专利名称：车轮踏面擦伤及不圆度在线动态检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及到一种机车车辆车轮状态自动化检测装置，尤其涉及一种铁路机车车辆车轮踏面擦伤及车轮不圆度的自动化在线动态检测装置。
背景技术：
轮对是机车车辆走行部的主要部件，其技术状态好坏直接涉及车辆的运行品质，影响列车运行安全。目前，由于诸多原因，造成车辆车轮踏面擦伤、剥离等故障较多，使车轮不圆，擦伤处不是圆弧面而是平面或近似平面，形成“平轮”，则影响列车运行安全。而由于不均匀的磨损，将使车轮不圆即同一圆周各处的半径不一致，车辆运行不平稳，影响车辆的运行品质。因此，需要对机车车辆的擦伤及不圆度进行检测，以便于车辆的维护。现有的关于机车车辆轮对踏面擦伤的在线动态检测，国内外采用的主要技术有1)电信号检测法当列车高速行驶时，车轮行驶至擦伤位置时将脱离轨面，并有一段腾空时间；腾空时间的长短与擦伤的大小有关；通过电信号来测量车轮腾空时间，再经简单换算后可得出车轮擦伤的程度。但其无法测量低速下无腾空状态的车轮擦伤；安装困难，必须设置数根绝缘短轨，且安装时会严重影响行车秩序；短绝缘轨的寿命远低于无缝钢轨，对线路安全很不利，这在工务规则上是不允许的。2)声音检测法通过判断擦伤与钢轨的碰撞声音大致判断平轮的大小和位置。此种方式安装简单，可作为辅助测量方案。其缺点是无法克服邻轮干扰，只能判断出平轮所在的轮对，测试精度不高。3)加速度检测法根据振动学原理，采用加速度传感器和轮重传感器等来检测平轮对钢轨的冲击所产生的振动信息，进而以谱分析的方法进行识别、预报。但受环境影响较大，需要考虑不同车速、车重、车体状况、枕木道床钢性以及产生的冲击相对于传感器的位置等因素，而且需要定期对传感器进行标定，数据处理较困难。4)接触测量法由两套或两套以上的平行四边形机构和相对的位移传感器组成的测量单元及信号处理单元组成。它以轮缘外沿为基准，通过测量车轮踏面相对于轮缘顶点的高度变化来测量车轮的踏面擦伤。在列车低速运行条件下测量结果较准确，数据处理容易。其问题是当列车车轮钢与平行四边形机构的平板接触时，由于平行四边形机构无阻尼，车轮给该机构带来较大的冲击与振动，造成平板瞬时脱离轮缘，失去测量基准，造成漏检或误测，影响测量的准确性。且采用直接测量垂直位移的方式导致测量位移较大，约为15mm，同时要求传感器的抗震性能较好，而配备大位移量且抗震性能好的高精度位移传感器，价格昂贵、成本高。
以上测量方式还存在共同的问题当车轮行走时，由于轮缘与钢轨侧面之间有间隙，车轮在轨道上存在着横向位移量，也即车轮会产生横向摆动；而车轮踏面横向具有一定倾斜度，如图4所示，即轮对踏面曲线由几段圆弧组成。因此，当车轮产生横向摆动，压装于同一车轴上的左右两个车轮就会以不同的滚动直径与轨面接触和滚动，导致车轮踏面在钢轨上的滚动圆周半径发生变化。即使在没有擦伤，车轮也是标准圆形的情况下，车轮踏面也存在相对于轮缘顶点的高度变化，显然仅测量车辆轮对的垂向位移作为不圆度及擦伤的测定结果，必然产生较大的测量误差。此外现有测量装置的机械强度不够，也会带来测量误差。
发明内容
本实用新型的目的就是提供一种机车车辆车轮踏面擦伤及不圆度在线动态检测装置，该装置消除了车轮横向摆动对轮对擦伤检测的影响，检测精度高；且机械强度高，稳定性和可靠性好，制作成本低，使用寿命长。
本实用新型解决其技术问题，所采用的技术方案为一种机车车辆轮对踏面擦伤及不圆度在线动态检测装置，包括两套或两套以上的平行四边形机构及该机构上的位移传感器，平行四边形机构由安装在轨道内侧与轨道近邻的钢板固定于轨底上的支座，以及两端分别与钢板和支座铰接的摆杆组成，钢板或摆杆与支座之间连有弹簧，其结构特点是平行四边形机构的钢板中部还设有中间摆杆，中间摆杆一端铰接在钢板的中部，另一端铰接于中间支座上，该中间支座固定于轨底上；钢板的下部安装有竖直的面向轨道后方的位移传感器反射板，位移传感器反射板后方的轨道内侧安装有位移传感器；钢板的内侧道床上安装有横向位移传感器；钢板的前方轨道内侧上安装有接近传感器，钢板的后方轨道内侧安装有离去传感器；位移传感器、横向位移传感器、接近传感器及离去传感器均与数据处理及控制设备相连。
