CN1899904A - 列车轮对尺寸在线检测方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种列车轮对尺寸在线检测方法，在每根铁轨的两侧对称设置两对相隔的激光位移探测器，两导轨间的每四个激光探测器位于同一轴线上；激光探测器发出的激光从铁轨的底侧斜向上投射到列车车轮，激光探测器扫描检测得出列车车轮端面到激光探测器距离，经高速数据采集处理电路后传输到探测站中的工控机记录、分析、显示。本发明轮对尺寸检测采用基于PSD的激光位移测量，通过测得的数据可以得出轮缘厚度、轮缘高度、轮径、轮对内侧距；实现高速列车车轮外形尺寸的高精度检测，防止由于车轮磨耗过限对行车安全的破坏，为铁路运输安全提供有效的技术保障，具有十分重要的社会效益。

Description

列车轮对尺寸在线检测方法及装置
技术领域
本发明涉及一种列车车轮尺寸在线检测方法，本发明还涉及该方法的装置。
背景技术
轮对各外形尺寸的检测，是铁路列检部门的重要工作，铁路技术管理规程对轮对各部尺寸都有严格规定，一旦超限，将会直接影响结构强度和定位能力，威胁行车安全，甚至造成脱轨、颠覆等恶性事故。
轮对外形尺寸是根据轮轨动力学关系严格设计的，是车辆运用过程中重要的技术参数，特别在高速的运行条件下，对轮对外形尺寸磨耗的控制更为严格。而目前车辆检修部门的检测手段只能是在列车停车作业时用专用检查量具人工检查，劳动强度大，检修效率低，易出漏检，不能适应铁路高效运营的发展需要；同时由于测量精度的要求高、待测对象外形复杂、现场条件恶劣等技术难点，一直没有动态测量技术应用于在线轮对尺寸检测。为适应铁路运输高速、重载的发展方向，对列车的检修水平提出了更高的要求，原先以计划性为主的维修体制已经不能适应现代化运输管理系统的需要，必须依靠先进的检测设备在列车运行过程中对其运行状态进行检测，准确及时地发现故障，提供检修部门制定及时准确的维修计划。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可实现列车高速运行过程中的状态监测的轮对尺寸在线检测方法；本发明的另一个目的在于提供一种实现该方法的装置。
本发明的目的可通过以下的技术措施来实现：在每根铁轨的两侧对称设置两对相隔的激光位移探测器，两导轨间的每四个激光探测器位于同一轴线上；激光探测器发出的激光从铁轨的底侧斜向上投射到列车车轮，激光探测器扫描检测得出列车车轮端面到激光探测器距离，经高速数据采集处理电路后传输到探测站中的工控机记录、分析、显示。
探测器以一定角度和距离布置于轨的两侧，车辆运行通过，激光位移传感器将对车轮端面扫描，原始波形是与安装角度有关的斜剖面图，由于传感器相对于轨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，可以得到二维的车轮外形图，即可分别计算轮缘高度和轮缘厚度。
在轨两侧安装了两个激光位移传感器，分别扫描出轮缘及踏面的端面后，可以计算出前后点的时间差，在速度已知的条件下，可得到两条弦长，而两激光束相对于轨面高度是确定的，可以求得两弦的高度差，通过几何运算可得车轮直径。
在探测器几何位置固定及轨距确定的条件下，测量到左右车轮内侧端面到传感器的距离，就可以计算轮对内侧距，再通过两次测量还可以测得180度方向的轮对内侧距差。
本发明通过在其中一个铁轨上间隔设置两个车轮传感器，运用电磁感应原理，当车轮通过车轮传感器时，将产生一个脉冲信号，连续通过两个车轮传感器产生的两个脉冲时间差可以预知车辆运行速度，车轮传感器信号输入PLC，从而实现对激光探测器及数据采集系统的控制。
