一种轨道车辆轮饼参数在线测量装置及方法
阅读说明：本技术 一种轨道车辆轮饼参数在线测量装置及方法 (Online measuring device and method for wheel cake parameters of railway vehicle ) 是由 赵若群 于 2021-07-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种轨道车辆轮饼参数在线测量装置,包括安装于轨道内侧的第一2D激光位移传感器、安装于轨道外侧的包括第二2D激光位移传感器、第三2D激光位移传感器、第四2D激光位移传感器的一组2D激光位移传感器和安装于轨道外侧的包括第一测速装置、第二测速装置和第三测试装置的一组测速装置；第一2D激光位移传感器、第二2D激光位移传感器、第三2D激光位移传感器、第四2D激光位移传感器和所述第一测速装置、第二测速装置和第三测试装置均通过信号线连接轮饼测量系统,经过位置布置,结合算法,能够快速、精确测量轨道车辆轮饼参数；较之传统测量方法,具有结构简单、成本低廉、快速精确等特点。(The invention discloses an online measuring device for wheel cake parameters of a railway vehicle, which comprises a first 2D laser displacement sensor arranged on the inner side of a track, a group of 2D laser displacement sensors which are arranged on the outer side of the track and comprise a second 2D laser displacement sensor, a third 2D laser displacement sensor and a fourth 2D laser displacement sensor, and a group of speed measuring devices which are arranged on the outer side of the track and comprise a first speed measuring device, a second speed measuring device and a third testing device, wherein the first 2D laser displacement sensor is arranged on the inner side of the track; the first 2D laser displacement sensor, the second 2D laser displacement sensor, the third 2D laser displacement sensor, the fourth 2D laser displacement sensor, the first speed measuring device, the second speed measuring device and the third testing device are all connected with a wheel cake measuring system through signal lines, and by means of position arrangement and combination of an algorithm, wheel cake parameters of the rail vehicle can be measured quickly and accurately; compared with the traditional measuring method, the method has the characteristics of simple structure, low cost, rapidness, accuracy and the like.)
