專利名稱：車輪踏面擦傷及不圓度在線動態檢測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及到一種機車車輛車輪狀態自動化檢測裝置，尤其涉及一種鐵路機車車輛車輪踏面擦傷及車輪不圓度的自動化在線動態檢測裝置。
背景技術：
輪對是機車車輛走行部的主要部件，其技術狀態好壞直接涉及車輛的運行品質，影響列車運行安全。目前，由于諸多原因，造成車輛車輪踏面擦傷、剝離等故障較多，使車輪不圓，擦傷處不是圓弧面而是平面或近似平面，形成“平輪”，則影響列車運行安全。而由于不均勻的磨損，將使車輪不圓即同一圓周各處的半徑不一致，車輛運行不平穩，影響車輛的運行品質。因此，需要對機車車輛的擦傷及不圓度進行檢測，以便于車輛的維護。現有的關于機車車輛輪對踏面擦傷的在線動態檢測，國內外采用的主要技術有1)電信號檢測法當列車高速行駛時，車輪行駛至擦傷位置時將脫離軌面，并有一段騰空時間；騰空時間的長短與擦傷的大小有關；通過電信號來測量車輪騰空時間，再經簡單換算后可得出車輪擦傷的程度。但其無法測量低速下無騰空狀態的車輪擦傷；安裝困難，必須設置數根絕緣短軌，且安裝時會嚴重影響行車秩序；短絕緣軌的壽命遠低于無縫鋼軌，對線路安全很不利，這在工務規則上是不允許的。2)聲音檢測法通過判斷擦傷與鋼軌的碰撞聲音大致判斷平輪的大小和位置。此種方式安裝簡單，可作為輔助測量方案。其缺點是無法克服鄰輪干擾，只能判斷出平輪所在的輪對，測試精度不高。3)加速度檢測法根據振動學原理，采用加速度傳感器和輪重傳感器等來檢測平輪對鋼軌的沖擊所產生的振動信息，進而以譜分析的方法進行識別、預報。但受環境影響較大，需要考慮不同車速、車重、車體狀況、枕木道床鋼性以及產生的沖擊相對于傳感器的位置等因素，而且需要定期對傳感器進行標定，數據處理較困難。4)接觸測量法由兩套或兩套以上的平行四邊形機構和相對的位移傳感器組成的測量單元及信號處理單元組成。它以輪緣外沿為基準，通過測量車輪踏面相對于輪緣頂點的高度變化來測量車輪的踏面擦傷。在列車低速運行條件下測量結果較準確，數據處理容易。其問題是當列車車輪鋼與平行四邊形機構的平板接觸時，由于平行四邊形機構無阻尼，車輪給該機構帶來較大的沖擊與振動，造成平板瞬時脫離輪緣，失去測量基準，造成漏檢或誤測，影響測量的準確性。且采用直接測量垂直位移的方式導致測量位移較大，約為15mm，同時要求傳感器的抗震性能較好，而配備大位移量且抗震性能好的高精度位移傳感器，價格昂貴、成本高。
以上測量方式還存在共同的問題當車輪行走時，由于輪緣與鋼軌側面之間有間隙，車輪在軌道上存在著橫向位移量，也即車輪會產生橫向擺動；而車輪踏面橫向具有一定傾斜度，如圖4所示，即輪對踏面曲線由幾段圓弧組成。因此，當車輪產生橫向擺動，壓裝于同一車軸上的左右兩個車輪就會以不同的滾動直徑與軌面接觸和滾動，導致車輪踏面在鋼軌上的滾動圓周半徑發生變化。即使在沒有擦傷，車輪也是標準圓形的情況下，車輪踏面也存在相對于輪緣頂點的高度變化，顯然僅測量車輛輪對的垂向位移作為不圓度及擦傷的測定結果，必然產生較大的測量誤差。此外現有測量裝置的機械強度不夠，也會帶來測量誤差。
發明內容
