傳感器直線垂直安裝的城軌車輛車輪直徑檢測裝置制造方法及圖紙

本實用新型專利技術公開了一種傳感器直線垂直安裝的城軌車輛車輪直徑檢測裝置。該裝置包括中央處理單元和與其連接的多個激光傳感器；檢測區段的鋼軌向外偏移，且該檢測區段的鋼軌內側設置護軌；激光傳感器設置于鋼軌偏移所空出的區域與護軌之間，激光傳感器的探頭沿鋼軌方向排列且均布在長度固定的水平線上，各激光傳感器的探測光束垂直鋼軌向上，所有激光傳感器位于車輪下方并且與進行直徑測量的車輪圓周共面。該方法使用多個激光傳感器，將其按照直線垂直關系安裝在車輪下方同時探測車輪得到探測點，通過最小二乘擬合得到初始直徑，對初始直徑求均值得到車輪直徑。本實用新型專利技術在線非接觸式測量具有速度快、精度高、測量直徑范圍大的優點。（*該技術在2023年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及鐵路車輪檢測領域，特別是一種傳感器直線垂直安裝的城軌車輛車輪直徑檢測裝置。
技術介紹
城軌車輛在運行的過程中會出現不同程度的磨耗，磨耗對車輪安全運行會產生影響，而其中磨耗導致的車輪直徑變化尤為關鍵。列車正線運行中，同軸及同轉向架輪徑差均有限度要求，同軸輪徑差過大容易導致輪對擦傷，同一輪對輪徑差過大還容易導致輪緣偏磨或列車異常振動，因此對車輪直徑的測量對列車安全運行有著重要意義。常用的圓弧半徑測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工件做靜態的離線測量。中國專利CN201159640Y（鐵路車輪直徑測量裝置，申請號：200820055350.8，申請日：2008-02-02）公開了一種弓高弦長法測量車輪半徑裝置，檢修方法屬于手工測量和離線自動測量，當車輪行駛一段時間后需定期送車間進行檢修。這種靜態離線測量采用專用量具或萬能量具人工檢測，存在檢測結果誤差大、準確性差、返工率高、工作效率低、勞動強度大等缺點。非接觸式的在線測量輪對直徑或輪對幾何參數逐漸發展起來，中國專利CN1899904A（列車輪對尺寸在線檢測方法及裝置，申請號：200510035961.7申請日：2005-07-20），在每根鋼軌的兩側安裝一定距離的激光位移傳感器，傳感器從鋼軌的底側斜向上測量，從而記錄車輪踏面數據，并基于列車移動的速度計算經過兩個激光傳感器弦長得到直徑。該方法的缺點為，需要同時利用列車速度信息，不能獨立完成直徑的測量，且利用單個激光傳感器記錄踏面信息，會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態測量方法，申請號：200810056339.8申請日：2008-01-16）采用兩個激光位移傳感器直接照射車輪踏面滾動面，通過安裝傳感器的幾何位置關系測量車輪直徑，該方法的缺點為探測線沒有解決對準問題，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量技術仍然存在測量精度不高、測量響應速度慢、工程實施困難等缺點。
技術實現思路
本技術的目的在于提供一種高精度的傳感器直線垂直安裝的城軌車輛車輪直徑檢測裝置，采用非接觸式測量，檢測速度快、測量范圍大。實現本技術目的的技術解決方案為：一種傳感器直線垂直安裝的城軌車輛車輪直徑檢測裝置，包括中央處理單元和多個激光傳感器，所述激光傳感器均與中央處理單元連接；檢測區段的鋼軌向外偏移，且該檢測區段的鋼軌內側設置護軌，護軌與車輪輪緣內側相切；激光傳感器設置于鋼軌偏移所空出的區域與護軌之間，激光傳感器的探頭沿鋼軌方向排列且均布在長度固定的水平線上，各激光傳感器的探測光束垂直鋼軌向上，所有激光傳感器與進行直徑測量的車輪圓周共面。與現有技術相比，本技術的顯著優點在于：（1）基于激光檢測系統，通過最小二乘擬合的算法，實現對列車車輪在線非接觸測量，測量精度高；（2）由激光傳感器自動獲取車輪任意多點坐標，通過相應數據處理算法，獲得當下所測車輪直徑，操作簡單、方便快捷；（3）具有檢測速度快、測量范圍大的優點。附圖說明圖1為車輪踏面運行后的磨耗示意圖。圖2為本技術傳感器直線垂直安裝的車輪直徑檢測裝置的結構示意圖。圖3為本技術城軌車輛車輪直徑檢測裝置中鋼軌切換處的示意圖。圖4為本技術鋼軌偏移的距離Q與護軌的尺寸破面示意圖。圖5為實施例1中激光傳感器直線垂直安裝的車輪直徑檢測示意圖。