CN112429033A - 一种轨道车辆轮饼参数在线测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道车辆轮饼参数在线测量装置，包括安装于轨道外侧的第一1D激光位移传感器，用于测量轮饼踏面曲线末端、与距离轮背的M点所在圆的直径，第四1D激光位移传感器，用于测量轮饼踏面曲线，安装于轨道内侧的第二1D激光位移传感器、第三1D激光位移传感器，用于测量轮背位置及内侧距，在线测量装置连接端设有轮饼测量系统，轮饼测量系统包括中央处理器和报警单元，轮饼测量系统连接端设有车号识别装置和车辆段管理系统。本发明利用4个1D激光位移传感器，经过位置布置，结合算法，能够快速、精确测量轨道车辆轮饼参数；较之传统测量方法，具有结构简单、成本低廉、快速精确等特点；且适应车速可达200km/h以上，是其它测量方法无法比拟的。

Description

一种轨道车辆轮饼参数在线测量装置及方法

技术领域

本发明涉及轨道车辆轮饼参数在线测量技术领域，特别涉及一种轨道车 辆轮饼参数在线测量装置及方法。

背景技术

轮对作为车辆走行部中极为重要的部件，不仅承受着车体的全部重量， 而且负责传递轮对与钢轨间的作用力。轮对对于列车安全运行具有很大的重 要性，准确测量车轮的轮缘厚度、轮缘高度、垂直磨耗、踏面磨耗、车轮直 径等参数，确保列车车轮踏面形态参数及同轴左右轮径差符合相关的规程和 标准，对于保障列车安全运行、顺利完成运输计划是非常重要的。

但是现有的轮对的检测装置主要是第四种检查器及轮对尺，此检测工具 需要人工读数，容易出错，影响了检测的可靠性；另外，现有技术手段测量 列车行驶速度，其精度很难满足测量要求，从而带来测量结果的较大误差。

因此，发明一种轨道车辆轮饼参数在线测量装置及方法来解决上述问题 很有必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轨道车辆轮饼参数在线测量装置及方法，包括 安装于轨道外侧的第一1D激光位移传感器(1)、第四1D激光位移传感器(4)， 安装于轨道内侧的第二1D激光位移传感器(2)、第三1D激光位移传感器(3)； 所述第一1D激光位移传感器(1)用于测量轮饼踏面曲线末端、与距离轮背 的M点所在圆的直径；所述第四1D激光位移传感器(4)用于测量轮饼踏面 曲线；所述第二1D激光位移传感器(2)、第三1D激光位移传感器(3)用 于测量轮背位置及内侧距。

所述第一1D激光位移传感器(1)激光发射方向垂直向上，所述第二1D 激光位移传感器(2)、第三1D激光位移传感器(3)激光发射方向朝向轮饼 内端面安装，并于轮饼内端面形成a角度，所述第四1D激光位移传感器(4) 激光发射方向与水平面形成β角度，并与平行于轨道的铅锤面形成θ角度， 所述第一1D激光位移传感器(1)、第二1D激光位移传感器(2)、第三1D 激光位移传感器(3)、第四1D激光位移传感器(4)固定设置于同一支架上。

一种轨道车辆轮饼参数在线测量方法，具体测量方法如下：

步骤一：在线测量装置的安装

通过支架将所述第一1D激光位移传感器(1)、第四1D激光位移传感器 (4)安装于轨道外侧，将所述第二1D激光位移传感器(2)、第三1D激光 位移传感器(3)安装于轨道内侧；

