傳感器圓弧垂直安裝的城軌車輛車輪直徑檢測(cè)裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種傳感器圓弧垂直安裝的城軌車輛車輪直徑檢測(cè)裝置及方法。該裝置包括中央處理單元和與其連接的多個(gè)激光傳感器；檢測(cè)區(qū)段的鋼軌向外偏移，且該檢測(cè)區(qū)段的鋼軌內(nèi)側(cè)設(shè)置護(hù)軌；激光傳感器設(shè)置于鋼軌偏移所空出的區(qū)域與護(hù)軌之間，激光傳感器的探頭沿鋼軌方向排列且均布在弦長半徑固定的圓弧上，各激光傳感器的探測(cè)光束垂直鋼軌向上，所有激光傳感器位于車輪下方并且與進(jìn)行直徑測(cè)量的車輪圓周共面。該方法使用多個(gè)激光傳感器，將其按照?qǐng)A弧垂直關(guān)系安裝在車輪下方同時(shí)探測(cè)車輪得到探測(cè)點(diǎn)，通過最小二乘擬合得到初始直徑，對(duì)初始直徑求均值得到車輪直徑。本發(fā)明在線非接觸式測(cè)量具有速度快、精度高、測(cè)量直徑范圍大的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】傳感器圓弧垂直安裝的城軌車輛車輪直徑檢測(cè)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鐵路車輪檢測(cè)領(lǐng)域，特別是一種傳感器圓弧垂直安裝的城軌車輛車輪直徑檢測(cè)裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]城軌車輛在運(yùn)行的過程中會(huì)出現(xiàn)不同程度的磨耗，磨耗對(duì)車輪安全運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生影響，而其中磨耗導(dǎo)致的車輪直徑變化尤為關(guān)鍵。列車正線運(yùn)行中，同軸及同轉(zhuǎn)向架輪徑差均有限度要求，同軸輪徑差過大容易導(dǎo)致輪對(duì)擦傷，同一輪對(duì)輪徑差過大還容易導(dǎo)致輪緣偏磨或列車異常振動(dòng)，因此對(duì)車輪直徑的測(cè)量對(duì)列車安全運(yùn)行有著重要意義。
[0003]常用的圓弧半徑測(cè)量方法包括卡尺法和弓高弦長法，其中卡尺法適用于精度要求不高的場合，測(cè)量范圍受弧長的限制，卡尺量程受橫向定位架的限制；而弓高弦長法的操作比較繁瑣，該兩種方法通常用于對(duì)工件做靜態(tài)的離線測(cè)量。中國專利CN 201159640Y(鐵路車輪直徑測(cè)量裝置，申請(qǐng)?zhí)?200820055350.8，申請(qǐng)日:2008-02-02)公開了一種弓高弦長法測(cè)量車輪半徑裝置，檢修方法屬于手工測(cè)量和離線自動(dòng)測(cè)量，當(dāng)車輪行駛一段時(shí)間后需定期送車間進(jìn)行檢修。這種靜態(tài)離線測(cè)量采用專用量具或萬能量具人工檢測(cè)，存在檢測(cè)結(jié)果誤差大、準(zhǔn)確性差、返工率高、工作效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大等缺點(diǎn)。
[0004]非接觸式的在線測(cè)量輪對(duì)直徑或輪對(duì)幾何參數(shù)逐漸發(fā)展起來，中國專利CN1899904A (列車輪對(duì)尺寸在線檢測(cè)方法及裝置，申請(qǐng)?zhí)?200510035961.7申請(qǐng)日:2005-07-20)，在每根鋼軌的兩側(cè)安裝一定距離的激光位移傳感器，傳感器從鋼軌的底側(cè)斜向上測(cè)量，從而記錄車輪踏面數(shù)據(jù)，并基于列車移動(dòng)的速度計(jì)算經(jīng)過兩個(gè)激光傳感器弦長得到直徑。該方法的缺點(diǎn)為，需要同時(shí)利用列車速度信息，不能獨(dú)立完成直徑的測(cè)量，且利用單個(gè)激光傳感器記錄踏面信息，會(huì)由于踏面的變化無法精確定位直徑所在位置。中國專利CN101219672A (基于激光的車輪直徑非接觸式動(dòng)態(tài)測(cè)量方法，申請(qǐng)?zhí)?200810056339.8申請(qǐng)日:2008-01-16)采用兩個(gè)激光位移傳感器直接照射車輪踏面滾動(dòng)面，通過安裝傳感器的幾何位置關(guān)系測(cè)量車輪直徑，該方法的缺點(diǎn)為探測(cè)線沒有解決對(duì)準(zhǔn)問題，而同樣近似斜切法，無法精確描述車輪直徑。綜上，目前的非接觸式車輪直徑測(cè)量技術(shù)仍然存在測(cè)量精度不高、測(cè)量響應(yīng)速度慢、工程實(shí)施困難等缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種高精度的傳感器圓弧垂直安裝的城軌車輛車輪直徑檢測(cè)裝置及方法，采用非接觸式測(cè)量，檢測(cè)速度快、測(cè)量范圍大。
[0006]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:
