CN1256397A - 地铁车轮踏面形状检测仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种地铁车轮踏面形状检测仪,它由测量头、位移传感器、传动装置、测量头自动升降装置、定位装置及电脑控制系统组成,其特点是采用精密传动装置和光栅位移传感器,设置了测头自动升降装置,采用了单片机和笔记本电脑的测量控制、数据采样、过程显示和误差分析等功能的系统,能动态显示踏面形状、轮缘宽度、凸面高度,Q_R,形状曲线上任意一点X、Y坐标及该点与标准形状或磨损后形状之间的偏差等,因此,特别适宜于地铁列车现场测试。

Description

地铁车轮踏面形状检测仪

本发明涉及一种用于地铁车轮踏面形状检测的测试仪器。

地铁车轮与钢轨之间摩擦造成车轮沟状的磨损，对列车的正常运行造成一定的危险，然而由于列车庞大，现场测试条件差，因此，目前许多列车车轮厂采用自制卡尺进行估测，这种测定方法，误差较大，在绝少数的国家中有用组成梳子形的状多个测量头对地铁车轮踏面形状进行检测，缺点是要用很多检测传感器，设备复杂，价钱昂贵，而且其分辨力仍很不理想。

本发明的目的是为了克服现有技术缺点，应用单个测量头，X-Y方向两位移传感器检测车轮踏面，结合计算机技术，提供一种成本低且分辨力高的高精度接触式直接测量地铁车轮踏面形状检测仪。

本发明的技术方案为：地铁车轮踏面形状检测仪由测量头、位移传感器、传动装置、测量头自动升降装置、定位装置以及电脑控制系统组成，测量头分别与位移传感器及传动装置相连接，由传动装置驱动测量头在地铁车轮踏面上移动，产生的X-Y座标上的位移信号通过位移传感器输入电脑控制系统进行信息处理。

本发明基本原理为：电脑控制系统发出信号驱动传动装置拖动球型测量头X方向移动，与此同时，测量头沿着车轮踏面形状Y方向移动，把每一点位置的X与Y座标通过位移传感器及电路采样信号经由电脑分析和处理，并动态显示形状曲线及每点的座标和定义的形状参数和打印输出。

本发明的实施例结合附图作进一步说明。

图1为本发明的定位和传动装置总装图；

图2为测量头自动升降装置剖面图；

图3为电脑控制系统框图。

由图1所示，定位装置由磁性表座1、定位销2、定位销座4组成，把仪器磁性表座1的吸面安放在被测车轮25凸面一侧的基准平面上，并将车轮的圆弧凸面靠紧磁性表座1左前方的上下二定位销2上，再把磁性表座的扳手按下锁紧。在结构设计中，保证车轮圆弧的最高位置与测轴处于一水平面上，从而使测轴垂直于被测面。由图1所示，传动装置由二部分组成，X方向传动装置由直流电动机20、方皮带轮21、蜗轮10、蜗杆6、齿轮带21、测杆导轨13、光杆26、光杆座7、光轮29、限位开关30、夹紧块22、安装座28组成，直流电动机20通过方皮带轮21与蜗杆6相连，齿轮带27由蜗轮10和光轮29旋转而带动，其二端由夹紧块22固定在测杆导块13上，测杆导轨13下侧的轴孔与光杆26相连，光杆26由光杆座7固定在安装座28上，这样，当马达20转动时最终拖动测杆导轨13沿着光杆26进行X方向直线移动，当移动到左或右顶端时，测杆导轨13靠着限位开关30，从给单片机信息控制换向或停止。Y方向传动装置由球型测量头3、测轴5、测轴后座8、左右固定条9、17、测力弹簧15、弹簧轴16、弹簧轴座18、小轴14、扭簧11和双球头杆12组成，球型测量头3胶合在测轴5顶部，测轴5与测轴座后座8相连接，测轴后座8通过小轴14在测杆导轨13上滑动，窜有测力弹簧15的弹簧轴16用弹簧用弹簧轴座固定在测量杆导轨13上，弹簧15一端顶压测轴后座8，这样，使测轴有一朝下的顶压力，大约为2牛顿，以保证球型测量头3能靠紧被测车轮并有40毫米上下移动范围。

本发明所采用的位移传感器由X方向上和Y方向上的两个光栅位移传感器24组成，它们与各自的双球头杆12、测轴后座8、扭簧11连接，双球头杆12与测轴后座8连接，另一端通过扭簧11带动光栅24。

由于车轮踏面的凸出部位将近40毫米，所以在测量头自左向右进行X方向140毫米采样结束，返回时，测量头必将受阻而损坏，从而设置了测量头自动升降装置，由图2所示，它由垫片31、铆钉轴32、水平板33、转板34、齿条23、转轴35、小齿轮36组成，齿条23与小齿轮36啮合，转板34装在转轴35上，水平板33两端分别与二块转板34相连接。这样，小齿轮36通过二根转轴35分别带动二块转板34旋转，当测杆导轨13移动到左侧起始点时，见图1，光杆座7推动齿条23，齿条23通过小齿轮36及转轴35使二块转板34旋转朝下，从而使二端分别与二块转板34相连的水平板33处于低位，于是测轴5在测力弹簧15的推动下降下；同样，当测杆导轨13移动到右侧采样结束点时，齿条23受右侧光杆座推动，带动转板34旋转，而使水平板33处于高位，于是推动测轴5回升，从而保证了测轴在测量或回程顶端能够自动升降。

