专利名称：一种车轮轮缘厚度动态测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种列车车轮轮缘厚度测量装置，特别适用于对运动中的车轮的轮缘厚度进行在线测量。
背景技术：
车轮是关系到列车运行安全的关键运动部件，其几何尺寸的精度直接影响到轮轨的配合和列车的行车安全，车轮几何尺寸超差，特别是轮缘厚度超差时会影响轮轨配合关系，造成列车脱轨，引起重大列车事故，故在我国实行车轮定期检修制度。换而言之，车轮在铁路上运行一段时间后必须送到车辆段或车辆厂进行检修。现有的检测车轮轮缘厚度的方法和手段大部分采用简单的机械测量器具，如车轮第三、第四检查器。这些测量方法和手段的主要缺点是测量效率极低，测量精度低，测量结果受测量人员的影响大，不能满足我国铁路发展的要求。20世纪80年代，我国开展了车轮几何尺寸自动测量的研究，其主要测量原理是将车轮用托架支起来，并让其旋转，用多种接触式传感器测量各种几何尺寸，其中包括轮缘厚度[白福生，轮对自动检测机的研制及其应用，《机车车辆工艺》，1997年第6期]，这种测量方法的主要缺点是接触式测量，因为车轮表面不规则和粗糙，极容易造成接触式传感器的损坏，给实际应用带来较大的问题。同时，该方法只能用于车间车轮尺寸的自动测量，不能用于在列车运动过程中实现对车轮几何参数的在线测量。随着我国列车技术的发展，列车速度的不断提高，车轮各种磨耗，特别是轮缘磨耗大幅度加快，定期检修车轮各种几何尺寸的方式将不再满足我国铁路发展的需要。研制车轮几何参数动态测量方法、技术及设备，在列车行走过程中实现对车轮几何参数的在线测量，变被动修为状态修，可满足我国铁路快速发展的需要。在轮对几何参数自动测量中，轮缘厚度最难测量，而轮缘磨耗状态直接关系到轮轨配合和车辆的行车安全。国外对车轮几何参数动态测量的研究始于90年代，目前俄罗斯、日本、德国、法国、罗马尼亚、美国等已先后建立起不同类型的动态测量系统，可在列车低速(＜8Km/h)行使时对车轮关键几何参数进行动态测量，其中包括对轮缘厚度的测量，其测量误差为0.2mm，测量时列车的速度小于8Km/h。概括起来，目前国外动态测量车轮几何参数的方法有1)超声波测量为主，配以其它传感器；2)特殊光源与CCD摄像相结合；3)断轨加光学测量等[马林，车轮踏面外形几何参数的检测技术，《国外铁道车辆》，1998年第6期40～42]，[罗马尼亚，车轮外形磨耗自动检测系统，《国外铁道车辆》，1995年第4期53～57]，但这些测量方法的主要缺点在于测量机构复杂，测量轮缘时测量基准不易确定，有的测量装置需要改造现有钢轨，不宜在我国推广使用。国内目前尚无动态测量轮缘厚度的方法和技术。
发明内容本实用新型所要解决的是，提供一种测量精度高的车轮轮缘厚度测量装置，并能实现车轮在行进中对其轮缘厚度或厚度的变化进行动态测量。
车轮轮缘厚度动态测量装置由四连杆机构、轮缘厚度测量单元及信号处理单元构成。其特征在于所述的四连杆机构与钢轨固定在一起，形成一平行四边形机构；所述的轮缘厚度测量单元由传感器构成，此传感器固定在四连杆机构的上平板上。信号处理单元主要采集传感器的数据，并对数据进行处理，得到车轮轮缘厚度或厚度的变化量。
本实用新型的有益效果是其一，采用四连杆机构，并将轮缘厚度测量单元中的传感器固定在平行四边形的上平板上，传感器测量点到轮缘顶点的距离为一标准值，与实际测量轮缘厚度的基准完全相同，同时测量点不会因为车轮踏面形貌的变化而变化，避免了使用摄像等方法寻求测量基准带来的测量误差，大大提高了轮缘厚度的测量精度；其二，由于平板、支杆等与钢轨一起形成了平行四边形机构，使得车轮轮缘厚度动态测量装置与钢轨形成一个整体，与列车的振动大小无关，因而与列车的速度、重量、钢轨的质量等许多因素无关，克服已有方法中测量结果受这些参数影响的缺点，极大地提高了测量的准确性。
图1车轮轮缘厚度动态测量装置主视图图2使用光纤位移传感器的车轮轮缘厚度动态测量装置侧视图图3使用激光位移传感器的车轮轮缘厚度动态测量装置局部视图图4使用超声厚度测量传感器的车轮轮缘厚度动态测量装置侧视图图中1为四连杆机构、2为轮缘厚度测量单元、3为信号处理单元、4为钢轨、5为上平板、6为支杆、7为弹簧、8，9为支座、10为压板，11为车轮、12为位移传感器，13为激光位移传感器，14为超声厚度传感器、15为反射镜、16为反射镜座。
(五)
具体实施方式
对照附图对本实用新型作进一步说明车轮轮缘厚度动态测量装置(图1)由四连杆机构1、轮缘厚度测量单元2及信号处理单元3构成。
所述的四连杆机构由上平板5、支杆6、钢轨4、弹簧7、支座8组成；上平板5的两端分别与两支杆6的一端铰接，支杆6的另一端分别与固定在钢轨4上的支座8铰接，钢轨4成为平行四边形机构的一条边；弹簧7的一端与某一支杆6或平板5相连，弹簧7的另一端与固定在钢轨上的支座9相连，给整个平行四边形机构向上的力，使得上平板在列车运动时始终与车轮11的轮缘顶部接触，压板10固定在支座8上，限定四连杆机构的上移位置。