步骤二：轮饼踏面曲线的获取

a)、当轮饼滚动经过所述第四1D激光位移传感器(4)时，所述第四1D 激光位移传感器(4)的点激光会从轮饼踏面扫过，从而获得轮饼踏面数据， 经过坐标变换及曲线拟合，获得轮饼踏面曲线；

b)、所述第三1D激光位移传感器(3)扫过轮背，经过坐标变换，获得 轮背位置；

步骤三：M点所在圆的直径获取：

a)、当轮饼滚动经过所述第一1D激光位移传感器(1)时，所述第一1D 激光位移传感器(1)的点激光会从M点所在圆扫过，获得多个点M_0、M_1、……..M_i数据。

b)、对M_0、M_1、……..M_i进行圆拟合，获得圆心坐标(x₀,y₀)及半径r；

c)、所述第二1D激光位移传感器(2)扫过轮背，经过坐标变换，获得 轮背位置；

步骤四：滚动圆直径及特征值的获取：

a)、在轮饼踏面曲线上找到距轮背70mm滚动圆位置点P，同时找到M点， 计算P、M两点的高度差h；

b)、滚动圆直径：D＝r+2*h；

c)、将得到的轮饼踏面曲线按铁道行业标准，计算得到轮缘高度、轮缘 厚度、Qr值、轮辋宽度等数据；

步骤五：内侧距及等效锥度的获取

通过对两条轨道内侧的两个第二1D激光位移传感器(2)之间距离的标 定，可得到轮对内侧距，再按铁道行业标准计算得到等效锥度；

可得到轮对内侧距，再按铁道行业标准计算得到等效锥度；

步骤六：完善数据管理应用功能

功能1、结合车号识别装置，记录车辆日期、车号、轴位、轮号；

功能2、可计算同轴直径差、同转向架直径差、同车直径差，通过输入阀 值，实现超差报警；

功能3、通过输入轮缘高度、轮缘厚度、Qr值、滚动圆直径、内侧距、 等效锥度等的阀值，实现超差报警；

功能4、通过一定时间的测量，可计算磨损速度及趋势，预测磨损超差时 间，指导轮饼维修工作；

功能5、可与车辆段管理系统接驳，实现数据共享，将轮饼测量系统纳入 车辆段管理系统；

功能6、打印输出。

本发明的技术效果和优点：

1、本发明利用利用4个1D激光位移传感器，经过位置布置，结合算法， 能够快速、精确测量轨道车辆轮饼参数，测量精度高，通过建立坐标系、轮 饼踏面曲线的获取、轮饼踏面曲线特征值的获取、轮饼滚动圆直径的获取、 内侧距及等效锥度的获取以及完善数据管理应用功能，能够精准快速的计算 出轨道车辆轮饼的磨损等情况，数据可直接打印观看，直接明了，使用方便； 传感器越少，误差源越少，测量精度越高；本发明用最少的传感器数量，完 全实现了测量功能；本发明无需测量列车行驶速度，即可实现高精度直径测 量功能；

2、本发明轮饼测量系统结合车号识别装置，记录车辆日期、车号、轴位、 轮号，可计算同轴直径差、同转向架直径差、同车直径差，通过输入阀值， 实现超差报警，通过输入轮缘高度、轮缘厚度、Qr值、滚动圆直径、内侧距、 等效锥度等的阀值，实现超差报警，通过一定时间的测量，可计算磨损速度 及趋势，预测磨损超差时间，指导轮饼维修工作，可与车辆段管理系统接驳， 实现数据共享，将轮饼测量系统纳入车辆段管理系统，可以打印输出数据；

3、本发明测量装置能够安装于T型轨和槽形轨上，适用于货运铁路车辆、 客运铁路车辆、地铁车辆和城轨车辆。

附图说明

图1为本发明的在线测量装置结构示意图。

图2为本发明的1D激光位移传感器位置限定图

图3为本发明的1D激光位移传感器位置限定图

图4为本发明的M点数据采集拟合示意图

图中：1-第一1D激光位移传感器、2-第二1D激光位移传感器、3-第三 1D激光位移传感器、4-第四1D激光位移传感器、5-轨道、6-轮。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，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，本领域普通技术人员在没有做 出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

根据图1-4所示的一种轨道车辆轮饼参数在线测量装置，包括

，包括安装于轨道外侧的第一1D激光位移传感器(1)、第四1D激光位 移传感器(4)，安装于轨道内侧的第二1D激光位移传感器(2)、第三1D 激光位移传感器(3)；

