CN109443264B - 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及方法，包括安装于轨道外侧的2D激光位移传感器、安装于轨道内侧的电涡流传感器和安装于轨道内侧的磁钢；所述2D激光位移传感器和电涡流传感器用于测量轮饼踏面曲线、滚动圆直径、滚动圆跳动；所述电涡流传感器用于测量内侧距；所述磁钢用于获得启动信号，使轮饼测量系统进入待机状态，磁钢超过设定时间没有获得信号，系统待机，实现自动在线测量，电涡流传感器测量轮缘最低点高度，测量精度高，通过对不同时刻的每组散点数据进行曲线拟合，从而计算出轮饼直径。

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，通过利用磁钢获得启动信号，使轮饼测量系统进入待机状态，磁钢超过设定时间没有获得信号，系统待机，实现自动在线测量，2D激光位移传感器和电涡流传感器测量用于测量轮饼踏面曲线、滚动圆直径、滚动圆跳动，电涡流传感器测量内侧距，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直径、磨损等情况，数据可直接打印观看，直接明了，使用方便，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：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2D激光位移传感器、安装于轨道内侧的电涡流传感器和安装于轨道内侧的磁钢；

所述2D激光位移传感器和电涡流传感器用于测量用于测量轮饼踏面曲线、滚动圆直径、滚动圆跳动；

所述电涡流传感器用于测量内侧距；

所述磁钢用于获得启动信号，使轮饼测量系统进入待机状态，磁钢超过设定时间没有获得信号，系统待机。

优选的，所述轨道包括T型轨和槽形轨，所述电涡流传感器朝向并垂直于轮饼内端面安装，所述电涡流传感器垂直于地面向上安装，所述2D激光位移传感器和电涡流传感器固定设置于同一支架上，相对空间位置固定且已知。

优选的，所述2D激光位移传感器的激光发射平面A与垂直于轨道的平面B的夹角为α，所述2D激光位移传感器的激光中心线与平行于轨道的垂直平面C的夹角为β。

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2D激光位移传感器1安装于轨道外侧，将电涡流传感器2安装于轨道内侧且朝向并垂直于轮饼内端面设置，将电涡流传感器2安装于轨道内侧且垂直于地面向上设置，另外，将磁钢3安装于轨道内侧；

步骤二：建立坐标系

坐标系1：在平面A内，为2D激光位移传感器1的原始坐标系，2D激光位移传感器1的发射窗口平面与平面A的交线为x轴，2D激光位移传感器(1)的激光发射方向为y轴；

坐标系2：在平面A内，与轨道平行的水平面称为平面D，平面A与平面D的交线为x轴，与x轴垂直的为y轴；

坐标系3：在平面C内，平行于轨道的为x轴，垂直于轨道的为y轴；

步骤三：轮饼踏面曲线的获取

a)、当轮饼滚动经过磁钢(3)，系统进入待机状态，当轮饼滚动接近2D激光位移传感器(1)和电涡流传感器(2)时，2D激光位移传感器(1)和电涡流传感器(2)开始测量并得到不同时刻的多组数据；

b)、将步骤1获得的数据，经过坐标转换，得到坐标系2中的数据；

c)、在坐标系2中对不同时刻的每组散点数据进行曲线拟合，得到不同时刻的多条轮饼踏面曲线；

d)、对不同时刻的每条轮饼踏面曲线，按铁道行业标准，计算轮缘高度，并选取轮缘高度最小的三条曲线，将上述三条曲线作平均处理，得到最终的轮饼踏面曲线。；

步骤四：轮饼踏面曲线特征值的获取

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、轮辋宽度数据；

步骤五：轮饼滚动圆直径的获取

a)、在每条轮饼踏面曲线上找到踏面基点P_0、P_1、……..P_i，并通过坐标转换，得到坐标系3中不同时刻踏面基点的高度坐标y_i；

b)、假定车辆运行速度为v(未知)，2D激光位移传感器(1)的采样时间间隔为t，则步骤1中不同时刻踏面基点的横向坐标为x_i+itv；

c)、各踏面基点在坐标系3中应该在同一个圆上，因此，输入不同的车辆运行速度v，对踏面基点数据进行圆拟合，选取拟合误差最小的拟合圆作为踏面基点所在圆，从而得到滚动圆直径D及其中心坐标，以及对应的车辆速度v；

