车轮圆周表面粗糙度及非圆化磨损便携式激光测量装置

摘要

一种车轮圆周表面粗糙度及非圆化磨损便携式激光测量装置，其组成是：激光位移传感器(1)的激光头(11)固定在激光头支撑座(12)上；激光位移传感器(1)的串口、USB接口分别与计算机(5)的串口和USB接口相连；小轮机构(2)的小轮(21)轴连接有增量光电编码器(22)，该增量光电编码器(22)的信号输出端与激光位移传感器(1)的控制信号输入端相连。该试验装置能方便地在现场测量各种车轮圆周的表面粗糙度及非圆化磨损情况；且该装置便于携带、自动化程度高、操作简单方便、控制与测试的精度高、试验数据的重现性好。

权利要求

1.一种车轮圆周表面粗糙度及非圆化磨损便携式激光测量装置，其组成是：

激光位移传感器(1)的激光头(11)通过连接杆(13)固定在激光头支撑座(12)上；

激光位移传感器(1)的串口、USB接口分别与计算机(5)的串口和USB接口相连；小轮机构(2)的小轮(21)轴连接有增量光电编码器(22)，该增量光电编码器(22)的信号输出端与激光位移传感器(1)的控制信号输入端相连；

所述的小轮机构(2)的具体构成为：小轮(21)通过轴承(23)固定在U形支撑块(24)上、U形支撑块(24)下部通过连杆(25)与支撑座(26)铰接；连杆(25)的中部连有张紧弹簧(27)，张紧弹簧(27)的另一端与支撑座(26)连接；

所述的激光头支撑座(12)和支撑座(26)均为磁铁座。

2.根据权利要求1所述的一种车轮圆周表面粗糙度及非圆化磨损便携式激光测量装置，其特征在于：所述的小轮(21)的圆周面上设有内陷的凹槽，在凹槽中镶嵌有橡胶圈。

说明书

车轮圆周表面粗糙度及非圆化磨损便携式激光测量装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种铁路车轮的检测装置。

背景技术

[0002] 车轮作为铁路机车和车辆的重要行走部件，需要安全可靠地承担载荷和在钢轨上快速行驶。随着高速、重载铁路及城市轨道交通的快速发展，对车轮可靠性的要求越来越高：

[0003] 车轮踏面的圆周非圆化磨损现象将引起车辆轨道系统一系列动力响应的变化，对行车稳定性和安全性、舒适性以及车辆轨道系统各个部件使用寿命有很大影响：一、车轮踏面短波长的波浪形非圆化磨损将引起轮轨高频冲击载荷，长波长的非圆化化磨损将引起低频轮轨接触力的增大，导致轮轨和车辆簧下结构损伤。二、车轮圆周的非圆化还将引起车辆纵横向发生周期性运动，加剧轮轨之间的磨损；如直线轨道钢轨出现长波长侧磨、车轮出现凹坑形侧磨，不仅影响轮轨服役时间，严重的情况可能引发脱轨。三、车轮非圆化磨损导致的冲击及其噪声将影响乘客的舒适度。

[0004] 车轮表面粗糙度对轮轨的运行具有重要的影响：由于列车的牵引、制动和运行都要靠轮轨之间的滚动摩擦接触作用得以实现，因此轮轨之间的作用品质直接影响到列车的运行品质和安全以及铁路运输的成本。增加粗糙度能提高轮轨的粘着系数，保证运行安全，但同时也会对轮轨的损伤产生非常大的影响作用。

[0005] 因此，为了确保列车的高效安全运行，必须及时测量车轮磨损后的表面粗糙度及非圆化以确定车轮圆周的表面磨损状态。而目前我国铁路各种机车车辆上约有500万个车轮处于运营之中，为满足营运的要求，需要在现场中对车轮进行不拆卸的直接测量，且测量设备必须是便携式，能在现场中方便地移动、安装和拆卸，并且测量精度和效率要高。

发明内容

[0006] 本发明的目的是提供一种车轮圆周表面粗糙度及非圆化磨损便携式激光测量装置，该试验装置能方便地在现场测量各种车轮圆周的表面粗糙度及非圆化磨损情况；且该装置便于携带、自动化程度高、操作简单方便、控制与测试的精度高、试验数据的重现性好。

[0007] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种车轮圆周表面粗糙度及非圆化磨损便携式激光测量装置，其组成是：激光位移传感器的激光头固定在激光头支撑座上；激光位移传感器的串口、USB接口分别与计算机的串口和USB接口相连；小轮机构的小轮轴连接有增量光电编码器，该增量光电编码器的信号输出端与激光位移传感器的控制信号输入端相连。

[0008] 本发明的工作过程和原理是：

[0009] 将小轮机构的小轮靠在被测车轮的踏面上，再将激光头支撑座及其上的激光头置于被测车轮前侧，并使激光头的位置与被测车轮踏面的距离在其有效工作距离内。

[0010] 开启激光位移传感器及计算机，将激光头与被测车轮的初始距离测试值置零。使被测车轮转动，带动小轮随同转动，由增量光电编码器检测出传动小轮的转动角度，按设定的转动角度间隙向激光位移传感器发出触发脉冲信号，控制激光位移传感器按相同的角度间隙测出被测车轮距离与初始距离测试值的偏差值，最后将测出的偏差值序列及对应的小轮转动角度序列送入计算机处理，即得到被测车轮的圆周表面粗糙度及非圆化磨损情况。