所述第一1D激光位移传感器(1)用于测量轮饼踏面曲线末端、与距离轮背 的M点所在圆的直径；所述第四1D激光位移传感器(4)用于测量轮饼踏面 曲线；所述第二1D激光位移传感器(2)、第三1D激光位移传感器(3)用 于测量轮背位置及内侧距。

进一步的，在上述方案中，所述轨道包括T型轨和槽形轨，所述第一1D 激光位移传感器(1)激光发射方向垂直向上，所述第二1D激光位移传感器 (2)、第三1D激光位移传感器(3)激光发射方向朝向轮饼内端面安装，并 于轮饼内端面形成a角度，所述第四1D激光位移传感器(4)激光发射方向 与水平面形成β角度，并与平行于轨道的铅锤面形成θ角度，所述第一1D激 光位移传感器(1)、第二1D激光位移传感器(2)、第三1D激光位移传感 器(3)、第四1D激光位移传感器(4)固定设置于同一支架上。

通过4个1D激光位移传感器，经过位置布置，结合算法，能够快速、精 确测量轨道车辆轮饼参数，测量精度高，并且轮饼测量系统与车号识别装置 和车辆段管理系统相连接，实现数据的存储与传输，并且此测量装置能够安 装于T型轨和槽形轨上，适用于货运铁路车辆、客运铁路车辆、地铁车辆、 城轨车辆。

实施例2：

一种轨道车辆轮饼参数在线测量方法，具体测量方法如下：

步骤一：在线测量装置的安装

通过支架将所述第一1D激光位移传感器(1)、第四1D激光位移传感器 (4)安装于轨道外侧，将所述第二1D激光位移传感器(2)、第三1D激光 位移传感器(3)安装于轨道内侧；

步骤二：轮饼踏面曲线的获取

a)、当轮饼滚动经过所述第四1D激光位移传感器(4)时，所述第四1D 激光位移传感器(4)的点激光会从轮饼踏面扫过，从而获得轮饼踏面数据， 经过坐标变换及曲线拟合，获得轮饼踏面曲线；

b)、所述第三1D激光位移传感器(3)扫过轮背，经过坐标变换，获得 轮背位置；

步骤三：M点所在圆的直径获取：

a)、当轮饼滚动经过所述第一1D激光位移传感器(1)时，所述第一1D 激光位移传感器(1)的点激光会从M点所在圆扫过，获得多个点M_0、M_1、……..M_i数据。

b)、对M_0、M_1、……..M_i进行圆拟合，获得圆心坐标(x₀,y₀)及半径r；

c)、所述第二1D激光位移传感器(2)扫过轮背，经过坐标变换，获得 轮背位置；

步骤四：滚动圆直径及特征值的获取：

a)、在轮饼踏面曲线上找到距轮背70mm滚动圆位置点P，同时找到M点， 计算P、M两点的高度差h；

b)、滚动圆直径：D＝r+2*h；

c)、将得到的轮饼踏面曲线按铁道行业标准，计算得到轮缘高度、轮缘 厚度、Qr值、轮辋宽度等数据；

步骤五：内侧距及等效锥度的获取

通过对两条轨道内侧的两个第二1D激光位移传感器(2)之间距离的标 定，可得到轮对内侧距，再按铁道行业标准计算得到等效锥度；

步骤六：完善数据管理应用功能

功能1、结合车号识别装置，记录车辆日期、车号、轴位、轮号；

功能2、可计算同轴直径差、同转向架直径差、同车直径差，通过输入阀 值，实现超差报警；

功能3、通过输入轮缘高度、轮缘厚度、Qr值、滚动圆直径、内侧距、 等效锥度等的阀值，实现超差报警；

功能4、通过一定时间的测量，可计算磨损速度及趋势，预测磨损超差时 间，指导轮饼维修工作；

功能5、可与车辆段管理系统接驳，实现数据共享，将轮饼测量系统纳入 车辆段管理系统；

功能6、打印输出。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限 制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的 技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或 者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作 的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种轨道车辆轮饼参数在线测量装置，其特征在于：包括安装于轨道外侧的第一1D激光位移传感器(1)、第四1D激光位移传感器(4)，安装于轨道内侧的第二1D激光位移传感器(2)、第三1D激光位移传感器(3)；

