[发明专利]基于激光位移传感器的车轮不圆度检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及有轨电车车轮检测技术领域，特别是一种基于激光位移传感器的车轮不圆度检测装置及方法。

背景技术

有轨电车车轮是保障车辆行走的重要的部件，承载着有轨电车的全部静、动载荷。车轮在长期的运行中与轨道不断摩擦，会产生不同程度的磨耗，进而改变车轮的直径参数。当电车运行时，如果车轮的同轴径差、同架径差、同车径差超过一定范围，容易造成车轮擦伤、轮缘偏磨、车体振动异常等现象，甚至导致电车车轴断裂、侧翻、脱轨等事故。因此，及时有效检测出车轮不圆度异常情况，对保障有轨电车的安全运行具有重要意义。

首先，由于有轨电车车轮附近存在排障器、喷砂管磁轨制动器等遮挡物，其次有轨电车车轮在运行中轮缘几乎100％接地并可以承重，使得通常的直径测量方法无法完全适用于有轨电车。列车车轮直径检测的方法主要可以分为静态检测和动态检测。目前，有轨电车的车轮直径测量基本采用的是静态检测方法，该方法具有精度高的优点。但需要投入大量的人力和使用专用的检测设备，具有成本高、周转时间长、劳动强度大等缺点。

目前车轮不圆度的检测主要采用接触式测量法和激光法，在接触式测量方法中，较为经典的是平行四边形法，专利1(升降式车轮踏面插伤及不圆度在线动态检测装置，申请号：200720082608.9，申请日：2007-12-20)和专利2(一种车轮踏面插伤和不圆度在线检测装置，申请号：201210307496.8，申请日：2012-08-27)均公开了平行四边形结构的测量方法及其改进方法。该方法中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，传感器可直接测量出车轮踏面与轮缘的相对高度的变化量，通过传感器输出的曲线可得出车轮的不圆度情况。但是该方法采用了接触式测量，只是定性的分析了车轮的不圆度，没有定量进行分析，同时也不适合于列车高速通过的情况，精确度低，响应速度慢。专利3(基于激光传感器的城轨车辆车轮不圆度检测装置及方法，申请号：201310556634.0，申请日：2013.11.11)公开了一种将一维激光位移传感器设置在钢轨偏移所空出的区域与护轨之间，非接触检测地铁车轮不圆度的方法，该方法采用一维激光位移传感器，检测点数较少，很难完整反映车轮整体圆周，同时该方法由于设置护轨，若在稳定运营路线上使用该方法，需要重新设置轨道布局，因此该方法不适用于有轨电车的车轮不圆度测量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种速度快、精度高、抗干扰性强的基于激光位移传感器的车轮不圆度检测装置及方法，从而对有轨电车的车轮不圆度进行在线非接触式测量。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于激光位移传感器的车轮不圆度检测装置，包括槽型钢轨、处理中心和多个激光位移传感器，其中：激光位移传感器与处理中心连接；槽型钢轨为只保留凹槽部分的钢轨；槽型钢轨外侧顺次设置多个激光位移传感器；各激光位移传感器的感测头沿槽型钢轨方向排列在车轮下方的同一水平线上，且均沿着槽型钢轨向上测量，探测光束同时入射至车轮边缘，且探测光束所形成的平面与车轮直径所在的圆周共面。

一种基于激光位移传感器的车轮不圆度检测方法，包括以下步骤：

步骤1，将激光位移传感器记为Q_i，沿着钢轨方向i依次为1，2,3，…n，其中n为激光位移传感器的个数；

步骤2，在进行不圆度测量的有轨电车车轮圆周所在平面上建立二维坐标系XOY：以最外侧激光位移传感器Q₁为原点，沿钢轨方向为X轴，垂直于槽型钢轨向上为Y轴，最外侧激光位移传感器的坐标为(0，0)，其他激光位移传感器的坐标为(X_i,Y_i)，各个激光位移传感器感测头相对于X轴安装倾角为α_i；

步骤3，采集所有激光位移传感器的输出值，并选出每一时刻同时有10个及以上激光位移传感器输出值的有效数据组为时刻t第i个激光位移传感器Q_i返回的第j个的有效值在各自激光位移传感器自身坐标系x′_io′_iy′_i下的坐标；其中，i＝1,2…n，j＝1,2,…m，且m≥10，t＝1,2,…ω；