的安装方式进行优化，从而便于对感应器的安装位置进行调节。球头柱塞采用过盈配合的方式安装在固定板孔内，且该球头柱塞的个数为两个，配合内辋面，起到定位的目的，确保测量结果的准确性。同时，所述定位轮的个数为4个，对称分布在两侧固定板上，与车轮进行安装时，四个定位轮配合内外辐板来定位固定，确保激光位移传感器发射的激光过车轮圆心，起到校准的作用，从而有利于提高检测精度。

(6)本发明的一种便捷式测量车轮踏面周向轮廓的方法，通过对装置的安装方式的进行优化设计，采用四个定位轮配合内外辐板来定位固定，并确保激光位移传感器发射的激光过车轮圆心，从而起到校准的作用，从而能够准确迅速定位测量点，测量车轮踏面处的车轮径跳，提高精度，减少人力资源。

附图说明

图1为本发明的测量装置的整体结构示意图；

图2为本发明的测量部件的整体结构示意图；

图3为本发明的计米轮的安装结构示意图；

图4为本发明的跟随部件的整体结构示意图；

图5为本发明的激光位移传感器的安装及位置调节的结构示意图；

图6为本发明的定位部件的整体结构示意图；

图7为本发明的定位轮的安装结构示意图；

图8为本发明的感应器的安装结构示意图；

图9为本发明的感应器的安装及位置调节的结构示意图；

图10为采用本发明的测量装置进行检测时的使用状态示意图。

图中：

1、测量部件：

100、调节底座；101、第一滑块；102、第一调节旋杆；103、激光器支架；104、激光位移传感器；105、第一安装支架；106、编码器；107、计米轮；108、随动轮；109、销轴；110、第二安装支架；

2、跟随部件：

200、安装座；201、第三安装支架；202、跟随轮；203、滑动轴承座；

3、定位部件：

300、固定板；301、第四安装支架；302、感应器支架；303、第二调节旋杆；304、第二滑块；305、感应器；306、定位轮；307、固定耳板；308、长螺栓；309、球头柱塞；310、第一长轴；311、第二长轴；312、第三长轴；

4、车轮内辋面；5、车轮踏面；6、铁轨；7、车轮。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1

如图1-2、图4及图6所示，本实施例的一种可移动测量的便携式车轮踏面周向轮廓装置，包括测量部件1、跟随部件2和定位部件3，所述定位部件3包括对称分布的固定板300和定位轮306，且两块固定板300之间通过长轴固定相连，定位轮306安装于第四安装支架301 上，该第四安装支架301通过长螺栓308与固定板300固定相连。

所述测量部件1垂直于其中一侧固定板300进行安装，具体的，测量部件1包括调节底座100、激光位移传感器104、计米轮107和编码器106，所述调节底座100通过调节螺杆安装于某一个固定板300的内侧，其底部安装有随动轮108，该随动轮108接触车轮轮缘表面，对整个测量部件1进行支撑，有利于提高安装稳定性，防止其使用过程中发生倾斜，从而有利于保证测量结果的准确性。所述激光位移传感器104安装于调节底座100上，所述计米轮107和编码器106相连，并通过第一安装支架105安装于调节底座100的转轴上。

所述跟随部件2包括安装座200和跟随轮202，并安装于两块固定板300之间的长轴上。如图10所示，定位部件3上的定位轮306与车轮7内外辐板贴合，跟随部件2与铁轨6接触。当列车车轮行走时，通过跟随部件2的设置，使得整个测量装置能够跟随车轮7移动，同时测量部件1开始检测，从而无需抬起车轮，检测便捷、省时省力，有效解决了现有固定式点激光扫描轮对时的不可移动、难以调节的问题。具体的，如图4及图6所示，跟随轮202通过第三安装支架201安装于安装座200底部，安装座200的顶部加工有滑动轴承座203，并通过滑动轴承座203滑动安装于两块固定板300之间的长轴上。通过滑动轴承座203的设置，跟随部件2能够在长轴进行来回移动，可以根据不同测量环境的需要，随时对跟随部件2的安装位置进行调整，操作简单、方便。

实施例2

本实施例的一种可移动测量的便携式车轮踏面周向轮廓装置，其结构基本同实施例1，其主要区别在于：如图2所示，所述随动轮108通过销轴109安装于第二安装支架110上，第二安装支架110通过滑块与调节底座100滑动相连，从而便于随时对随动轮108的安装位置进行调整，进而能够进一步降低测量误差。如图3所示，所述激光位移传感器104采用螺钉固定于激光器支架103上，且激光器支架103通过第一滑块101与调节底座100相连。具体的，如图5所示，所述第一滑块101为L型结构，其纵向侧板上固定安装激光器支架103，其横向侧板上加工有螺纹通孔，所述调节底座100一侧一体加工有连接座，该连接座上也加工有螺纹通孔，第一调节旋杆102贯穿第一滑块101和调节底座100的螺纹通孔安装，通过旋动第一调节旋杆102的旋钮，便于随时对激光位移传感器104的安装位置进行调整。