本實用新型的目的就是提供一種機車車輛車輪踏面擦傷及不圓度在線動態檢測裝置，該裝置消除了車輪橫向擺動對輪對擦傷檢測的影響，檢測精度高；且機械強度高，穩定性和可靠性好，制作成本低，使用壽命長。
本實用新型解決其技術問題，所采用的技術方案為一種機車車輛輪對踏面擦傷及不圓度在線動態檢測裝置，包括兩套或兩套以上的平行四邊形機構及該機構上的位移傳感器，平行四邊形機構由安裝在軌道內側與軌道近鄰的鋼板固定于軌底上的支座，以及兩端分別與鋼板和支座鉸接的擺桿組成，鋼板或擺桿與支座之間連有彈簧，其結構特點是平行四邊形機構的鋼板中部還設有中間擺桿，中間擺桿一端鉸接在鋼板的中部，另一端鉸接于中間支座上，該中間支座固定于軌底上；鋼板的下部安裝有豎直的面向軌道后方的位移傳感器反射板，位移傳感器反射板后方的軌道內側安裝有位移傳感器；鋼板的內側道床上安裝有橫向位移傳感器；鋼板的前方軌道內側上安裝有接近傳感器，鋼板的后方軌道內側安裝有離去傳感器；位移傳感器、橫向位移傳感器、接近傳感器及離去傳感器均與數據處理及控制設備相連。
本實用新型的工作原理和過程是當接近傳感器檢測到有車輪通過時，發出信號給數據處理及控制設備，該設備使位移傳感器和橫向位移傳感器開始工作。當車輪輪緣在平行四邊形機構的鋼板碾過時，鋼板受壓而產生向下及縱向的位移，鋼板上的位移傳感器反射板也產生向下的豎向及水平的縱向位移，位移傳感器反射板后方的位移傳感器感應出位移傳感器反射板縱向位移及其變化，并將此數據傳給數據處理及控制設備。如果車輪不存在橫向位移，踏面滾動圓不存在擦傷并且磨損均勻，在整個踏面周長范圍內，車輪踏面滾動圓不同點與輪緣頂點之間的相對高度相同，因此輪緣在鋼板上移動時，位移傳感器記錄的位移不會變化；如踏面滾動圓有擦傷或者磨損不均勻，踏面滾動圓各處到輪緣頂點的相對高度發生變化，引起平行四邊形機構中的鋼板的豎向及縱向位移發生相應變化，并由位移傳感器記錄再傳給數據處理及控制設備處理。由于平行四邊形機構鋼板的向下豎向位移與水平縱向位移之間存在特定的函數關系，數據處理及控制設備可以根據鋼板的縱向位移計算得出其豎向位移。
同時，安裝在鋼板內側道床上的橫向位移傳感器采集輪緣在鋼板上的橫向位移量，將此數據也同時傳給數據處理及控制設備。數據處理及控制設備根據踏面和輪緣頂點之間的垂直高度變化，并結合車輪踏面的橫向位移量進行修正補償以消除踏面本身的橫向擺動帶來的誤差，即可精確計算出車輪踏面滾動圓在每一點相對于輪緣頂點的高度變化，即可準確測定出車輪的擦傷和不圓度。
與現有技術相比，本發明的有益效果是一、利用安裝的橫向位移傳感器感應運行中車輪踏面在鋼軌即軌道上的橫向位移，消除了輪對橫向擺動對擦傷及不圓度檢測的影響，大大提高了檢測精度。
二、平行四邊形機構中增加中間擺桿，形成三擺桿平行四邊形機構，可以使本裝置的鋼板受力均勻，增加機構強度，不易變形，進一步減小了測量的誤差，也延長了裝置的使用壽命。
三、利用鋼板上安裝的位移傳感器反射板，通過測量位移反射板傳感器的水平縱向位移計算出鋼板的豎向位移。由于鋼板的縱向位移的變化范圍小于其豎向位移的變化范圍，縮小了一半甚至更多；而小量程、抗震性好的高精度位移傳感器的價格遠低于大量程、抗震性好的高精度位移傳感器，本實用新型可使用更高精度的小量程傳感器，既能保證最終測量結果的精度不受影響，而又大幅度降低整個裝置的加工制作成本。
