[发明专利]传感器圆弧垂直安装的城轨车辆车轮直径检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及铁路车轮检测领域，特别是一种传感器圆弧垂直安装的城轨车辆车轮直径检测装置及方法。

背景技术

城轨车辆在运行的过程中会出现不同程度的磨耗，磨耗对车轮安全运行会产生影响，而其中磨耗导致的车轮直径变化尤为关键。列车正线运行中，同轴及同转向架轮径差均有限度要求，同轴轮径差过大容易导致轮对擦伤，同一轮对轮径差过大还容易导致轮缘偏磨或列车异常振动，因此对车轮直径的测量对列车安全运行有着重要意义。

常用的圆弧半径测量方法包括卡尺法和弓高弦长法，其中卡尺法适用于精度要求不高的场合，测量范围受弧长的限制，卡尺量程受横向定位架的限制；而弓高弦长法的操作比较繁琐，该两种方法通常用于对工件做静态的离线测量。中国专利CN 201159640Y（铁路车轮直径测量装置，申请号：200820055350.8，申请日：2008-02-02）公开了一种弓高弦长法测量车轮半径装置，检修方法属于手工测量和离线自动测量，当车轮行驶一段时间后需定期送车间进行检修。这种静态离线测量采用专用量具或万能量具人工检测，存在检测结果误差大、准确性差、返工率高、工作效率低、劳动强度大等缺点。

非接触式的在线测量轮对直径或轮对几何参数逐渐发展起来，中国专利CN 1899904A（列车轮对尺寸在线检测方法及装置，申请号：200510035961.7 申请日：2005-07-20），在每根钢轨的两侧安装一定距离的激光位移传感器，传感器从钢轨的底侧斜向上测量，从而记录车轮踏面数据，并基于列车移动的速度计算经过两个激光传感器弦长得到直径。该方法的缺点为，需要同时利用列车速度信息，不能独立完成直径的测量，且利用单个激光传感器记录踏面信息，会由于踏面的变化无法精确定位直径所在位置。中国专利CN101219672A（基于激光的车轮直径非接触式动态测量方法，申请号：200810056339.8申请日：2008-01-16）采用两个激光位移传感器直接照射车轮踏面滚动面，通过安装传感器的几何位置关系测量车轮直径，该方法的缺点为探测线没有解决对准问题，而同样近似斜切法，无法精确描述车轮直径。综上，目前的非接触式车轮直径测量技术仍然存在测量精度不高、测量响应速度慢、工程实施困难等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高精度的传感器圆弧垂直安装的城轨车辆车轮直径检测装置及方法，采用非接触式测量，检测速度快、测量范围大。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种传感器圆弧垂直安装的城轨车辆车轮直径检测装置，包括中央处理单元和多个激光传感器，所述激光传感器均与中央处理单元连接；检测区段的钢轨向外偏移，且该检测区段的钢轨内侧设置护轨，护轨与车轮轮缘内侧相切；激光传感器设置于钢轨偏移所空出的区域与护轨之间，激光传感器的探头沿钢轨方向排列且均布在弦长半径固定的圆弧上，各激光传感器的探测光束垂直钢轨向上，所有激光传感器与进行直径测量的车轮圆周共面。

一种传感器圆弧垂直安装的城轨车辆车轮直径检测方法，包括以下步骤：

第1步，将n个激光传感器安装于钢轨偏移所空出的区域，激光传感器的探头沿钢轨方向排列且均布在弦长为L、半径为R的圆弧上，各激光传感器的探测光束垂直钢轨向上，激光传感器分别记为P_i，沿着钢轨方向i依次为1,2,…n，n为激光传感器的个数；

第2步，在进行直径测量的车轮圆周所在平面上建立二维坐标系：沿钢轨方向为X轴，经过第一个激光传感器P₁且垂直于钢轨向上为Y轴，则各个激光传感器探头相对于X轴的安装倾角θ_i均为90°，激光传感器的坐标(x_i,y_i)由下式确定：