同时，第一安装支架105与调节底座100的转轴采用销轴固定，从而安装时第一安装支架105可以做一定角度的调节，能够使得能够计米轮107能够紧贴车轮踏面5，进而使测量点正对车轮踏面5位置，保证测量结果的准确性。此外，如图6-8所示，贯穿两块固定板300的长轴包括第一长轴310、第二长轴311和第三长轴312，该第一长轴310、第二长轴311和第三长轴312的两端均通过固定耳板307与固定板300固定相连。通过三根长轴的设置，能够进一步提高两块固定板300之间的安装稳定性。所述定位部件3上还安装有感应器305和球头柱塞309，该感应器305和球头柱塞309分别安装在定位部件3的不同固定板300上。通过感应器305和球头柱塞309的设置，对装置的安装进行准确定位，避免因测量点不准确产生的测量误差。

具体的，所述感应器305固定安装于感应器支架302上，该感应器支架302通过第二滑块304与固定板300滑动相连，其上还设有轴承套。具体的，如图9所示，所述第二滑块304通过螺钉固定安装于固定板300的侧面，第二滑块304与感应器支架302上均加工有与第二调节旋杆303螺纹配合的安装孔，第二调节旋杆303贯穿第二滑块304与感应器支架302的安装孔螺纹相连。通过对感应器305的安装方式进行优化，旋动第二调节旋杆303顶部的旋钮即可实现调节感应器305安装位置的调节，操作简便、快速。

所述球头柱塞309采用过盈配合的方式安装在固定板300孔内，且球头柱塞309的个数为两个，对称固定安装于固定板300上靠近第四安装支架301的一侧两端，配合内辋面，起到定位的目的，确保测量结果的准确性。同时，所述定位轮306的个数为四个，每个固定板300上安装有两个定位轮306，且两个定位轮306对称安装在第四安装支架301的两端，与车轮7进行定位安装时，四个定位轮306配合内外辐板来定位固定，确保激光位移传感器104发射的激光过车轮圆心，起到校准的作用，从而有利于提高检测精度。

实施例3

本实施例的一种便捷式测量车轮踏面周向轮廓的方法，采用实施例2中所述的测量装置，其具体操作过程如下：将所述装置安装于车轮7上；然后调节测量部件1的安装位置；驱动车轮，车轮转动开始测量车轮的径跳值。具体的，当客户需要了解车轮磨耗情况时，取出本装置，如图10所示，将定位部件3上的四个定位轮306与车轮7内外辐板贴合并固定，保证一侧固定板300上的球头柱塞309与车轮内辋面4接触，感应器支架302中的轴承套与车轮踏面5接触。调节随动轮108、计米轮107和跟随轮202的安装位置，确保随动轮108与车轮7轮缘接触、计米轮107贴合车轮踏面5，跟随轮202与铁轨6轨面接触。调整测量部件1 的激光位移传感器104的位置，使激光位移传感器104发射的激光过车轮圆心，进行测量时，车轮7滚动带动计米轮107转动，计米轮107带动编码器106转动，编码器106每隔一定脉冲数量给激光位移传感器104一个信号，测量车轮踏面5的一个点，当车轮7滚动一周后，所测量的点围成一个圆，这样便可以得到一个数据组，即X坐标是脉冲数量，它从0开始，每隔n个脉冲记录一个Y坐标(位移值)，直到最后一个脉冲N(N不一定是n的整数倍)，从而反映出车轮踏面周向轮廓情况，以便客户清楚了解车轮磨耗情况。具体的，对激光位移传感器104所测得的数据进行如下处理，最终得到车轮径跳值、偏心量和椭圆度。

(1)计算车轮7直径

已知计米轮107周长为C，计米轮107带动编码器106旋转一周产生的脉冲数量是M，车轮7旋转一周产生的总脉冲数量是N，则车轮7旋转一周时，计米轮107旋转了N/M周，车轮7的周长为NC/M，因此，车轮7的直径为：

(2)计算车轮踏面5各点处的半径

本发明的装置测量得到的位移值可转化为车轮踏面5各点处的半径，假设采集的原始数据为(X_i，Y_i)，其中X_i为每一个测量点对应的脉冲序号，取值为0，n，2n，3n……N，Y_i为每一个测量点的位移值，采集的数据数量为k。在本测量方案中，位移值越大，说明该测量点对应的半径越小。测量车轮7一周平均位移值为：

把每一个测量点处的位移值转化为车轮7半径，同时将每一个测量点处的脉冲序号转化为车轮7周长坐标：

(3)计算车轮径向跳动

所求得的车轮踏面5各点处的半径，从中找到出大半径和最小半径，二者的差值即为径向跳动。

(4)求偏心量

利用计算得到的(X'_i，Y'_i)进行圆拟合，求得拟合圆的圆心坐标(a，b)，则偏心量为

(5)求椭圆度

利用计算得到的(X'_i，Y'_i)进行椭圆拟合，求得椭圆的长轴和短轴，长轴与短轴的差即为椭圆度。

本发明的方法可在车轮7移动时进行使用，且其测量方法简便，易于实现。同时，无需抬起车轮7即可实现对车轮径跳值的测量，省时省力，从而大大降低了测量成本。

Claims (10)

