專利名稱：列車車輪踏面擦傷及磨損動(dòng)態(tài)測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種列車車輪故障自動(dòng)檢測(cè)裝置，特別適用于對(duì)運(yùn)動(dòng)中的列車車輪踏面擦傷和磨損的測(cè)量。
列車車輪在運(yùn)行過程中由于摩擦造成的車輪踏面磨損，使得車輪直徑減少；由于剎車以及車輪與鋼軌面在轉(zhuǎn)彎時(shí)的相對(duì)滑動(dòng)等因素造成的踏面擦傷或剝離，使得踏面滾動(dòng)圓呈弦缺狀(偏平)。車輪的擦傷和磨損，特別是車輪擦傷給列車在行進(jìn)中帶來額外的沖擊振動(dòng)，影響列車與軌道設(shè)施的安全與使用壽命，是高速列車和重載列車發(fā)展中必須要解決的測(cè)量難題。國(guó)內(nèi)目前的檢測(cè)狀況處于人工目視、靜態(tài)測(cè)量或憑經(jīng)驗(yàn)聽振動(dòng)聲音判斷的階段。采用的靜態(tài)測(cè)量方法是在列車進(jìn)行修理時(shí)，卸下車輪用機(jī)械專用卡尺進(jìn)行測(cè)量。以上這些方法的缺點(diǎn)在于或測(cè)量精度太低或不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)車輪擦傷和磨損的超差量，因而不能及時(shí)避免列車事故，故國(guó)內(nèi)外正大力發(fā)展動(dòng)態(tài)測(cè)量方法和裝置。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)車輪踏面擦傷量進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量的方法主要有以下幾種1.振動(dòng)法即在鋼軌上安裝若干個(gè)加速度傳感器，測(cè)量出擦傷車輪通過鋼軌時(shí)的垂直沖擊速度大小，來推算其擦傷量的大小，國(guó)內(nèi)也有類似的研究。這種方法的缺點(diǎn)在于其測(cè)量是間接的，測(cè)得的垂直沖擊速度大小不僅與擦傷量有關(guān)，同時(shí)受列車型號(hào)及質(zhì)量、載重量、線路和鋼軌質(zhì)量等諸多因素的影響，因而無法在沖擊加速度和擦傷之間建立起固定的函數(shù)關(guān)系，故探測(cè)精度很低，只能作為定性分析；同時(shí)由于車輪引起的沖擊是隨機(jī)的，而加速度傳感器的安裝點(diǎn)是固定的，容易漏測(cè)[葛林富等，機(jī)車踏面擦傷計(jì)算機(jī)智能探測(cè)原理及實(shí)現(xiàn)，鐵道學(xué)報(bào)，1993，15(2)35]。
2.應(yīng)變法即在鋼軌上安裝很多應(yīng)變片，測(cè)量出擦傷車輪經(jīng)過鋼軌時(shí)，給鋼軌帶來的附加沖擊力產(chǎn)生的附加應(yīng)力從而估計(jì)出擦傷量的大小。這種測(cè)量方法本質(zhì)上與振動(dòng)法類似，同樣受列車型號(hào)及質(zhì)量、載重量、線路和鋼軌質(zhì)量等諸多因素的影響無法在附加應(yīng)力大小和擦傷量之間建立起固定的函數(shù)關(guān)系，因而這種測(cè)量方法也只能做出定性的分析，加之這種測(cè)量方法，其安裝及維修不方便[盧汝鈞(譯文)，車輪擦傷檢測(cè)系統(tǒng)，廣鐵科技，1994，(2)28]。
3.電脈沖法其原理是當(dāng)列車高速行使時(shí)，擦傷車輪在擦傷處與鋼軌瞬時(shí)不接觸，從而能形成極短的電脈沖，測(cè)出此脈沖寬度來推算擦傷大小。這種方法的主要缺點(diǎn)在于需要在現(xiàn)有的鋼軌上鋸掉一斷，裝上絕緣鋼軌，且設(shè)備昂貴，同時(shí)也不能準(zhǔn)確地給出擦傷量的大小[鐵路車輛技術(shù)診斷，中國(guó)鐵道出版社，1989年北京]。