技术领域
本发明涉及轨道车辆轮饼参数在线测量技术领域，特别涉及一种轨道车辆轮饼参数在线测量装置及方法。
背景技术
轮对作为车辆走行部中极为重要的部件，不仅承受着车体的全部重量，而且负责传递轮对与钢轨间的作用力。轮对对于列车安全运行具有很大的重要性，准确测量车轮的轮缘厚度、轮缘高度、垂直磨耗、踏面磨耗、车轮直径等参数，确保列车车轮踏面形态参数及同轴左右轮径差符合相关的规程和标准，对于保障列车安全运行、顺利完成运输计划是非常重要的。
但是现有的轮对的检测装置主要是第四种检查器及轮对尺，此检测工具需要人工读数，容易出错，影响了检测的可靠性；另外，现有技术手段测量列车行驶速度，其精度很难满足测量要求，从而带来测量结果的较大误差。
本发明所要解决的技术问题是，基于现有技术CN109443264B,如何提高对车轮的测量精度，以及车轮不圆度的精度。
因此，发明一种轨道车辆轮饼参数在线测量装置及方法来解决上述问题很有必要。
发明内容
为解决现有技术中的这个技术缺陷，本发明提供的一种轨道车辆轮饼参数在线测量装置，包括安装于轨道内侧的第一2D激光位移传感器、安装于轨道外侧的包括第二2D激光位移传感器、第三2D激光位移传感器、第四2D激光位移传感器的一组2D激光位移传感器和安装于轨道外侧的包括第一测速装置、第二测速装置和第三测试装置的一组测速装置；
进一步的，所述第一2D激光位移传感器用于测量轮缘顶点、轮背位置；
进一步的，所述第二2D激光位移传感器、第三2D激光位移传感器、第四2D激光位移传感器用于测量采集轮饼踏面曲线数据；
进一步的，所述第一测速装置、第二测速装置和第三测试装置用于测量车速及加速度；
进一步的，所述第一2D激光位移传感器、第二2D激光位移传感器、第三2D激光位移传感器、第四2D激光位移传感器和所述第一测速装置、第二测速装置和第三测试装置均通过信号线连接轮饼测量系统；
进一步的，所述第一2D激光位移传感器的激光发射平面在垂直于轨向的垂直面内，其激光发射中心线与轮饼内端面形成夹角a1，所述第一2D激光位移传感器、第二2D激光位移传感器、第三2D激光位移传感器、第四2D激光位移传感器固定设置于同一支架上，相对空间位置固定。
进一步的，所述第二2D激光位移传感器、第三2D激光位移传感器、第四2D激光位移传感器的激光发射平面A与垂直于轨向的垂直平面B的夹角为a，所述第二2D激光位移传感器、第三2D激光位移传感器、第四2D激光位移传感器的激光中心线与平行于轨道的垂直平面C的夹角为β。
一种轨道车辆轮饼参数在线测量方法，具体测量方法如下：
步骤一：在线测量装置的安装
通过支架将第一2D激光位移传感器安装于轨道内侧，将第二2D激光位移传感器、第三2D激光位移传感器、第四2D激光位移传感器安装于轨道外侧，将第一测速装置、第二测速装置和第三测试装置安装于轨道外侧；
步骤二：速度及加速度的获取
通过轮饼滚过第一测速装置、第二测速装置和第三测试装置的时间及第一测速装置、第二测速装置和第三测试装置之间的距离，计算得到速度及加速度，并可据此得到测量过程中任意时刻的速度值；
步骤三：轮饼踏面曲线的获取
a)、当轮饼滚动经过第二2D激光位移传感器、第三2D激光位移传感器、第四2D激光位移传感器时，测量得到三组不同时刻的多条轮饼踏面数据；
b)、将步骤a)获得的数据，经过坐标转换和曲线拟合，得到不同时刻的多条轮饼踏面曲线；
步骤四：轮饼踏面曲线特征值的获取
将得到的轮饼踏面曲线按铁道行业标准，计算得到轮缘高度、轮缘厚度、Qr值、轮辋宽度数据；
步骤五：轮饼滚动圆直径的获取
a)、当轮饼滚动经过第一2D激光位移传感器时，测量得到不同时刻多条曲线，对每条曲线进行坐标变换及数学拟合，结合各时刻速度参数，找到轮缘顶点P0、P1、........Pi；
b)、对轮缘顶点P0、P1、........Pi数据进行圆拟合，得到轮缘顶点所在圆的直径为D1；
c)、设滚动圆直径为D，轮缘高度为SH，则：D＝D1-2*SH
步骤六：轮饼不圆度的获取
第二2D激光位移传感器、第三2D激光位移传感器、第四2D激光位移传感器安装于不同位置，因此可得到轮饼圆周上三个不同区域的直径值，计算得出轮饼的不圆度；
步骤七：内侧距及等效锥度的获取