本实用新型的工作原理和过程是当接近传感器检测到有车轮通过时，发出信号给数据处理及控制设备，该设备使位移传感器和横向位移传感器开始工作。当车轮轮缘在平行四边形机构的钢板碾过时，钢板受压而产生向下及纵向的位移，钢板上的位移传感器反射板也产生向下的竖向及水平的纵向位移，位移传感器反射板后方的位移传感器感应出位移传感器反射板纵向位移及其变化，并将此数据传给数据处理及控制设备。如果车轮不存在横向位移，踏面滚动圆不存在擦伤并且磨损均匀，在整个踏面周长范围内，车轮踏面滚动圆不同点与轮缘顶点之间的相对高度相同，因此轮缘在钢板上移动时，位移传感器记录的位移不会变化；如踏面滚动圆有擦伤或者磨损不均匀，踏面滚动圆各处到轮缘顶点的相对高度发生变化，引起平行四边形机构中的钢板的竖向及纵向位移发生相应变化，并由位移传感器记录再传给数据处理及控制设备处理。由于平行四边形机构钢板的向下竖向位移与水平纵向位移之间存在特定的函数关系，数据处理及控制设备可以根据钢板的纵向位移计算得出其竖向位移。
同时，安装在钢板内侧道床上的横向位移传感器采集轮缘在钢板上的横向位移量，将此数据也同时传给数据处理及控制设备。数据处理及控制设备根据踏面和轮缘顶点之间的垂直高度变化，并结合车轮踏面的横向位移量进行修正补偿以消除踏面本身的横向摆动带来的误差，即可精确计算出车轮踏面滚动圆在每一点相对于轮缘顶点的高度变化，即可准确测定出车轮的擦伤和不圆度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是一、利用安装的横向位移传感器感应运行中车轮踏面在钢轨即轨道上的横向位移，消除了轮对横向摆动对擦伤及不圆度检测的影响，大大提高了检测精度。
二、平行四边形机构中增加中间摆杆，形成三摆杆平行四边形机构，可以使本装置的钢板受力均匀，增加机构强度，不易变形，进一步减小了测量的误差，也延长了装置的使用寿命。
三、利用钢板上安装的位移传感器反射板，通过测量位移反射板传感器的水平纵向位移计算出钢板的竖向位移。由于钢板的纵向位移的变化范围小于其竖向位移的变化范围，缩小了一半甚至更多；而小量程、抗震性好的高精度位移传感器的价格远低于大量程、抗震性好的高精度位移传感器，本实用新型可使用更高精度的小量程传感器，既能保证最终测量结果的精度不受影响，而又大幅度降低整个装置的加工制作成本。
上述钢板的下部安装有阻尼机构，该机构通过铰接方式连接在钢板和轨道上的阻尼支座之间。
阻尼机构可降低车轮对钢板和摆杆的冲击，避免钢板瞬时脱离轮缘造成的漏检和误检，进一步确保了检测的准确性。
两旁道床区外、车厢厢体的高度范围内安装有与数据处理及控制设备相连的判向及计轴计辆传感器。
判向及计轴计辆传感器用于判定列车的驶来的方向，实现轮对数据的准确定位，即方便数据处理及控制设备对应地确定每一个车轮的数据。
上述的位移传感器、接近传感器及离去传感器均通过卡座安装在轨道内侧，横向位移传感器通过支座安装在道床上，其感应部分的高度不低于列车运行中轮缘的最低点。通过卡座方式安装传感器，不破坏轨道的结构，且安装方便。
上述的中间摆杆与中间支座之间连有弹簧。
以下结合附图和具体的实施方式对本实用新型作进一步的说明。
图1是本实用新型实施例的俯视结构示意图。
图2是图1的A向结构示意图(去掉判向及计轴计辆传感器)。
图3是位移传感器安装于轨道上的侧视结构示意图。
图4是置于轨道上的车辆轮对的结构示意图。
图5是本实用新型实施例平行四边形机构采用交叉结构的结构示意图。
具体实施方式
图1-3示出，本实用新型的一种具体实施方式
为一种机车车辆轮对踏面擦伤及不圆度在线动态检测装置，包括两套或两套以上的平行四边形机构及该机构上的位移传感器5，平行四边形机构由安装在轨道10内侧与轨道10近邻的钢板1，固定于轨底上的支座3，以及两端分别与钢板1和支座3铰接的摆杆2组成，钢板1或摆杆2与支座3之间连有弹簧15。平行四边形机构的钢板1中部还设有中间摆杆2A，中间摆杆2A一端铰接在钢板1的中部，另一端铰接于中间支座3A上，该中间支座3A固定于轨底上；钢板1的下部安装有竖直的面向轨道10后方的位移传感器反射板4，位移传感器反射板4后方的轨道10内侧安装有位移传感器5。
钢板1的内侧道床上安装有横向位移传感器8；钢板1的前方轨道10内侧上安装有接近传感器11，钢板1的后方轨道10内侧安装有离去传感器12；位移传感器5、横向位移传感器8、接近传感器11及离去传感器12均与数据处理及控制设备相连。