[0007]一種傳感器圓弧垂直安裝的城軌車輛車輪直徑檢測(cè)裝置，包括中央處理單元和多個(gè)激光傳感器，所述激光傳感器均與中央處理單元連接；檢測(cè)區(qū)段的鋼軌向外偏移，且該檢測(cè)區(qū)段的鋼軌內(nèi)側(cè)設(shè)置護(hù)軌，護(hù)軌與車輪輪緣內(nèi)側(cè)相切；激光傳感器設(shè)置于鋼軌偏移所空出的區(qū)域與護(hù)軌之間，激光傳感器的探頭沿鋼軌方向排列且均布在弦長半徑固定的圓弧上，各激光傳感器的探測(cè)光束垂直鋼軌向上，所有激光傳感器與進(jìn)行直徑測(cè)量的車輪圓周共面。
[0008]一種傳感器圓弧垂直安裝的城軌車輛車輪直徑檢測(cè)方法，包括以下步驟:
[0009]第I步，將η個(gè)激光傳感器安裝于鋼軌偏移所空出的區(qū)域，激光傳感器的探頭沿鋼軌方向排列且均布在弦長為L、半徑為R的圓弧上，各激光傳感器的探測(cè)光束垂直鋼軌向上，激光傳感器分別記為Pi,沿著鋼軌方向i依次為1，2，…η，η為激光傳感器的個(gè)數(shù)；
[0010]第2步，在進(jìn)行直徑測(cè)量的車輪圓周所在平面上建立二維坐標(biāo)系:沿鋼軌方向?yàn)閄軸，經(jīng)過第一個(gè)激光傳感器P1且垂直于鋼軌向上為Y軸，則各個(gè)激光傳感器探頭相對(duì)于X軸的安裝傾角Qi均為90°，激光傳感器的坐標(biāo)(Xi，yi)由下式確定:
[0011]
【權(quán)利要求】
1.一種傳感器圓弧垂直安裝的城軌車輛車輪直徑檢測(cè)裝置，其特征在于，包括中央處理單元和多個(gè)激光傳感器，所述激光傳感器均與中央處理單元連接；檢測(cè)區(qū)段的鋼軌向外偏移，且該檢測(cè)區(qū)段的鋼軌內(nèi)側(cè)設(shè)置護(hù)軌，護(hù)軌與車輪輪緣內(nèi)側(cè)相切；激光傳感器設(shè)置于鋼軌偏移所空出的區(qū)域與護(hù)軌之間，激光傳感器的探頭沿鋼軌方向排列且均布在弦長半徑固定的圓弧上，各激光傳感器的探測(cè)光束垂直鋼軌向上，所有激光傳感器與進(jìn)行直徑測(cè)量的車輪圓周共面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器圓弧垂直安裝的城軌車輛車輪直徑檢測(cè)裝置，其特征在于，所述檢測(cè)區(qū)段鋼軌向外偏移50~65mm，且該鋼軌向外偏移的切換處為弧形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器圓弧垂直安裝的城軌車輛車輪直徑檢測(cè)裝置，其特征在于，所述進(jìn)行直徑測(cè)量的車輪圓周距離車輪輪緣側(cè)面的距離為70mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器圓弧垂直安裝的城軌車輛車輪直徑檢測(cè)裝置，其特征在于，所述激光傳感器的數(shù)量為為η且3 < η < 10，激光傳感器安裝弦長為L且nX30mm^L^ 1800mm，沿鋼軌方向第一個(gè)激光傳感器的安裝點(diǎn)至軌道的垂直距離為Iy1且I Y11≥100mm,激光傳感器安裝圓弧半徑為R且
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器圓弧垂直安裝的城軌車輛車輪直徑檢測(cè)裝置，其特征在于，所述激光傳感器的探頭為錐光偏振全息探頭或斜射式三角探頭，且所有激光傳感器的探頭通過傳感器夾具固定于車輪下方。
6.一種傳感器圓弧垂直安裝的城軌車輛車輪直徑檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟: 第I步，將η個(gè)激光傳感器安裝于鋼軌偏移所空出的區(qū)域，激光傳感器的探頭沿鋼軌方向排列且均布在弦長為L、半徑為R的圓弧上，各激光傳感器的探測(cè)光束垂直鋼軌向上，激光傳感器分別記為Pi,沿著鋼軌方向i依次為1，2，…η，η為激光傳感器的個(gè)數(shù)； 第2步，在進(jìn)行直徑測(cè)量的車輪圓周所在平面上建立二維坐標(biāo)系:沿鋼軌方向?yàn)閄軸，經(jīng)過第一個(gè)激光傳感器P1且垂直于鋼軌向上為Y軸，則各個(gè)激光傳感器探頭相對(duì)于X軸的安裝傾角Qi均為90°，激光傳感器的坐標(biāo)(Xi，yi)由下式確定:

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的傳感器圓弧垂直安裝的城軌車輛車輪直徑檢測(cè)方法，其特征在于，第5步所述根據(jù)車輪上η個(gè)測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)(XpYi)進(jìn)行擬合圓，采用最小二乘法，公式如下:
【文檔編號(hào)】B61K9/12GK103587550SQ201310556905
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月11日
【發(fā)明者】邢宗義, 張永, 石奮義, 郭岑 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)