为实现车辆的连续检测及准确预报，建立轮对数据库，在车辆轮对生命周期内其重要的技术参数都在数据库之中，利用射频识别(RFID)技术，建立车辆轮对身份标识。将存储轮对编号及其重要的维修和运行状态信息的电子标签固定在列车底部，射频天线安装在两条铁轨的中间，距离激光探测器15～20米安装，读卡机通过现场主机于系统数据库连接。这样对于某一区间的轮对异常预警信息，可以通知下一区间重点跟踪监测，在主要区间，可以直接将故障信息写入电子标签，并通知调度系统安排故障处置及维修计划。
一种实现上述方法的装置，包括四对相同的激光位移探测器、前置信号处理机、数据采集处理工控机；在每根铁轨的两侧以列车车轮的轮缘为轴线对称设置两对激光位移探测器，两导轨间的每四个激光探测器位于同一轮轴线上，各激光位移探测器的发射激光经列车车轮的轮缘反射成像于探测器中的光电位敏传感器；光电位敏传感器的输出经前置信号处理机传输至工控机进行数据采集处理输出。当有列车通过时，两探测器中间的车轮将使两探测器都有检测信号，两个探测器分别检测车轮上被激光照射的点的位置距探测器各自的距离，一系列扫描点的连续测量，可以测得轮对的剖面图，由于两探测器的相对位置确定，因而此位置信号处理后就可将轮对的各部位尺寸检测出来，如轮缘厚度、轮缘高度、轮径等。
所述每个激光探测器由激光光源、光电位敏传感器和成像透镜组成；光电位敏传感器和成像透镜按其成像关系位于该透镜的光轴上，激光光源从铁轨的底侧斜向上25°～40°角投射到列车车轮，激光光源经列车车轮反射成像到的光电位敏传感器，通过后续电路得到高精度、高频响的位移信息。
所述的半导体激光器、光电位敏传感器和成像透镜按所述的位置关系固定置于盒体内，该盒体由置于铁轨底部的夹具固定。
本发明轮对尺寸检测采用基于PSD的激光位移测量，通过测得的数据可以得出轮缘厚度、轮缘高度、轮径、轮对内侧距，根据测量数据，还可以计算同轮对直径差、同转向架轮径差、同一车辆轮径差等；实现高速列车车轮外形尺寸的高精度检测，防止由于车轮磨耗过限对行车安全的破坏，为铁路运输安全提供有效的技术保障，具有十分重要的社会效益。另外轨边传感器通过夹具与钢轨连接，无需专门制作的安装基础，现场安装便捷，给维护也带来方便。
附图说明
图1为激光探测器在铁轨上的安装图；
图2为前置信号处理机进行高速数据采集处理的原理框图；
图3为实现本发明方法的装置的连接框图。
具体实施方式
如图1所示，在每根铁轨的两侧对称设置两对以列车车轮的轮缘为轴线激光位移探测器，两导轨间的每四个激光探测器位于同一轮轴线上；每个激光探测器由激光光源、光电位敏传感器和成像透镜组成；光电位敏传感器和成像透镜按其成像关系位于该透镜的光轴上，激光光源从铁轨的底侧斜向上36°角投射到列车车轮，激光光源经列车车轮反射成像到的光电位敏传感器。激光探测器安装在一个盒子中，激光探测器发出的激光从铁轨的底侧斜向上投射到列车车轮，激光探测器扫描检测得出列车车轮端面到激光探测器距离。
首先将传感器安装夹具在钢轨底部通过紧固螺栓与钢轨连接，然后将过度块安装夹具平台上，激光探测器安装于过度块上。完成激光探测器安装后就可以通过标定装置对安装结构参数进行调整和标定。
通过在右侧铁轨上间隔设置两个车轮传感器，运用电磁感应原理，当车轮通过车轮传感器时，将产生一个脉冲信号，连续通过两个车轮传感器产生的两个脉冲时间差可以预知车辆运行速度，从而实现对激光探测器及数据采集系统的控制。
车轮传感器产生的脉冲时间分别为t1、t2，距离为d，则车辆运行速度为v＝d/(t2-t1)，就可以技术采样延时时间t3，采样时间长度t4。
高速数据采集处理电路采取三级并行处理的方式，如图2所示，数据采集处理电路主要包括用于控制高速数据采集时序的大规模可编程门阵列(CPLD)，用于对原始信号进行预处理的高速数字处理器(DSP)，完成数据通讯及模块工作状态管理的中央处理器(CPU)。模块具有4路高速数据采集的能力，具体技术参数如下：