圖6為實施例1中各個激光傳感器的測量值隨時間t(ms)的關系。圖7為實施例1中某一時刻探測序列點（Xi,Yi）及其擬合后的圓。圖8為實施例1中所有有效測量數據值擬合所得到的全部直徑。圖9為實施例1中重復測量20次直徑所得結果示意圖。具體實施方式下面結合附圖及具體實施例對本技術作進一步詳細說明。圖1中表示出了某車輪運行過后的踏面形狀與剛投入運行時踏面形狀，可以看出距離輪緣側面處70mm為磨耗集中處，該處為工程中常用的衡量直徑所在位置，而車輪直徑往往控制在770～840mm之間，故激光傳感器探測點選取為該處的車輪圓周。本技術傳感器直線垂直安裝的城軌車輛車輪直徑檢測裝置，包括中央處理單元和多個激光傳感器，所述激光傳感器均與中央處理單元連接；檢測區段的鋼軌向外偏移，且該檢測區段的鋼軌內側設置護軌，護軌與車輪輪緣內側相切；激光傳感器設置于鋼軌偏移所空出的區域與護軌之間，激光傳感器的探頭沿鋼軌方向排列且均布在長度固定的水平線上，各激光傳感器的探測光束垂直鋼軌向上，所有激光傳感器與進行直徑測量的車輪圓周共面。如圖2所示，在檢測區段將鋼軌6外偏，空出一定區域，將激光傳感器探頭3安裝在車輪1的測量點下方，在輪緣內側設置護軌5以防止輪對蛇行或軸向竄動造成脫軌，激光傳感器探頭3通過傳感器夾具4固定，并可以調整激光傳感器探頭3的位置和傾角，各個激光傳感器探頭3發出的激光光束2能夠同時檢測到車輪上的對應檢測點。如圖3所示，鋼軌向外偏移的切換處為弧形，有利于列車進入和退出探測區。圖4說明了鋼軌向外偏移的具體尺寸Q，針對車輪踏面和60軌，Q控制在50～65mm之間，使得軌道中心線不超出車輪的外緣。護軌高出輪緣的尺寸P，控制在30～50mm之間。進行直徑測量的車輪圓周距離車輪輪緣側面的距離為70mm。由于待測的車輪與軌道長期接觸，表面光滑粗糙度低，因此涉及到利用激光掃描測頭對鏡面反射很強的金屬曲面進行輪廓測量，該被測對象是目前形貌測量領域的一個難點。張良等分析了現有的幾種激光測頭對金屬表面的測量能力，得出了錐光偏振全息探頭和斜射式三角探頭較適合測量金屬曲面（張良，費致根，郭俊杰.激光掃描測頭對金屬曲面測量研究，機床與液壓，第39卷第9期：2011年5月）。故本技術涉及的激光傳感器，優選錐光偏振全息探頭和斜射式三角探頭，激光傳感器的數量為3～10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。使用上述傳感器直線垂直安裝的城軌車輛車輪直徑檢測裝置進行車輪直徑檢測的方法，包括以下步驟：第1步，將各激光傳感器安裝于鋼軌偏移所空出的區域，激光傳感器的探頭沿鋼軌方向排列且均布在長度為L的水平線上，各激光傳感器的探測光束垂直鋼軌向上，各個激光傳感器分別記為Pi，沿著鋼軌方向i依次為1,2,...n，n為激光傳感器的個數；第2步，在進行直徑測量的車輪圓周所在平面上建立二本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種傳感器直線垂直安裝的城軌車輛車輪直徑檢測裝置，其特征在于，包括中央處理單元和多個激光傳感器，所述激光傳感器均與中央處理單元連接；檢測區段的鋼軌向外偏移，且該檢測區段的鋼軌內側設置護軌，護軌與車輪輪緣內側相切；激光傳感器設置于鋼軌偏移所空出的區域與護軌之間，激光傳感器的探頭沿鋼軌方向排列且均布在長度固定的水平線上，各激光傳感器的探測光束垂直鋼軌向上，所有激光傳感器與進行直徑測量的車輪圓周共面。

【技術特征摘要】
1.一種傳感器直線垂直安裝的城軌車輛車輪直徑檢測裝置，其特征在于，包括中
央處理單元和多個激光傳感器，所述激光傳感器均與中央處理單元連接；檢測區段的鋼
軌向外偏移，且該檢測區段的鋼軌內側設置護軌，護軌與車輪輪緣內側相切；激光傳感
器設置于鋼軌偏移所空出的區域與護軌之間，激光傳感器的探頭沿鋼軌方向排列且均布
在長度固定的水平線上，各激光傳感器的探測光束垂直鋼軌向上，所有激光傳感器與進
行直徑測量的車輪圓周共面。
2.根據權利要求1所述的傳感器直線垂直安裝的城軌車輛車輪直徑檢測裝置，其
特征在于，所述檢測區段鋼軌向外偏移50～65mm，且該鋼軌向外偏移的切換處為弧形。
3.根據權利要求1所述的傳感...

【專利技術屬性】
技術研發人員：邢宗義，張永，王曉浩，
申請(專利權)人：南京理工大學，
類型：實用新型
國別省市：