所述的轮缘厚度测量单元的传感器12(图2)，采用两个光纤位移传感器，此光纤位移传感器固定在四连杆机构上平板5的上平面上，光纤位移传感器测量点离平板的上平面的距离为16mm。从两个光纤位移传感器发射的光分别达到离轮缘顶点16mm处的轮缘两侧，从该处散射回来的光再次达到光纤位移传感器，由此分别得到每个光纤位移传感器到轮缘一侧16mm处的距离，由此得到轮缘的厚度或厚度的变化；所述的轮缘厚度测量单元的传感器，还可以采用两个激光位移传感器13(图3)，此激光位移传感器13的一个固定在四连杆机构上板5的上平面上，激光位移传感器13测量点离平板的上平面的距离为16mm，另一个激光位移传感器固定在平板的下平面上，发出的光穿过上平板5的孔，并经反射镜15将激光测量打到轮缘的测量点上，反射镜15与反射镜座16固定在一起，并通过螺纹或其他连接方式与上平板5固定在一起。根据光纤位移传感器类似的测量原理，此两个激光位移传感器可测量车轮通过上平板5时轮缘的厚度或厚度的变化；所述的轮缘厚度测量单元的传感器，还可采用超声厚度传感器14。测量时超声厚度传感器14发射的超声波通过水柱或其他液体耦合到轮缘上，直接测量出16mm处轮缘的厚度。
本实用新型的测量原理简述如下当运动的车轮11的轮缘压在平行四边形机构1的上平板5上，使得上平板5平动，在车轮运动时，该车轮11的轮缘始终与此平板5接触，轮缘厚度测量单元中的光纤位移传感器或激光位移传感器或超声波厚度传感器，可以测量出轮缘顶点以上16mm处的轮缘厚度的变化量，通过比较测量或事先标定，可以得到轮缘的厚度尺寸或其变化量。
本实用新型提出的上述测量方案中，平行四边形机构上平板的测量面与钢轨顶面的平行性通过人工调整来保证。
本装置测量车轮轮缘厚度变化的灵敏度为0.05mm，测量误差小于0.2mm。能测量所有现行不同类型车轮的轮缘厚度，测量装置适应速度范围为0-30 km·h-1，可适用于在线路上实现对列车低速运行条件下，对所有车轮的轮缘厚度进行在线测量；也可适用于在车间，对单个车轮的轮缘厚度进行动态测量。
本实用新型还可以采用其它形式的平行四边形机构(如具有圆型导槽的平行四边形机构)代替以上的平行四边形机构，可以得到相同的效果，但结构较为复杂；平行四边形机构可采用其它施力机构(如液压)代替弹簧，或采用其他形式的限制四连杆机构的上移位置，并不改变测量的性质，可得到类似的结果；平行四边形机构的支杆与平板以及支杆与支座的铰接方式可用其它形式的铰接方式(如轴与孔之间的动配合)代替轴承铰接方式，可起到相同的效果；在四连杆机构中可采用拉杆代替压板来限制四连杆机构位置，可取到同样的效果。
权利要求1.一种车轮轮缘厚度动态测量装置，该装置包括四连杆机构(1)、轮缘厚度测量单元(2)及信号处理单元(3)，其特征在于所述的四连杆机构(1)与钢轨(4)固定在一起，形成一平行四边形机构；所述的轮缘厚度测量单元(2)由传感器(12)构成，此传感器固定在四连杆机构的上平板(5)上。
2.根据权利要求1所述的车轮轮缘厚度动态测量装置，其特征在于所述的轮缘厚度测量单元(2)的传感器(12)采用两个光纤位移传感器，此光纤位移传感器固定在四连杆机构的上平板(5)上，光纤位移传感器测量点离上平板(5)的上平面的距离为16mm。
3.根据权利要求1所述的车轮轮缘厚度动态测量装置，其特征在于所述的轮缘厚度测量单元(2)的传感器(12)，还可以采用两个激光位移传感器(13)，此激光位移传感器(13)固定在四连杆机构的上平板(5)上，激光位移传感器(13)测量点离平板的上平面的距离为16mm。
4.根据权利要求1所述的车轮轮缘厚度动态测量装置，其特征在于所述的轮缘厚度测量单元(2)的传感器(12)，还可采用超声厚度传感器(14)，超声厚度传感器(14)发射的超声波通过水柱或其他液体耦合到轮缘上，直接测量出16mm处轮缘的厚度。
专利摘要一种车轮轮缘厚度动态测量装置,适用于对运动中的车轮的轮缘厚度进行在线测量。该装置由四连杆机构(1)、轮缘厚度测量单元(2)及信号处理单元(3)构成。所述的四连杆机构(1)与钢轨(4)固定在一起,形成一平行四边形机构;所述的轮缘厚度测量单元(2)由传感器构成,此传感器固定在四连杆机构的上平板(5)上。信号处理单元主要采集传感器的数据,并对数据进行处理,得到车轮轮缘厚度或厚度的变化量。该装置的测量与列车的速度、重量、钢轨的质量等许多因素无关,极大地提高了测量的准确性,并变被动修为状态修。
文档编号G01B11/02GK2510369SQ0127114
公开日2002年9月11日 申请日期2001年11月21日 优先权日2001年11月21日
发明者冯其波 申请人:北方交通大学