上述鋼板的下部安裝有阻尼機構，該機構通過鉸接方式連接在鋼板和軌道上的阻尼支座之間。
阻尼機構可降低車輪對鋼板和擺桿的沖擊，避免鋼板瞬時脫離輪緣造成的漏檢和誤檢，進一步確保了檢測的準確性。
兩旁道床區外、車廂廂體的高度范圍內安裝有與數據處理及控制設備相連的判向及計軸計輛傳感器。
判向及計軸計輛傳感器用于判定列車的駛來的方向，實現輪對數據的準確定位，即方便數據處理及控制設備對應地確定每一個車輪的數據。
上述的位移傳感器、接近傳感器及離去傳感器均通過卡座安裝在軌道內側，橫向位移傳感器通過支座安裝在道床上，其感應部分的高度不低于列車運行中輪緣的最低點。通過卡座方式安裝傳感器，不破壞軌道的結構，且安裝方便。
上述的中間擺桿與中間支座之間連有彈簧。
以下結合附圖和具體的實施方式對本實用新型作進一步的說明。
圖1是本實用新型實施例的俯視結構示意圖。
圖2是圖1的A向結構示意圖(去掉判向及計軸計輛傳感器)。
圖3是位移傳感器安裝于軌道上的側視結構示意圖。
圖4是置于軌道上的車輛輪對的結構示意圖。
圖5是本實用新型實施例平行四邊形機構采用交叉結構的結構示意圖。
具體實施方式
圖1-3示出，本實用新型的一種具體實施方式
為一種機車車輛輪對踏面擦傷及不圓度在線動態檢測裝置，包括兩套或兩套以上的平行四邊形機構及該機構上的位移傳感器5，平行四邊形機構由安裝在軌道10內側與軌道10近鄰的鋼板1，固定于軌底上的支座3，以及兩端分別與鋼板1和支座3鉸接的擺桿2組成，鋼板1或擺桿2與支座3之間連有彈簧15。平行四邊形機構的鋼板1中部還設有中間擺桿2A，中間擺桿2A一端鉸接在鋼板1的中部，另一端鉸接于中間支座3A上，該中間支座3A固定于軌底上；鋼板1的下部安裝有豎直的面向軌道10后方的位移傳感器反射板4，位移傳感器反射板4后方的軌道10內側安裝有位移傳感器5。
鋼板1的內側道床上安裝有橫向位移傳感器8；鋼板1的前方軌道10內側上安裝有接近傳感器11，鋼板1的后方軌道10內側安裝有離去傳感器12；位移傳感器5、橫向位移傳感器8、接近傳感器11及離去傳感器12均與數據處理及控制設備相連。
鋼板1的下部安裝有阻尼機構7，該機構7通過鉸接方式連接在鋼板1和軌道上的阻尼支座3B之間。該阻尼支座3B通常通過其下部的卡座卡緊固定在軌道10的軌底上。軌道10兩旁道床區外、車廂廂體的高度范圍內安裝有與數據處理及控制設備相連的判向及計軸計輛傳感器14。位移傳感器5、接近傳感器11及離去傳感器12均通過卡座13安裝在軌道10內側，橫向位移傳感器8通過支座安裝在道床上，其感應部分的高度不低于列車運行中輪緣的最低點。中間擺桿2A與中間支座之間連有彈簧15。
本實用新型在具體實施時平行四邊形機構一般為兩套、三套或者四套，其套數及每套機構中鋼板的長度由相應需要檢測的各種特定機車車輛的車輪輪緣周長及輪對的間距分析確定。如采用四套平行四邊形機構，則可用一套裝置實現對現有的各種機車車輛輪對進行檢測。
本實用新型還可以通過在平行四邊形機構中安裝旋轉編碼器，而用測量平行四邊形機構中鋼板與擺桿之間夾角的變化來確定踏面相對于輪緣頂點的距離變化。阻尼機構可采用現有的各種阻尼機構，如彈簧、氣壓、液壓阻尼機構。位移傳感器及接近、離去傳感器可采用各種現有的位移傳感器，如電渦流式位移傳感器。判向及計軸計輛傳感器，通常以光電傳感器居多。