本實(shí)用新型的目的是提供一種在列車運(yùn)動(dòng)中能定量測(cè)量車輪擦傷及磨損的裝置。其測(cè)量準(zhǔn)確、靈敏度高，測(cè)量結(jié)果不受列車速度、重量、線路質(zhì)量等因素的影響。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的整個(gè)列車車輪踏面擦傷及磨損動(dòng)態(tài)測(cè)量裝置由光電傳感器構(gòu)成的列車車輪探測(cè)器、列車車輪踏面擦傷及磨損測(cè)量單元以及信號(hào)處理單元組成，其特征是所述的列車車輪踏面擦傷及磨損測(cè)量單元包括兩套或兩套以上的四連桿機(jī)構(gòu)和相對(duì)應(yīng)的位移傳感器；所述的四連桿機(jī)構(gòu)固定在鋼軌上，形成一平行四邊形機(jī)構(gòu)；所述的位移傳感器與固定在構(gòu)成平行四邊形機(jī)構(gòu)一邊的鋼軌上的支座相連。
所述的平行四邊形機(jī)構(gòu)由平板、支桿、鋼軌、彈簧、支座組成；平板的兩端分別與支桿的一端鉸接，支桿的另一端分別與固定在鋼軌上的支座鉸接；彈簧的一端與某一支桿或平板相連，彈簧的另一端與固定在鋼軌上的支座相連，給整個(gè)平行四邊形機(jī)構(gòu)向上的力，使得平板在列車運(yùn)動(dòng)時(shí)始終與車輪輪緣頂部接觸。
所述的位移傳感器采用渦流位移傳感器，該傳感器的測(cè)量頭直接測(cè)量列車運(yùn)動(dòng)時(shí)，四連桿機(jī)構(gòu)中平板相對(duì)鋼軌的垂直位移，此垂直位移就是車輪踏面與輪緣的相對(duì)高度的變化量。
本實(shí)用新型的測(cè)量原理簡(jiǎn)述如下當(dāng)列車運(yùn)動(dòng)通過測(cè)量區(qū)域時(shí)，列車車輪先通過列車車輪探測(cè)器，此探測(cè)器測(cè)量出列車的運(yùn)動(dòng)速度，并對(duì)列車進(jìn)行計(jì)軸、計(jì)輛；此后當(dāng)列車某個(gè)車輪的輪緣壓在平行四邊形機(jī)構(gòu)的平板上，使得平板平動(dòng)，并在列車運(yùn)動(dòng)時(shí)該車輪輪緣始終與此平板接觸。若此車輪踏面不存在擦傷，則在整個(gè)踏面周長(zhǎng)范圍內(nèi)平板相對(duì)鋼軌的垂直位置不變，對(duì)應(yīng)的位移傳感器的輸出相對(duì)不變；反之若此車輪踏面存在擦傷，踏面到輪緣頂部的相對(duì)高度發(fā)生變化，必引起平行四邊形機(jī)構(gòu)中的平板相對(duì)鋼軌垂直位置的變化，位移傳感器直接準(zhǔn)確地測(cè)量出此垂直位置的變化，即可得到擦傷量的大小。同時(shí)通過與無磨損車輪相比較，還可得到車輪踏面的磨損量。通過數(shù)據(jù)處理，信號(hào)處理單元很容易得到所測(cè)列車各個(gè)車輪踏面的擦傷及磨損等結(jié)果。
測(cè)量時(shí)為避免兩個(gè)車輪同時(shí)壓在一個(gè)平板上，引起誤測(cè)量，必須安裝兩套或兩套以上的四連桿機(jī)構(gòu)和相對(duì)應(yīng)的位移傳感器，同時(shí)為完整地測(cè)量每個(gè)車輪整個(gè)踏面內(nèi)的擦傷和磨損，兩套或兩套以上四連桿機(jī)構(gòu)中所有平板的長(zhǎng)度之和應(yīng)大于或等于輪緣頂端的周長(zhǎng)。
本實(shí)用新型提出的上述測(cè)量方案中，平板與鋼軌頂面的平行性通過人工調(diào)整來保證。
本實(shí)用新型與背景技術(shù)相比所具有的優(yōu)點(diǎn)其一，采用四連桿機(jī)構(gòu)和相應(yīng)的位移傳感器，實(shí)現(xiàn)了通過測(cè)量輪緣相對(duì)鋼軌位置的變化來測(cè)量車輪踏面與輪緣相對(duì)高度的變化，即實(shí)現(xiàn)了以輪緣頂部為測(cè)量基準(zhǔn)，測(cè)量車輪踏面相對(duì)于輪緣的高度變化，這與實(shí)際中卸下車輪測(cè)量踏面擦傷及磨損的基準(zhǔn)完全相同，避免測(cè)量基準(zhǔn)不準(zhǔn)帶來的誤差；其二，采用位移傳感器直接測(cè)量平板相對(duì)于鋼軌的垂直位移，也就是直接測(cè)量出踏面相對(duì)于輪緣的高度變化，以得到車輪踏面的擦傷與磨損，大大提高了測(cè)量的靈敏度和測(cè)量精度，克服已有測(cè)量方法不能定量測(cè)量的缺點(diǎn)；其三，由于平板、支桿等與鋼軌一起形成了平行四邊形機(jī)構(gòu)，使得整個(gè)列車車輪踏面擦傷及磨損測(cè)量單元與鋼軌形成一個(gè)整體，位移傳感器測(cè)得的始終是踏面與輪緣的相對(duì)高度變化，與列車的振動(dòng)大小無關(guān)，因而與列車的速度、重量、鋼軌的質(zhì)量等許多因素?zé)o關(guān)，克服已有方法中測(cè)量結(jié)果受這些參數(shù)影響的缺點(diǎn)，極大地提高了測(cè)量的準(zhǔn)確性。其四，不僅能測(cè)量踏面的擦傷，同時(shí)能測(cè)量車輪踏面的磨損，擴(kuò)大了測(cè)量功能。


