[发明专利]车轮圆周表面粗糙度及非圆化磨损便携式激光测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种铁路车轮的检测装置。

背景技术

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：

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。

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。

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

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。

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。

本发明的工作过程和原理是：

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。

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。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

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。

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。

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。

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。

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。