[發明專利]一種列車車輪幾何參數在線動態測量的裝置及方法

有效

• 申請號: 201810678252.8
• 申請日: 2018-06-27
• 公開（公告）號: CN108839673B
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 賀子銘;徐見;馬開富
• 申請（專利權）人: 馬鞍山市雷獅軌道交通裝備有限公司
• 主分類號: B61K9/12
• 分類號: B61K9/12;G01B11/10
• 代理公司: 安徽知問律師事務所 34134
• 代理人: 平靜;胡鋒鋒

1.一種列車車輪幾何參數在線動態測量的方法，采用列車車輪幾何參數在線動態測量的裝置進行測量，該裝置包括沿列車行駛方向依次設置于軌道內側的測速傳感器(1)、啟動開關(2)、檢測機構(3)、激光位移傳感器I(4)和停止開關(6)，還包括設置于軌道內側的激光位移傳感器II(5)，所述的檢測機構(3)包括可隨車輪滾壓上下移動的活動板(3-2)及用于檢測活動板(3-2)運動情況的檢測單元；所述激光位移傳感器I(4)的探測光束垂直于車輪內輞面，且與軌道頂面存在傾斜夾角α；所述激光位移傳感器II(5)的探測光束垂直于車輪內輞面，并與軌道頂面存在傾斜夾角β；所述的檢測單元包括安裝于活動板(3-2)上的感應板(3-4)以及位于感應板(3-4)上方固定安裝的電渦流位移傳感器(3-3)，電渦流位移傳感器(3-3)的安裝方向與活動板(3-2)的運動方向平行，該電渦流位移傳感器(3-3)用于檢測感應板(3-4)沿活動板(3-2)移動方向的位移；

啟動開關(2)被觸發時，激光位移傳感器I(4)和激光位移傳感器II(5)及電渦流位移傳感器(3-3)同時開始采集數據，停止開關(6)被觸發時，數據采集結束，對采集到的數據進行處理，即得列車車輪幾何參數，數據處理的過程為：

步驟1、截取電渦流位移傳感器(3-3)所測數據中上升段的最大值a1至下降段的最大值an區間內的數據，組成數據組[a1，a2，……，an]，并確定a1和an兩個數據在總數據中的位置A1和An；

步驟2、找到與電渦流位移傳感器(3-3)所測數據組a1和an相對應時刻的激光位移傳感器所測輪廓線的條數B1和Bm，若計算結果不是整數，則B1和Bm取不小于計算結果的最小整數，計算方法為：

其中，K1是電渦流位移傳感器的采集頻率，其單位為KHz；K2是兩個激光位移傳感器的采集頻率，單位為KHz；

步驟3、找到激光位移傳感器I(4)所測輪廓線中B1至Bm條輪廓線上各輪緣頂點的距離值，組成坐標組[b1，b2，……，bm]；

步驟4、將數據組[a1，a2，……，an]中的各個數據與車輪輪緣壓在活動板(3-2)上的位置對應，求得車輪距離激光位移傳感器I(4)的距離ci，并構成數據組[c1,c2,…,ci,…cn],計算公式為：

其中，L1為激光位移傳感器I(4)的感測頭沿平行于軌道頂面方向至活動板(3-2)前端的距離；A為活動板(3-2)的運動方向與豎直方向的夾角；

步驟5、找出激光位移傳感器所測輪廓線中與B1至Bm條輪廓線所對應的電渦流測量數據所在位置C1至Cm，若C1和Cm不是整數，則取不大計算結果的最大整數，計算公式為：

步驟6、在數據組[a1，a2，……，an]中找到C1至Cm所對應的電渦流位移傳感器(3-3)的測量值，構成數據組[d1，d2，……，dm]，在數據組[c1，c2，……，cn]中找到數據組[d1，d2，……，dm]所對應的車輪距離激光位移傳感器I(4)的距離，構成數據組[e1，e2，……，em]；

步驟7、計算車輪輪緣直徑，計算公式為：

其中，α為激光位移傳感器I(4)的探測光束與平行于軌道頂面之間的夾角，h1為激光位移傳感器I(4)的感測頭沿垂直于軌道頂面方向至活動板(3-2)上平面的距離；

步驟8、計算激光位移傳感器I(4)所測輪廓線中經過車輪法線或最接近車輪法線的輪廓線所在條數E，計算公式為：

式中：R為車輪輪緣頂點圓半徑，單位mm；V為列車行駛速度，單位mm/ms，K1和K2的單位為kHz；

步驟9、計算激光位移傳感器I(4)所測第E條輪廓線上各點距離值所對應的直徑值Dk，計算方法為：

D_k＝D-2(Z_k-Z)(k＝1,2,3,……)

式中：Z_k為激光位移傳感器I(4)所測第E條輪廓線上各點的距離值，單位mm；Z為激光位移傳感器I(4)所測第E條輪廓上輪緣頂點的距離值，單位mm；

步驟10、計算激光位移傳感器II(5)所測輪廓線中經過車輪法線或最接近車輪法線的輪廓線所在條數F，計算公式為：

式中：R為車輪輪緣頂點圓半徑，單位mm；V為列車行駛速度，單位mm/ms，L3為激光位移傳感器II(5)的感測頭沿平行于軌道頂面方向至活動板(3-2)前端的距離，單位：mm；β為激光位移傳感器II(5)的探測光束與平行于軌道頂面的夾角；h2為激光位移傳感器II(5)的感測頭沿垂直于軌道頂面方向至活動板(3-2)上平面的距離，單位：mm；

步驟11、算激光位移傳感器II(5)所測第F條輪廓上各點距離值所對應的直徑值Dp，計算方法為：

D_p＝D-2(Z_p-Z)(p＝1,2,3,……)

式中：D為車輪輪緣頂點圓直徑，單位mm；Z為激光位移傳感器II(5)所測第F條輪廓上輪緣頂點處的距離值，單位mm；Zp為激光位移傳感器II(5)所測第F條輪廓上其他各點處的距離值，單位mm；

步驟12、截取激光位移傳感器I(4)所測第E條輪廓線上車輪內輞面至輪緣頂點之間的直徑，并與激光位移傳感器I(4)自身X軸坐標結合，構成坐標組{(X_d，D_d)}；截取激光位移傳感器II(5)所測第F條輪廓線上輪緣頂點至車輪外輞面之間的直徑，并與激光位移傳感器II(5)自身的X軸坐標結合，構成坐標組{(X_e，D_e)}；再將截取的坐標組以輪緣頂點為特征點進行拼接，拼接時去除一個重復的輪緣頂點坐標，并將X坐標進行整合，以車輪內輞面為橫坐標零點向車輪外輞面為X軸，得到從車輪內輞面至外輞面不同位置的直徑坐標組{(X_f，D_f)}；

步驟13、在坐標組{(X_f，D_f)}中找到X_f＝d或離d最接近的橫坐標所對應的直徑，即得車輪踏面直徑D_T，其中d為車輪直徑測量基點與車輪內輞面之間的距離，車輪輪緣高為

步驟14、在坐標組{(X_f，D_f)}中找到與輪緣厚測量基點所對應的輪緣外側的橫坐標X_h，車輪內輞面所對應的橫坐標記為X₁，則輪緣厚為Sd＝X_h-X₁；在坐標組{(X_f，D_f)}中找到與輪緣綜合值測量基點所對應的輪緣外側的橫坐標X_q，則輪緣綜合值為Qr＝X_h-X_q。