●通道频响：600kHz(-3dB)
●通道增益误差≤0.001
●通道相移差≤0.1°
●通道信噪比≤10mv(peak-peak)
●单通道AD采集速率：10M/s
●单通道数据缓存：1M(16bit)
●AD：14bit，±2.5v，10MHz
●DSP：TMS320VC5402，主频200MHz
●信号动态范围：30dB
●通讯接口：RS485
经高速数据采集处理电路后传输到检测站中的工控机记录、分析、显示。
为实现车辆的连续检测及准确预报，建立轮对数据库，在车辆轮对生命周期内其重要的技术参数都在数据库之中，利用射频识别(RFID)技术，建立车辆轮对身份标识。将存储轮对编号及其重要的维修和运行状态信息的电子标签固定在列车底部，射频天线安装在两条铁轨的中间，距离激光探测器15～20米安装，读卡机通过现场主机于系统数据库连接。这样对于某一区间的轮对异常预警信息，可以通知下一区间重点跟踪监测，在主要区间，可以直接将故障信息写入电子标签，并通知调度系统安排故障处置及维修计划。
如图3所示，结构图中W1、W2为车轮传感器，M1～M8为激光探测器，RF为车号识别天线，这些轨边传感器构成探测区域，当列车通过时系统进入实时数据采集状态，由W1、W2控制系统的工作时序，探测站由前置机及工控机构成，完成信号采集及数据分析，分析结果进入控制中心数据库，完成故障分析、预报及处理。

Claims (6)

1、一种列车轮对尺寸在线检测方法，其特征在于：在每根铁轨的两侧对称设置两对相隔的激光位移探测器，两导轨间的每四个激光探测器位于同一轴线上；激光探测器发出的激光从铁轨的底侧斜向上投射到列车车轮，激光探测器扫描检测得出列车车轮端面到激光探测器距离，经高速数据采集处理电路后传输到探测站中的工控机记录、分析、显示。
2、根据权利要求1所述的列车轮对尺寸在线检测方法，其特征在于：在其中一个铁轨上间隔设置两个车轮传感器，当车轮通过车轮传感器时，将产生一个脉冲信号，连续通过两个车轮传感器产生的两个脉冲时间差可以预知车辆运行速度，从而实现对激光探测器及数据采集系统的控制。
3、根据权利要求1所述的列车轮对尺寸在线检测方法，其特征在于：将存储轮对编号及其重要的维修和运行状态信息的电子标签固定在列车底部，射频天线安装在两条铁轨的中间，距离激光探测器15～20米安装，读卡机通过现场主机于系统数据库连接。
4、一种实现上述方法的装置，其特征在于：包括四对相同的激光位移探测器、前置信号处理机、数据采集处理工控机；在每根铁轨的两侧以列车车轮的轮缘为轴线对称设置两对激光位移探测器，两导轨间的每四个激光探测器位于同一轮轴线上，各激光位移探测器的发射激光经列车车轮的轮缘反射成像于探测器中的光电位敏传感器；光电位敏传感器的输出经前置信号处理机传输至工控机进行数据采集处理输出。
5、根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述每个激光探测器由激光光源、光电位敏传感器和成像透镜组成；光电位敏传感器和成像透镜按其成像关系位于该透镜的光轴上，激光光源从铁轨的底侧斜向上25°～40°角投射到列车车轮，激光光源经列车车轮反射成像到的光电位敏传感器。
6、根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述的半导体激光器、光电位敏传感器和成像透镜按所述的位置关系固定置于盒体内，该盒体由置于铁轨底部的夹具固定。
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