所述第一1D激光位移传感器(1)用于测量轮饼踏面曲线末端、与距离轮背的M点所在圆的直径；

所述第四1D激光位移传感器(4)用于测量轮饼踏面曲线；

所述第二1D激光位移传感器(2)、第三1D激光位移传感器(3)用于测量轮背位置及内侧距。

2.根据权利要求1所述的一种轨道车辆轮饼参数在线测量装置，其特征在于：所述第一1D激光位移传感器(1)激光发射方向垂直向上，所述第二1D激光位移传感器(2)、第三1D激光位移传感器(3)激光发射方向朝向轮饼内端面安装，并于轮饼内端面形成a角度，所述第四1D激光位移传感器(4)激光发射方向与水平面形成β角度，并与平行于轨道的铅锤面形成θ角度，所述第一1D激光位移传感器(1)、第二1D激光位移传感器(2)、第三1D激光位移传感器(3)、第四1D激光位移传感器(4)固定设置于同一支架上。

3.一种轨道车辆轮饼参数在线测量方法，其特征在于：

步骤一：在线测量装置的安装

通过支架将所述第一1D激光位移传感器(1)、第四1D激光位移传感器(4)安装于轨道外侧，将所述第二1D激光位移传感器(2)、第三1D激光位移传感器(3)安装于轨道内侧；

步骤二：轮饼踏面曲线的获取

a)、当轮饼滚动经过所述第四1D激光位移传感器(4)时，所述第四1D激光位移传感器(4)的点激光会从轮饼踏面扫过，从而获得轮饼踏面数据，经过坐标变换及曲线拟合，获得轮饼踏面曲线；

b)、所述第三1D激光位移传感器(3)扫过轮背，经过坐标变换，获得轮背位置；

步骤三：M点所在圆的直径获取：

a)、当轮饼滚动经过所述第一1D激光位移传感器(1)时，所述第一1D激光位移传感器(1)的点激光会从M点所在圆扫过，获得多个点M_0、M_1、……..M_i数据。

b)、对M_0、M_1、……..M_i进行圆拟合，获得圆心坐标(x₀,y₀)及半径r；

c)、所述第二1D激光位移传感器(2)扫过轮背，经过坐标变换，获得轮背位置；

步骤四：滚动圆直径及特征值的获取：

a)、在轮饼踏面曲线上找到距轮背70mm滚动圆位置点P，同时找到M点，计算P、M两点的高度差h；

b)、滚动圆直径：D＝r+2*h；

c)、将得到的轮饼踏面曲线按铁道行业标准，计算得到轮缘高度、轮缘厚度、Qr值、轮辋宽度等数据；

步骤五：内侧距及等效锥度的获取

通过对两条轨道内侧的两个第二1D激光位移传感器(2)之间距离的标定，可得到轮对内侧距，再按铁道行业标准计算得到等效锥度；

步骤六：完善数据管理应用功能

功能1、结合车号识别装置，记录车辆日期、车号、轴位、轮号；

功能2、可计算同轴直径差、同转向架直径差、同车直径差，通过输入阀值，实现超差报警；

功能3、通过输入轮缘高度、轮缘厚度、Qr值、滚动圆直径、内侧距、等效锥度等的阀值，实现超差报警；

功能4、通过一定时间的测量，可计算磨损速度及趋势，预测磨损超差时间，指导轮饼维修工作；

功能5、可与车辆段管理系统接驳，实现数据共享，将轮饼测量系统纳入车辆段管理系统；

功能6、打印输出。

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