[0011] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0012] 一、通过激光位移传感器，在车轮旁实现了对车轮不落轮(不拆卸)的现场检测，检测方便快速。装置仅由激光位移传感器及与其线连接的计算机、小轮机构组成，其结构简单，各部件体积小，便于携带，其安装、拆卸均很方便；且各组件均可使用直流电源工作，便于现场使用。

[0013] 二、被测车轮转动带动小轮的转动，转动角的数据依靠传动小轮上的增量光电编码器发出的脉冲信号而定，与车轮转动的速度无关，测量过程中，车轮转动的速度不受限制；各点数据的采集依据增量光电编码器产生的脉冲信号自动进行，自动化程度高，测量数据精确可靠，重复性好。

[0014] 三、采用非接触的激光位移传感器与增量光电编码器分别测试车轮圆周的径向偏差与周向位置，其测量精度高，可靠性强。实验结果表明，其测量精度可达0.1μm。

[0015] 四、通过激光位移传感器的串口(RS-232)与计算机上的串口连接来实现数据的通讯，传输数据速度快、不易丢失数据，并可直接利用计算机中的超级终端模式进行数据显示与存储，数据采集更为方便与简单。通过计算机后处理即可获得车轮圆周的表面粗糙度或非圆化磨损情况。

[0016] 上述的小轮机构的具体构成为：小轮通过轴承固定在U形支撑块上、U形支撑块下部通过连杆与支撑座铰接；连杆的中部连有张紧弹簧，张紧弹簧的另一端与支撑座连接。

[0017] 这种小轮机构通过张紧弹簧可使小轮与车轮踏面接触良好，确保车轮转角度即周向位置准确，进一步确保了测量结果的准确性和可靠性。同时，小轮机构通过支撑座置于地面的方式可方便实现小轮机构的放置与位置调整，也使测试装置便于携带，现场安装与调试极其方便。

[0018] 上述的激光头固定在激光头支撑座的具体结构为：激光头通过连接杆固定在激光头支撑座上。

[0019] 这样激光头的调整既轻巧方便又牢固，便于操作与携带。

[0020] 上述的激光头支撑座和支撑座均为磁铁座。

[0021] 磁铁座构成的支撑座可使激光头和小轮机构吸合固定在轨道上，既降低了支撑座的重量，又能牢固固定，同时移动操作也很方便。

[0022] 上述的小轮的圆周面上设有内陷的凹槽，在凹槽中镶嵌有橡胶圈。

[0023] 传动小轮沿圆周被加工成凹槽，在凹槽内镶嵌有橡胶圈，这有利于增加传动小轮与被测车轮之间的传动摩擦力，从而在传动过程中不易打滑，保证了传动小轮与被测车轮的同步转动，以确保测量的准确。

[0024] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

附图说明

[0025] 图1是本发明实施例的结构原理示意图。

[0026] 图2是本发明实施例的小轮机构的右视结构示意图。

[0027] 图3是本发明实施例对一产生了非圆化磨损的车轮进行测试的测量结果。

[0028] 图4是图3的同一车轮进行旋修后，用本发明实施例的装置再进行测量的结果。

[0029] 图3、4中：横轴为与小轮转动角度对应的车轮被测点的周向位置，纵轴为车轮踏面被测点的径向距离偏差值。

具体实施方式

[0030] 实施例

[0031] 图1示出，本发明的一种具体实施方式为：

[0032] 一种车轮圆周表面粗糙度及非圆化磨损便携式激光测量装置，其组成是：激光位移传感器1的激光头11固定在激光头支撑座12上；激光位移传感器1的串口、USB接口分别与计算机5的串口和USB接口相连；小轮机构2的小轮21轴连接有增量光电编码器22，该增量光电编码器22的信号输出端与激光位移传感器1的控制信号输入端相连。

[0033] 图1、图2示出，小轮机构2的具体构成为：小轮21通过轴承23固定在U形支撑块24上、U形支撑块24下部通过连杆25与支撑座26铰接；连杆25的中部连有张紧弹簧27，张紧弹簧27的另一端与支撑座26连接。

[0034] 激光头11固定在激光头支撑座12的具体结构为：激光头11通过连接杆13固定在激光头支撑座12上。激光头支撑座12和支撑座26均为磁铁座。小轮21的圆周面上设有内陷的凹槽，在凹槽中镶嵌有橡胶圈。

[0035] 测试时，将小轮机构的小轮21靠在被测车轮10的踏面上，再将激光头支撑座12及其上的激光头11置于被测车轮10前侧，并使激光头11的位置与被测车轮10踏面的距离在其有效工作距离内。

[0036] 开启激光位移传感器及计算机，将激光头与被测车轮的初始距离测试值置零。使被测车轮10转动，带动小轮随同转动，由增量光电编码器22检测出传动小轮的转动角度，按设定的转动角度间隙向激光位移传感器发出触发脉冲信号，控制激光位移传感器按相同的角度间隙测出被测车轮10距离与初始距离测试值的偏差值，最后将测出的偏差值序列及对应的小轮转动角度序列送入计算机处理，即得到被测车轮的圆周表面粗糙度及非圆化磨损情况。

[0037] 图3为采用本例的装置对某一车轮的测量结果。由图可见，该车轮的磨损呈现明显的不均匀性，车轮最大磨损深度约为0.200mm，最小磨损深度为0.050mm；且表现为沿圆周呈九个波为一组的规律重复变化，九个波中峰值大小不尽相同；由此可以得出结论：该车轮发生了非圆化磨损，需要拆卸、检修。

[0038] 图4为图3的车轮经旋修后用本实施例装置再次进行检测的测量结果。由图可见，检修后的车轮表面粗糙度分布较均匀，通过计算得出其平均粗糙度值约为19.8μm。