1.一种可移动测量的便携式车轮踏面周向轮廓装置，其特征在于：包括测量部件(1)、跟随部件(2)和定位部件(3)，所述定位部件(3)包括对称分布的固定板(300)和定位轮(306)，且两块固定板(300)之间通过长轴固定相连，定位轮(306)对应安装于固定板(300)上；所述测量部件(1)垂直于固定板(300)进行安装，所述跟随部件(2)滑动安装于两块固定板(300)之间的长轴上。

2.根据权利要求1所述的一种可移动测量的便携式车轮踏面周向轮廓装置，其特征在于：所述测量部件(1)包括调节底座(100)、激光位移传感器(104)、计米轮(107)和编码器(106)，所述调节底座(100)底部安装有随动轮(108)，其上安装有激光位移传感器(104)；所述计米轮(107)和编码器(106)相连，并通过第一安装支架(105)安装于调节底座(100)的转轴上。

3.根据权利要求2所述的一种可移动测量的便携式车轮踏面周向轮廓装置，其特征在于：所述随动轮(108)通过第二安装支架(110)与调节底座(100)滑动相连，所述激光位移传感器(104)固定于激光器支架(103)上，该激光器支架(103)通过第一滑块(101)与调节底座(100)相连；所述第一安装支架(105)与调节底座(100)的转轴采用销轴固定。

4.根据权利要求3所述的一种可移动测量的便携式车轮踏面周向轮廓装置，其特征在于：所述第一滑块(101)为L型结构，其纵向侧板上固定安装激光器支架(103)，其横向侧板上加工有螺纹通孔，并通过第一调节旋杆(102)与调节底座(100)相连。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种可移动测量的便携式车轮踏面周向轮廓装置，其特征在于：所述跟随部件(2)包括安装座(200)和跟随轮(202)，安装座(200)底部通过第三安装支架(201)安装跟随轮(202)，其顶部加工有滑动轴承座(203)，并通过该滑动轴承座(203)滑动安装于两块固定板(300)之间的长轴上；贯穿两块固定板(300)的长轴包括第一长轴(310)、第二长轴(311)和第三长轴(312)，该第一长轴(310)、第二长轴(311)和第三长轴(312)的两端均通过固定耳板(307)与固定板(300)固定相连；所述定位轮(306)安装于第四安装支架(301)上，该第四安装支架(301)通过长螺栓(308)与固定板(300)固定相连。

6.根据权利要求5所述的一种可移动测量的便携式车轮踏面周向轮廓装置，其特征在于：所述定位部件(3)上安装有感应器(305)和球头柱塞(309)，且该感应器(305)和球头柱塞(309)分别安装在定位部件(3)的不同固定板(300)上。

7.根据权利要求6所述的一种可移动测量的便携式车轮踏面周向轮廓装置，其特征在于：所述感应器(305)固定安装于感应器支架(302)上，感应器支架(302)通过第二滑块(304)与固定板(300)滑动相连，该第二滑块(304)与固定板(300)固定相连，且其与感应器支架(302)之间通过第二调节旋杆(303)相连；所述固定板(300)上靠近第四安装支架(301)的一侧两端的孔内，分别通过过盈配合对称安装有球头柱塞(309)，且第四安装支架(301)的两端对称安装有定位轮(306)。

8.根据权利要求7所述的一种可移动测量的便携式车轮踏面周向轮廓装置，其特征在于：所述第二滑块(304)与感应器支架(302)上均加工有与第二调节旋杆(303)螺纹配合的安装孔，第二调节旋杆(303)均贯穿第二滑块(304)与感应器支架(302)的安装孔。

9.一种便捷式测量车轮踏面周向轮廓的方法，其特征在于：采用如权利要求1-8中任一项所述的装置进行测量，其测量过程为：将所述装置安装于车轮内辋面(4)上；然后调节测量部件(1)的安装位置；驱动车轮，车轮转动开始测量车轮径跳值。

10.根据权利要求9所述的一种便捷式测量车轮踏面周向轮廓的方法，其特征在于：进行测量时，首先将两侧定位轮(306)与车轮(7)内外辐板贴合并固定，并保证一侧固定板(300)上的球头柱塞(309)与车轮内辋面(4)接触；然后，调节随动轮(108)和跟随轮(202)的安装位置，确保随动轮(108)与车轮(7)轮缘接触，计米轮(107)贴合车轮踏面(5)，跟随轮(202)与铁轨(6)轨面接触；再调节感应器支架(302)，使激光位移感器(104)发射的激光过车轮圆心；最后，车轮(7)行走，转动时带动计米轮(107)旋转，测得车轮径跳值。

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