圖5示出，本實用新型的平行四邊形機構還可采用叉型機構代替。
本裝置在實際實施時，還可通過采用標定裝置在平行四邊形機構上滾動，得到系統的固有參數，再采用相應的算法，將其補償到實際的輪對測量中，以消除了機械結構自身加工誤差以及鋼軌不平順和人工安裝誤差。
權利要求1.一種車輪踏面擦傷及不圓度在線動態檢測裝置，包括兩套或兩套以上的平行四邊形機構及該機構上的位移傳感器(5)，平行四邊形機構由安裝在軌道(10)內側與軌道(10)近鄰的鋼板(1)，固定于軌底上的支座(3)，以及兩端分別與鋼板(1)和支座(3)鉸接的擺桿(2)組成，鋼板(1)或擺桿(2)與支座(3)之間連有彈簧(15)，其特征在于所述平行四邊形機構的鋼板(1)中部還設有中間擺桿(2A)，中間擺桿(2A)一端鉸接在鋼板(1)的中部，另一端鉸接于中間支座(3A)上，該中間支座(3A)固定于軌底上；鋼板(1)的下部安裝有豎直的面向軌道(10)后方的位移傳感器反射板(4)，位移傳感器反射板(4)后方的軌道(10)內側安裝有位移傳感器(5)；鋼板(1)的內側道床上安裝有橫向位移傳感器(8)；鋼板(1)的前方軌道(10)內側上安裝有接近傳感器(11)，鋼板(1)的后方軌道(10)內側安裝有離去傳感器(12)；位移傳感器(5)、橫向位移傳感器(8)、接近傳感器(11)及離去傳感器(12)均與數據處理及控制設備相連。
2.根據權利要求1所述的車輪踏面擦傷及不圓度在線動態檢測裝置，其特征在于所述的鋼板(1)的下部安裝有阻尼機構(7)，該機構(7)通過鉸接方式連接在鋼板(1)和軌道(10)上的阻尼支座(3B)之間。
3.根據權利要求1所述的車輪踏面擦傷及不圓度在線動態檢測裝置，其特征在于所述的軌道(10)兩旁道床區外、車廂廂體的高度范圍內安裝有與數據處理及控制設備相連的判向及計軸計輛傳感器(14)。
4.根據權利要求1所述的車輪踏面擦傷及不圓度在線動態檢測裝置，其特征是所述的位移傳感器(5)、接近傳感器(11)及離去傳感器(12)均通過卡座(13)安裝在軌道(10)內側，橫向位移傳感器(8)通過支座安裝在道床上，其感應部分的高度不低于列車運行中輪緣的最低點。
5.根據權利要求1所述的車輪踏面擦傷及不圓度在線動態檢測裝置，其特征是所述的中間擺桿(2A)與中間支座之間連有彈簧(15)。
專利摘要本實用新型公開了一種機車車輛輪對踏面擦傷及不圓度在線動態檢測裝置，其平行四邊形機構的鋼板中部還設有中間擺桿，中間擺桿一端鉸接在鋼板的中部，另一端鉸接于中間支座上，該中間支座固定于軌底上；鋼板的下部安裝有豎直的面向軌道后方的位移傳感器反射板，位移傳感器反射板后方的軌道內側安裝有位移傳感器；鋼板的內側道床上安裝有橫向位移傳感器；位移傳感器、橫向位移傳感器、接近傳感器及離去傳感器均與數據處理及控制設備相連。該裝置消除車輪橫向位移對輪對踏面擦傷及不圓度檢測的影響，檢測精度高；機械強度高，穩定性和可靠性好，使用壽命長；適用于各種機車車輛輪對，全天候自動在線動態檢測。
文檔編號G01B21/00GK2921779SQ200620034699
公開日2007年7月11日 申請日期2006年6月23日 優先權日2006年6月23日
發明者王黎, 王澤勇, 高曉蓉, 趙全軻, 張渝, 彭建平, 楊凱 申請人:西南交通大學