步骤六：滚动圆跳动值的获取

a)、依据步骤五中得到的车辆速度v，可得到不同时刻踏面基点的坐标；

b)、依据步骤五中得到的滚动圆中心坐标及步骤三中不同时刻的踏面基点坐标，计算不同时刻的踏面基点到滚动圆中心的距离；

c)、依据得到的不同时刻的踏面基点到滚动圆中心的距离，减去滚动圆半径，即可得到滚动圆的径向跳动值；

步骤七：内侧距及等效锥度的获取

经过对两轨道内侧电涡流传感器(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；

步骤八：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，通过输入阈值，实现超差报警；

功能3、通过输入轮缘高度、轮缘厚度、滚动圆直径、内侧距、等效锥度等的阈值，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、本发明利用磁钢获得启动信号，使轮饼测量系统进入待机状态，磁钢超过设定时间没有获得信号，系统待机，实现自动在线测量，2D激光位移传感器和电涡流传感器测量轮饼踏面曲线、滚动圆直径、滚动圆跳动，电涡流传感器测量内侧距，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，通过输入阈值，实现超差报警，通过输入轮缘高度、轮缘厚度、滚动圆直径、内侧距、等效锥度等的阈值，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为本发明的轮饼踏面曲线上踏面基点P_0、P_1、……..P_i在坐标系中的示意图。

图中：1-2D激光位移传感器、2-电涡流传感器、3-磁钢。

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1-2所示的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2D激光位移传感器1、安装于轨道内侧的电涡流传感器2和安装于轨道内侧的磁钢3；

所述2D激光位移传感器1和电涡流传感器2用于测量轮饼踏面曲线、滚动圆直径、滚动圆跳动；

所述电涡流传感器2用于测量内侧距；

所述磁钢3用于获得启动信号，使轮饼测量系统进入待机状态，磁钢3超过设定时间没有获得信号，系统待机。

进一步的，在上述方案中，所述轨道包括T型轨和槽形轨，所述电涡流传感器2朝向并垂直于轮饼内端面安装，所述电涡流传感器2垂直于地面向上安装，所述2D激光位移传感器1和电涡流传感器2固定设置于同一支架上，相对空间位置固定且已知。

进一步的，在上述方案中，所述2D激光位移传感器1的激光发射平面A与垂直于轨道的平面B的夹角为α，所述2D激光位移传感器1的激光中心线与平行于轨道的垂直平面C的夹角为β。

通过磁钢3获得启动信号，使轮饼测量系统进入待机状态，磁钢3超过设定时间没有获得信号，系统待机，实现自动在线测量，2D激光位移传感器1和电涡流传感器2测量轮饼踏面曲线、滚动圆直径、滚动圆跳动，电涡流传感器2测量内侧距，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2D激光位移传感器1安装于轨道外侧，将电涡流传感器2安装于轨道内侧且朝向并垂直于轮饼内端面设置，将电涡流传感器2安装于轨道内侧且垂直于地面向上设置，另外，将磁钢3安装于轨道内侧；

步骤二：建立坐标系

坐标系1：在平面A内，为2D激光位移传感器1的原始坐标系，2D激光位移传感器1的发射窗口平面与平面A的交线为x轴，2D激光位移传感器1的激光发射方向为y轴；

坐标系2：在平面A内，与轨道平行的水平面称为平面D，平面A与平面D的交线为x轴，与x轴垂直的为y轴；

坐标系3：在平面C内，平行于轨道的为x轴，垂直于轨道的为y轴；

步骤三：轮饼踏面曲线的获取

a、当轮饼滚动经过磁钢3，系统进入待机状态，当轮饼滚动接近2D激光位移传感器1和电涡流传感器2时，2D激光位移传感器1和电涡流传感器2开始测量并得到不同时刻的多组数据；

b、将步骤1获得的数据，经过坐标转换，得到坐标系2中的数据；

c、在坐标系2中对不同时刻的每组散点数据进行曲线拟合，得到不同时刻的多条轮饼踏面曲线；

d、对不同时刻的每条轮饼踏面曲线，按铁道行业标准，计算轮缘高度，并选取轮缘高度最小的三条曲线，将上述三条曲线作平均处理，得到最终的轮饼踏面曲线；

步骤四：轮饼踏面曲线特征值的获取

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、轮辋宽度数据；

步骤五：轮饼滚动圆直径的获取

a)、在每条轮饼踏面曲线上找到踏面基点P_0、P_1、……..P_i，并通过坐标转换，得到坐标系3中不同时刻踏面基点的高度坐标y_i，具体见图2；

b)、假定车辆运行速度为v，2D激光位移传感器(1)的采样时间间隔为t，则步骤1中不同时刻踏面基点的横向坐标为x_i+itv；

c)、各踏面基点在坐标系3中应该在同一个圆上，因此，输入不同的车辆运行速度v，对踏面基点数据进行圆拟合，选取拟合误差最小的拟合圆作为踏面基点所在圆，从而得到滚动圆直径D及其中心坐标，以及对应的车辆速度v；