经过对两侧轨道内的第一2D激光位移传感器(1)之间距离的标定，可得到轮对内侧距，再按铁道行业标准计算得到等效锥度；
步骤八：完善数据管理应用功能
功能1、结合车号识别装置，记录车辆日期、车号、轴位、轮号；
功能2、可计算同轴直径差、同转向架直径差、同车直径差，通过输入阈值，实现超差报警；
功能3、通过输入轮缘高度、轮缘厚度、Qr值、滚动圆直径、不圆度、内侧距、等效锥度等的阈值，实现超差报警；
功能4、通过一定时间的测量，可计算磨损速度及趋势，预测磨损超差时间，指导轮饼维修工作；
功能5、可与车辆段管理系统接驳，实现数据共享，将轮饼测量系统纳入车辆段管理系统；
功能6、打印输出。
进一步的，在轨道外侧布置多组2D激光位移传感器，以获得轮饼圆周上更多区域的直径值，使不圆度计算更精确。
进一步的，在轨道外侧布置方向与第二2D激光位移传感器、第三2D激光位移传感器、第四2D激光位移传感器相反的2D激光位移传感器，以适应安装有撒砂管的车辆。
进一步的，在轨道外侧布置多组测速装置，以适应更复杂的车速变化。
综上所述，本发明的有益效果包括:
1、本发明利用四个2D激光位移传感器，经过位置布置，结合算法，能够快速、精确测量轨道车辆轮饼参数，测量精度高，通过建立坐标系、轮饼踏面曲线的获取、轮饼踏面曲线特征值的获取、轮饼滚动圆直径的获取、内侧距及等效锥度的获取以及完善数据管理应用功能，能够精准快速的计算出轨道车辆轮饼的磨损等情况，数据可直接打印观看，直接明了，使用方便；传感器越少，误差源越少，测量精度越高；本发明用最少的传感器数量，完全实现了测量功能；本发明无需测量列车行驶速度，即可实现高精度直径测量功能；
2、本发明轮饼测量系统结合车号识别装置，记录车辆日期、车号、轴位、轮号，可计算同轴直径差、同转向架直径差、同车直径差，通过输入阀值，实现超差报警，通过输入轮缘高度、轮缘厚度、Qr值、滚动圆直径、内侧距、等效锥度等的阀值，实现超差报警，通过一定时间的测量，可计算磨损速度及趋势，预测磨损超差时间，指导轮饼维修工作，可与车辆段管理系统接驳，实现数据共享，将轮饼测量系统纳入车辆段管理系统，可以打印输出数据；
3、本发明测量装置能够安装于T型轨和槽形轨上，适用于货运铁路车辆、客运铁路车辆、地铁车辆和城轨车辆。
附图说明
为了更清楚地说明本发明
具体实施方式
或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1、本发明的在线测量装置结构示意图；
图2为本发明的在线测量装置结构示意图；
图3为本发明轮饼圆周上计算不圆度的区域示意图；
图4为本发明的轮缘顶点P0、P1、……Pi在坐标系中的示意图。
图中：第一2D激光位移传感器1、安装于轨道外侧的包括第二2D激光位移传感器2、第三2D激光位移传感器3、第四2D激光位移传感器4、第一测速装置5、第二测速装置6和第三测试装置7。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一：参照图1-4所示，本发明提供的一种轨道车辆轮饼参数在线测量装置，包括安装于轨道内侧的第一2D激光位移传感器1、安装于轨道外侧的包括第二2D激光位移传感器2、第三2D激光位移传感器3、第四2D激光位移传感器4的一组2D激光位移传感器和安装于轨道外侧的包括第一测速装置5、第二测速装置6和第三测试装置7的一组测速装置；
进一步的，第一2D激光位移传感器1用于测量轮缘顶点、轮背位置；
进一步的，第二2D激光位移传感器2、第三2D激光位移传感器3、第四2D激光位移传感器4用于测量采集轮饼踏面曲线数据；
进一步的，第一测速装置5、第二测速装置6和第三测试装置7用于测量车速及加速度；
进一步的，第一2D激光位移传感器1、第二2D激光位移传感器2、第三2D激光位移传感器3、第四2D激光位移传感器4和所述第一测速装置5、第二测速装置6和第三测试装置7均通过信号线连接轮饼测量系统；
进一步的，第一2D激光位移传感器1的激光发射平面在垂直于轨向的垂直面内，其激光发射中心线与轮饼内端面形成夹角a1，所述第一2D激光位移传感器1、第二2D激光位移传感器2、第三2D激光位移传感器3、第四2D激光位移传感器4固定设置于同一支架上，相对空间位置固定。