钢板1的下部安装有阻尼机构7，该机构7通过铰接方式连接在钢板1和轨道上的阻尼支座3B之间。该阻尼支座3B通常通过其下部的卡座卡紧固定在轨道10的轨底上。轨道10两旁道床区外、车厢厢体的高度范围内安装有与数据处理及控制设备相连的判向及计轴计辆传感器14。位移传感器5、接近传感器11及离去传感器12均通过卡座13安装在轨道10内侧，横向位移传感器8通过支座安装在道床上，其感应部分的高度不低于列车运行中轮缘的最低点。中间摆杆2A与中间支座之间连有弹簧15。
本实用新型在具体实施时平行四边形机构一般为两套、三套或者四套，其套数及每套机构中钢板的长度由相应需要检测的各种特定机车车辆的车轮轮缘周长及轮对的间距分析确定。如采用四套平行四边形机构，则可用一套装置实现对现有的各种机车车辆轮对进行检测。
本实用新型还可以通过在平行四边形机构中安装旋转编码器，而用测量平行四边形机构中钢板与摆杆之间夹角的变化来确定踏面相对于轮缘顶点的距离变化。阻尼机构可采用现有的各种阻尼机构，如弹簧、气压、液压阻尼机构。位移传感器及接近、离去传感器可采用各种现有的位移传感器，如电涡流式位移传感器。判向及计轴计辆传感器，通常以光电传感器居多。
图5示出，本实用新型的平行四边形机构还可采用叉型机构代替。
本装置在实际实施时，还可通过采用标定装置在平行四边形机构上滚动，得到系统的固有参数，再采用相应的算法，将其补偿到实际的轮对测量中，以消除了机械结构自身加工误差以及钢轨不平顺和人工安装误差。
权利要求1.一种车轮踏面擦伤及不圆度在线动态检测装置，包括两套或两套以上的平行四边形机构及该机构上的位移传感器(5)，平行四边形机构由安装在轨道(10)内侧与轨道(10)近邻的钢板(1)，固定于轨底上的支座(3)，以及两端分别与钢板(1)和支座(3)铰接的摆杆(2)组成，钢板(1)或摆杆(2)与支座(3)之间连有弹簧(15)，其特征在于所述平行四边形机构的钢板(1)中部还设有中间摆杆(2A)，中间摆杆(2A)一端铰接在钢板(1)的中部，另一端铰接于中间支座(3A)上，该中间支座(3A)固定于轨底上；钢板(1)的下部安装有竖直的面向轨道(10)后方的位移传感器反射板(4)，位移传感器反射板(4)后方的轨道(10)内侧安装有位移传感器(5)；钢板(1)的内侧道床上安装有横向位移传感器(8)；钢板(1)的前方轨道(10)内侧上安装有接近传感器(11)，钢板(1)的后方轨道(10)内侧安装有离去传感器(12)；位移传感器(5)、横向位移传感器(8)、接近传感器(11)及离去传感器(12)均与数据处理及控制设备相连。
2.根据权利要求1所述的车轮踏面擦伤及不圆度在线动态检测装置，其特征在于所述的钢板(1)的下部安装有阻尼机构(7)，该机构(7)通过铰接方式连接在钢板(1)和轨道(10)上的阻尼支座(3B)之间。
3.根据权利要求1所述的车轮踏面擦伤及不圆度在线动态检测装置，其特征在于所述的轨道(10)两旁道床区外、车厢厢体的高度范围内安装有与数据处理及控制设备相连的判向及计轴计辆传感器(14)。
4.根据权利要求1所述的车轮踏面擦伤及不圆度在线动态检测装置，其特征是所述的位移传感器(5)、接近传感器(11)及离去传感器(12)均通过卡座(13)安装在轨道(10)内侧，横向位移传感器(8)通过支座安装在道床上，其感应部分的高度不低于列车运行中轮缘的最低点。
5.根据权利要求1所述的车轮踏面擦伤及不圆度在线动态检测装置，其特征是所述的中间摆杆(2A)与中间支座之间连有弹簧(15)。
专利摘要本实用新型公开了一种机车车辆轮对踏面擦伤及不圆度在线动态检测装置，其平行四边形机构的钢板中部还设有中间摆杆，中间摆杆一端铰接在钢板的中部，另一端铰接于中间支座上，该中间支座固定于轨底上；钢板的下部安装有竖直的面向轨道后方的位移传感器反射板，位移传感器反射板后方的轨道内侧安装有位移传感器；钢板的内侧道床上安装有横向位移传感器；位移传感器、横向位移传感器、接近传感器及离去传感器均与数据处理及控制设备相连。该装置消除车轮横向位移对轮对踏面擦伤及不圆度检测的影响，检测精度高；机械强度高，稳定性和可靠性好，使用寿命长；适用于各种机车车辆轮对，全天候自动在线动态检测。
文档编号G01B21/00GK2921779SQ200620034699
公开日2007年7月11日 申请日期2006年6月23日 优先权日2006年6月23日
发明者王黎, 王泽勇, 高晓蓉, 赵全轲, 张渝, 彭建平, 杨凯 申请人:西南交通大学