圖1列車車輪踏面擦傷及磨損動(dòng)態(tài)測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)示意圖圖2列車車輪踏面擦傷及磨損動(dòng)態(tài)測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)的A-A剖視圖圖中1為光電傳感器、2為列車車輪踏面擦傷及磨損測(cè)量單元、3為信號(hào)處理單元、4為平板、5為支桿、6為鋼軌、7為彈簧、8為渦流位移傳感器、9、10、11為支座、12為軸承、13為壓板、14為車輪。
以附圖為實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明本實(shí)用新型提供的列車車輪踏面擦傷及磨損動(dòng)態(tài)測(cè)量裝置，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1、2所示。該測(cè)量裝置由光電傳感器1構(gòu)成的列車車輪探測(cè)器、列車車輪踏面擦傷及磨損測(cè)量單元2以及信號(hào)處理單元3組成。列車車輪踏面擦傷及磨損測(cè)量單元2包括兩套四連桿機(jī)構(gòu)和相對(duì)應(yīng)的渦流位移傳感器8；所述的四連桿機(jī)構(gòu)通過軸承12與固定在鋼軌6上的支座9鉸接，形成一平行四邊形機(jī)構(gòu)；所述的渦流位移傳感器8通過支座11固定在構(gòu)成平行四邊形機(jī)構(gòu)一邊的鋼軌6上；所述的平行四邊形機(jī)構(gòu)由平板4、支桿5、鋼軌6、彈簧7、支座9、10、軸承12組成；平板4的兩端通過軸承12與支桿5的一端鉸接，支桿5的另一端分別通過軸承12與固定在鋼軌6上的支座9鉸接；彈簧7的一端與某一支桿5(或平板4)相連接，彈簧7的另一端與固定在鋼軌6上的支座10相連。壓板13的一端固定在與支桿5相連的支座9上，壓板的伸出部分壓在支桿5上，給彈簧7一個(gè)預(yù)緊力。同時(shí)在對(duì)著列車運(yùn)動(dòng)方向的第一個(gè)平板4上的前端有一斜面，以引導(dǎo)車輪通過平行四邊形機(jī)構(gòu)。
每個(gè)平板4的長(zhǎng)度大于1500mm(即兩平板的長(zhǎng)度大于車輪輪緣頂部的展開長(zhǎng)度)。
整個(gè)測(cè)量裝置的測(cè)量原理如下在鐵路線路的兩根鋼軌上分別安裝以上所述的兩套列車車輪踏面擦傷及磨損測(cè)量裝置，分別測(cè)量列車兩邊車輪的擦傷及磨損。當(dāng)人工調(diào)整整個(gè)測(cè)量裝置處于正常的工作狀態(tài)時(shí)，測(cè)量裝置可進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量。當(dāng)列車經(jīng)過測(cè)量裝置的安裝區(qū)域時(shí)，車輪14首先經(jīng)過兩個(gè)光電傳感器1，根據(jù)車輪經(jīng)過此兩個(gè)光電傳感器1的時(shí)間間隔，可自動(dòng)測(cè)量出列車運(yùn)行的速度，并對(duì)列車進(jìn)行計(jì)軸、計(jì)輛，同時(shí)信號(hào)處理單元通過讀取列車的運(yùn)行速度，自動(dòng)調(diào)整采樣頻率。當(dāng)車輪通過第一個(gè)平板4前端部的斜面壓在平行四邊形的平板4上時(shí)，使得平板4下移，渦流位移傳感器8有一初始讀數(shù)。若在列車運(yùn)動(dòng)過程中每單個(gè)車輪踏面與輪緣之間的高度相對(duì)不變，則表明踏面不存在擦傷，此時(shí)渦流位移傳感器的輸出也相對(duì)不變；若踏面與輪緣存在擦傷，則相對(duì)高度有突然變化，渦流位移傳感器可直接測(cè)出這一變化，即可得到其擦傷量的大?。划?dāng)踏面存在多處擦傷時(shí)，則在整個(gè)渦流位移傳感器的輸出線上存在多處變化的地方；當(dāng)踏面有磨損時(shí)，渦流位移傳感器的初始讀數(shù)值相對(duì)于無磨損車輪有一明顯變化，此變化量即為車輪踏面的磨損量。計(jì)算機(jī)可對(duì)以上測(cè)量結(jié)果進(jìn)行自動(dòng)處理。