进一步的，第二2D激光位移传感器2、第三2D激光位移传感器3、第四2D激光位移传感器4的激光发射平面A与垂直于轨向的垂直平面B的夹角为a，所述第二2D激光位移传感器2、第三2D激光位移传感器3、第四2D激光位移传感器4的激光中心线与平行于轨道的垂直平面C的夹角为β。
一种轨道车辆轮饼参数在线测量方法，具体测量方法如下：
步骤一：在线测量装置的安装
通过支架将第一2D激光位移传感器1安装于轨道内侧，将第二2D激光位移传感器2、第三2D激光位移传感器3、第四2D激光位移传感器4安装于轨道外侧，将第一测速装置5、第二测速装置6和第三测试装置7安装于轨道外侧；
步骤二：速度及加速度的获取
通过轮饼滚过第一测速装置5、第二测速装置6和第三测试装置7的时间及第一测速装置5、第二测速装置6和第三测试装置7之间的距离，计算得到速度及加速度，并可据此得到测量过程中任意时刻的速度值；
步骤三：轮饼踏面曲线的获取
a、当轮饼滚动经过第二2D激光位移传感器2、第三2D激光位移传感器3、第四2D激光位移传感器4时，测量得到三组不同时刻的多条轮饼踏面数据；
每个2D激光位移传感器
b、将步骤a)获得的数据，经过坐标转换和曲线拟合，得到不同时刻的多条轮饼踏面曲线；
具体为，针对每个2D激光位移传感器，不同时刻的每条轮饼踏面曲线，按铁道行业标准，计算轮缘高度，并选取轮缘高度最小的三条曲线，将上述三条曲线作平均处理，得到的轮饼踏面曲线；
a步骤中，有三组2D激光位移传感器，在b步骤中即可得到三组经过上述处理得到轮饼踏面曲线，进而求取此三组轮饼踏面曲线的平均值，即最终的轮饼踏面曲线。其目的为提高对车轮精度的测量的进一步的提高。
步骤四：轮饼踏面曲线特征值的获取
将得到的轮饼踏面曲线按铁道行业标准，计算得到轮缘高度、轮缘厚度、Qr值、轮辋宽度数据；
步骤五：轮饼滚动圆直径的获取
a、当轮饼滚动经过第一2D激光位移传感器1时，测量得到不同时刻多条曲线，对每条曲线进行坐标变换及数学拟合，结合各时刻速度参数，找到轮缘顶点P0、P1、........Pi；
b、对轮缘顶点P0、P1、........Pi数据进行圆拟合，得到轮缘顶点所在圆的直径为D1；
c、设滚动圆直径为D，轮缘高度为SH，则：D＝D1-2*SH
步骤六：轮饼不圆度的获取
第二2D激光位移传感器2、第三2D激光位移传感器3、第四2D激光位移传感器4安装于不同位置，因此可得到轮饼圆周上三个不同区域的直径值，计算得出轮饼的不圆度；
步骤七：内侧距及等效锥度的获取
经过对两侧轨道内的第一2D激光位移传感器(1)之间距离的标定，可得到轮对内侧距，再按铁道行业标准计算得到等效锥度；
步骤八：完善数据管理应用功能
功能1、结合车号识别装置，记录车辆日期、车号、轴位、轮号；
功能2、可计算同轴直径差、同转向架直径差、同车直径差，通过输入阈值，实现超差报警；
功能3、通过输入轮缘高度、轮缘厚度、Qr值、滚动圆直径、不圆度、内侧距、等效锥度等的阈值，实现超差报警；
功能4、通过一定时间的测量，可计算磨损速度及趋势，预测磨损超差时间，指导轮饼维修工作；
功能5、可与车辆段管理系统接驳，实现数据共享，将轮饼测量系统纳入车辆段管理系统；
功能6、打印输出。
进一步的，在轨道外侧布置多组2D激光位移传感器，以获得轮饼圆周上更多区域的直径值，使不圆度计算更精确。
进一步的，在轨道外侧布置方向与第二2D激光位移传感器2、第三2D激光位移传感器3、第四2D激光位移传感器4相反的2D激光位移传感器，以适应安装有撒砂管的车辆。
进一步的，在轨道外侧布置多组测速装置，以适应更复杂的车速变化。
综上所述，本发明的有益效果包括，利用四个2D激光位移传感器，经过位置布置，结合算法，能够快速、精确测量轨道车辆轮饼参数，测量精度高，通过建立坐标系、轮饼踏面曲线的获取、轮饼踏面曲线特征值的获取、轮饼滚动圆直径的获取、内侧距及等效锥度的获取以及完善数据管理应用功能，能够精准快速的计算出轨道车辆轮饼的磨损等情况。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
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