由图3所示，电脑控制系统包括放大、倍频、判向、锁存电路，单片机及笔记本电脑，系统程序为：

第一阶段：

电脑发出采样信号，通过RS232启动单片机驱动直流电动机带动测量头在X轴方向移动，同时，测量头沿被测车轮踏面上下移动，单片机把二组X方向、Y方向的光栅位移转感器测得的位移信号放大、倍频、判向、锁存、采样后输入笔记本电脑；

第二阶段：

笔记本电脑接收到的二维信号用座标在CRT上显示出来，再算出轮缘宽度B、凸面高度H、Q_R，通过标尺可读出形状上任意一点的X、Y座标等。

控制系统中的采专用软件共设置了17只功能键，它能把每次测量作文件型式保存并与地铁车轮踏面所存储标准形状曲线相比较，可用标尺显示被测车轮踏面形状中的每一点座标，及与标准形状的偏差值，同一车轮在不同行程下测试形状座标的差异，并可测出车轮磨损凹面的深度，这样就可知道车轮踏面的磨损程度，予先采取措施，防止事故的发生。专用软件在Visual C++97语言环境下编制，在Win95平台下操作，并可通过彩色打印机输出各种形状曲线及用表格型式打印形状曲线的座标点。

本发明由于采用了精密的传动装置，X、Y方向采用高精度光栅位移传感器，排除了马达速度变化，电网频率或电压变化带来的误差，另外采用笔记本电脑进行信息处理控制以及用直流电源供电，特别适合于地铁列车现场测试，本发明亦可用于轻轨列车等车轮踏面形状的检测。

Claims (6)

1、一种地铁车轮踏面形状检测仪，其特征在于，它由测量头、位移传感器、传动装置、测量头自动升降装置，定位装置以及电脑控制系统组成，测量头分别与位移传感器及传动装置相连接，由传动装置驱动测量头在地铁车轮踏面上移动，产生的X-Y座标上的位移信号通过位移传感器输入电脑控制系统进行信息处理。

2、根据权利要求1所述的传动装置由二部分组成：X方向传动装置由直流电动机(20)、方皮带轮(21)、蜗轮(10)、蜗杆(6)、齿轮带(21)、测杆导轨(13)、光杆(26)、光杆座(7)、光轮(29)、限位开关(30)、夹紧块(22)；安装座(28)组成，直流电动机(20)通过方皮带轮(21)与蜗杆(6)相连，齿轮带(27)由蜗轮(10)和光轮(29)旋转而带动，其二端由夹紧块(22)固定在测量杆导轨(13)上，测杆导轨(13)下侧的轴孔与光杆(26)相连，光杆(26)由光杆座(7)固定在安装座(28)上；Y方向传动装置由球型测量头(3)、测轴(5)、测轴后座(8)、左右固定条(9)、(17)、测力弹簧(15)、弹簧轴(16)、弹簧轴座(18)、小轴(14)、扭簧(11)和双球头杆(12)组成，球型测量头(3)胶合在测轴(5)顶部，测轴(5)与测轴后座(8)相连接，测轴后座(8)通过小轴(14)在测杆导轨(13)上滑动，窜有测力弹簧(15)的弹簧轴(16)用弹簧轴座(18)固定在测杆导轨(13)上，弹簧(15)一端顶压测轴后座(8)。

3、根据权利要求1所述的地铁车轮踏面形状检测仪，其特征在于，所述的地铁车轮踏面形状检测仪，其特征在于，所述的位移传感器由X方向上和Y方向上的两个光栅位移传感器(24)组成，它们分别与各自双球头杆(12)、测轴后座(8)、扭簧(11)连接，双球头杆(12)与测轴后座(8)连接，另一端通过扭簧(11)带动光栅(24)。

4、根据权利求1所述的地铁踏面形状检测仪，其特征在于，所述的测量头自动升降装置由垫片(31)、铆钉轴(32)、水平板(33)、转板(34)、齿条(23)、转轴(35)、小齿轮(36)组成，齿条(23)与小啮轮(35)啮合，转板(34)装在转轴(35)上，水平板(33)两端分别与二块转板(34)相连接。

5、根据权利要求1所述的地铁车轮踏面形状检测仪，其特征在于，所述的定位装置由磁性表座(1)、定位销(2)、定位销座(4)组成。

6、根据权利要求1所述的地铁车轮踏面形状检测仪，其特征在于，所述的电脑控制系统，它包括放大、倍频、判向、锁存电路、单片机以及笔记本电脑，系统程序为：

第一阶段为电脑发出采样信号，通过RS232启动单片机驱动直流电动机带动测量头在X轴方向移动，同时，测量头沿被测车轮踏面上下移动，单片机把二组由光栅位移传感器测得的位移信号放大、倍频、判向、锁存、采样后输入笔记本电脑；

第二阶段为笔记本电脑把接收到的二维信号用座标在CRT上显示出来，再算出轮缘宽度B，凸面高度H、Q_R，通过标尺可读出形状上任意一点的X、Y座标。

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