[实用新型]列车车轮踏面擦伤及磨损动态测量装置

说明书

本实用新型涉及一种列车车轮故障自动检测装置，特别适用于对运动中的列车车轮踏面擦伤和磨损的测量。

列车车轮在运行过程中由于摩擦造成的车轮踏面磨损，使得车轮直径减少；由于刹车以及车轮与钢轨面在转弯时的相对滑动等因素造成的踏面擦伤或剥离，使得踏面滚动圆呈弦缺状(偏平)。车轮的擦伤和磨损，特别是车轮擦伤给列车在行进中带来额外的冲击振动，影响列车与轨道设施的安全与使用寿命，是高速列车和重载列车发展中必须要解决的测量难题。国内目前的检测状况处于人工目视、静态测量或凭经验听振动声音判断的阶段。采用的静态测量方法是：在列车进行修理时，卸下车轮用机械专用卡尺进行测量。以上这些方法的缺点在于：或测量精度太低或不能及时发现车轮擦伤和磨损的超差量，因而不能及时避免列车事故，故国内外正大力发展动态测量方法和装置。目前国内外对车轮踏面擦伤量进行动态测量的方法主要有以下几种：

1.振动法：即在钢轨上安装若干个加速度传感器，测量出擦伤车轮通过钢轨时的垂直冲击速度大小，来推算其擦伤量的大小，国内也有类似的研究。这种方法的缺点在于：其测量是间接的，测得的垂直冲击速度大小不仅与擦伤量有关，同时受列车型号及质量、载重量、线路和钢轨质量等诸多因素的影响，因而无法在冲击加速度和擦伤之间建立起固定的函数关系，故探测精度很低，只能作为定性分析；同时由于车轮引起的冲击是随机的，而加速度传感器的安装点是固定的，容易漏测[葛林富等，机车踏面擦伤计算机智能探测原理及实现，铁道学报，1993，15(2)：35]。

2.应变法：即在钢轨上安装很多应变片，测量出擦伤车轮经过钢轨时，给钢轨带来的附加冲击力产生的附加应力从而估计出擦伤量的大小。这种测量方法本质上与振动法类似，同样受列车型号及质量、载重量、线路和钢轨质量等诸多因素的影响无法在附加应力大小和擦伤量之间建立起固定的函数关系，因而这种测量方法也只能做出定性的分析，加之这种测量方法，其安装及维修不方便[卢汝钧(译文)，车轮擦伤检测系统，广铁科技，1994，(2)：28]。

3.电脉冲法：其原理是当列车高速行使时，擦伤车轮在擦伤处与钢轨瞬时不接触，从而能形成极短的电脉冲，测出此脉冲宽度来推算擦伤大小。这种方法的主要缺点在于：需要在现有的钢轨上锯掉一断，装上绝缘钢轨，且设备昂贵，同时也不能准确地给出擦伤量的大小[铁路车辆技术诊断，中国铁道出版社，1989年：北京]。

本实用新型的目的是提供一种在列车运动中能定量测量车轮擦伤及磨损的装置。其测量准确、灵敏度高，测量结果不受列车速度、重量、线路质量等因素的影响。

本实用新型的目的是这样实现的：整个列车车轮踏面擦伤及磨损动态测量装置由光电传感器构成的列车车轮探测器、列车车轮踏面擦伤及磨损测量单元以及信号处理单元组成，其特征是：所述的列车车轮踏面擦伤及磨损测量单元包括两套或两套以上的四连杆机构和相对应的位移传感器；所述的四连杆机构固定在钢轨上，形成一平行四边形机构；所述的位移传感器与固定在构成平行四边形机构一边的钢轨上的支座相连。

所述的平行四边形机构由平板、支杆、钢轨、弹簧、支座组成；平板的两端分别与支杆的一端铰接，支杆的另一端分别与固定在钢轨上的支座铰接；弹簧的一端与某一支杆或平板相连，弹簧的另一端与固定在钢轨上的支座相连，给整个平行四边形机构向上的力，使得平板在列车运动时始终与车轮轮缘顶部接触。

所述的位移传感器采用涡流位移传感器，该传感器的测量头直接测量列车运动时，四连杆机构中平板相对钢轨的垂直位移，此垂直位移就是车轮踏面与轮缘的相对高度的变化量。

本实用新型的测量原理简述如下：当列车运动通过测量区域时，列车车轮先通过列车车轮探测器，此探测器测量出列车的运动速度，并对列车进行计轴、计辆；此后当列车某个车轮的轮缘压在平行四边形机构的平板上，使得平板平动，并在列车运动时该车轮轮缘始终与此平板接触。若此车轮踏面不存在擦伤，则在整个踏面周长范围内平板相对钢轨的垂直位置不变，对应的位移传感器的输出相对不变；反之若此车轮踏面存在擦伤，踏面到轮缘顶部的相对高度发生变化，必引起平行四边形机构中的平板相对钢轨垂直位置的变化，位移传感器直接准确地测量出此垂直位置的变化，即可得到擦伤量的大小。同时通过与无磨损车轮相比较，还可得到车轮踏面的磨损量。通过数据处理，信号处理单元很容易得到所测列车各个车轮踏面的擦伤及磨损等结果。