本裝置測(cè)量車輪擦傷及磨損的范圍為0-15mm，測(cè)量靈敏度為0.05mm，測(cè)量誤差小于0.2mm。
本實(shí)用新型還可以有不同的實(shí)施方案，例如1.采用其它接觸式或非接觸式位移傳感器代替渦流位移傳感器可得到同樣的效果；2.采用兩套以上的列車車輪踏面擦傷及磨損測(cè)量單元時(shí)，只要滿足幾套列車車輪踏面擦傷及磨損測(cè)量單元中的平板長(zhǎng)度之和大于或等于車輪輪緣頂部的展開長(zhǎng)度，可得到相同的測(cè)量結(jié)果，但增加了測(cè)量裝置的復(fù)雜程度和成本；3.在一套列車車輪踏面擦傷及磨損測(cè)量單元中放置多個(gè)位移傳感器代替一個(gè)位移傳感器，可提高測(cè)量的精度，但增加測(cè)量裝置的成本；4.采用其它施力機(jī)構(gòu)(如液壓)代替彈簧；5.支桿與平板以及支桿與支座的鉸接方式可用其它形式的鉸接方式(如軸與孔之間的動(dòng)配合)代替軸承鉸接方式，可起到相同的效果；6.采用其它形式的平行四邊行機(jī)構(gòu)(如具有圓型導(dǎo)槽的平行四邊型機(jī)構(gòu))代替以上的平行四邊行機(jī)構(gòu)，可以得到相同的效果，但結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。
權(quán)利要求1.一種列車車輪踏面擦傷及磨損動(dòng)態(tài)測(cè)量裝置，該裝置由光電傳感器(1)構(gòu)成的列車車輪探測(cè)器、列車車輪踏面擦傷及磨損測(cè)量單元(2)以及信號(hào)處理單元(3)組成，其特征是所述的列車車輪踏面擦傷及磨損測(cè)量單元(2)包括兩套或兩套以上的四連桿機(jī)構(gòu)和相對(duì)應(yīng)的位移傳感器(8)；所述的四連桿機(jī)構(gòu)固定在鋼軌(6)上，形成一平行四邊形機(jī)構(gòu)；所述的位移傳感器(8)通過支座(11)固定在構(gòu)成平行四邊形機(jī)構(gòu)一邊的鋼軌(6)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的列車車輪踏面擦傷及磨損動(dòng)態(tài)測(cè)量裝置，其特征是所述的平行四邊形機(jī)構(gòu)由平板(4)、支桿(5)、鋼軌(6)、彈簧(7)、支座(9、10)組成；平板(4)的兩端分別與支桿(5)的一端鉸接；支桿(5)的另一端分別固定在鋼軌(6)上的支座(9)鉸接；彈簧(7)的一端與某一支桿(5)或平板(4)相連，彈簧的另一端與固定在鋼軌(6)上的支座(10)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的列車車輪踏面擦傷及磨損動(dòng)態(tài)測(cè)量裝置，其特征是所述的位移傳感器(8)采用渦流位移傳感器。
專利摘要列車車輪踏面擦傷及磨損動(dòng)態(tài)測(cè)量裝置。它適用于對(duì)運(yùn)動(dòng)中列車車輪踏面擦傷和磨損的測(cè)量。其特點(diǎn)是,列車車輪踏面擦傷及磨損測(cè)量單元包括:兩套或兩套以上四連桿機(jī)構(gòu)和相對(duì)應(yīng)的位移傳感器。四連桿機(jī)構(gòu)固定在鋼軌上,形成一平行四邊形機(jī)構(gòu)。位移傳感器通過支座固定在構(gòu)成平行四邊形機(jī)構(gòu)一邊的鋼軌上。該裝置在列車運(yùn)動(dòng)中能定量測(cè)量列車車輪踏面磨損及擦傷,測(cè)量準(zhǔn)確、靈敏度高,而且測(cè)量精度不受列車速度、質(zhì)量、線路質(zhì)量等因素的影響。
文檔編號(hào)G01N3/56GK2284392SQ9621606
公開日1998年6月17日 申請(qǐng)日期1996年8月6日 優(yōu)先權(quán)日1996年8月6日
發(fā)明者馮其波, 謝敦沐, 虞開元, 崔建英 申請(qǐng)人:北方交通大學(xué), 鄭州鐵路局