步骤六：滚动圆跳动值的获取

a)、依据步骤五中得到的车辆速度v，可得到不同时刻踏面基点的坐标；

b)、依据步骤五中得到的滚动圆中心坐标及步骤三中不同时刻的踏面基点坐标，计算不同时刻的踏面基点到滚动圆中心的距离；

c)、依据得到的不同时刻的踏面基点到滚动圆中心的距离，减去滚动圆半径，即可得到滚动圆的径向跳动值；

步骤七：内侧距及等效锥度的获取

经过对两侧轨道电涡流传感器(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；

步骤八：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，通过输入阈值，实现超差报警；

功能3、通过输入轮缘高度、轮缘厚度、滚动圆直径、内侧距、等效锥度的阈值，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 (1)

1.一种轨道车辆轮饼参数在线测量装置及方法，其特征在于：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2D激光位移传感器(1)安装于轨道外侧，将电涡流传感器(2)安装于轨道内侧且朝向并垂直于轮饼内端面设置，另外，将磁钢(3)安装于轨道内侧；

所述2D激光位移传感器(1)和电涡流传感器(2)用于测量轮饼踏面曲线、滚动圆直径、滚动圆跳动；

所述电涡流传感器(2)用于测量内侧距；

所述磁钢(3)用于获得启动信号，使轮饼测量系统进入待机状态，磁钢(3)超过设定时间没有获得信号，系统待机；

所述轨道包括T型轨和槽形轨，所述电涡流传感器(2)朝向并垂直于轮饼内端面安装，所述电涡流传感器(2)垂直于地面向上安装，所述2D激光位移传感器(1)、电涡流传感器(2)固定设置于同一支架上，相对空间位置固定且已知；

所述2D激光位移传感器(1)的激光发射平面A与垂直于轨道的平面B的夹角为α，所述2D激光位移传感器(1)的激光中心线与平行于轨道的垂直平面C的夹角为β；

步骤二：建立坐标系

坐标系1：在平面A内，为2D激光位移传感器(1)的原始坐标系，2D激光位移传感器(1)的发射窗口平面与平面A的交线为x轴，2D激光位移传感器(1)的激光发射方向为y轴；

坐标系2：在平面A内，与轨道平行的水平面称为平面D，平面A与平面D的交线为x轴，与x轴垂直的为y轴；

坐标系3：在平面C内，平行于轨道的为x轴，垂直于轨道的为y轴；

步骤三：轮饼踏面曲线的获取

a)、当轮饼滚动经过磁钢(3)，系统进入待机状态，当轮饼滚动接近2D激光位移传感器(1)和电涡流传感器(2)时，2D激光位移传感器(1)和电涡流传感器(2)开始测量并得到不同时刻的多组数据；

b)、将步骤1获得的数据，经过坐标转换，得到坐标系2中的数据；

c)、在坐标系2中对不同时刻的每组散点数据进行曲线拟合，得到不同时刻的多条轮饼踏面曲线；

d)、对不同时刻的每条轮饼踏面曲线，按铁道行业标准，计算轮缘高度，并选取轮缘高度最小的三条曲线，将上述三条曲线作平均处理，得到最终的轮饼踏面曲线；

步骤四：轮饼踏面曲线特征值的获取

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、轮辋宽度数据；

步骤五：轮饼滚动圆直径的获取

a)、在每条轮饼踏面曲线上找到踏面基点P_0、P_1、……..P_i，并通过坐标转换，得到坐标系3中不同时刻踏面基点的高度坐标y_i；

b)、假定车辆运行速度为v，2D激光位移传感器(1)的采样时间间隔为t，则步骤1中不同时刻踏面基点的横向坐标为x_i+itv；

c)、各踏面基点在坐标系3中应该在同一个圆上，因此，输入不同的车辆运行速度v，对踏面基点数据进行圆拟合，选取拟合误差最小的拟合圆作为踏面基点所在圆，从而得到滚动圆直径D及其中心坐标，以及对应的车辆速度v；

步骤六：滚动圆跳动值的获取

a)、依据步骤五中得到的车辆速度v，可得到不同时刻踏面基点的坐标；

b)、依据步骤五中得到的滚动圆中心坐标及步骤三中不同时刻的踏面基点坐标，计算不同时刻的踏面基点到滚动圆中心的距离；

c)、依据得到的不同时刻的踏面基点到滚动圆中心的距离，减去滚动圆半径，即可得到滚动圆的径向跳动值；

步骤七：内侧距及等效锥度的获取

经过对两轨道内侧电涡流传感器(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；

步骤八：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，通过输入阈值，实现超差报警；

功能3、通过输入轮缘高度、轮缘厚度、滚动圆直径、内侧距、等效锥度的阈值，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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