[发明专利]一种在线动态测量列车车轮几何参数的装置及方法

权利要求书

1.一种在线动态测量列车车轮几何参数的方法，其特征在于：沿列车行驶方向于轨道内侧依次设置启动开关(1)、激光位移传感器I(3)、激光位移传感器II(5)和停止开关(6)，其中激光位移传感器I(3)的探测光束垂直于车轮内辋面和轨道顶面向上，激光位移传感器II(5)的探测光束垂直于车轮内辋面，并与轨道顶面存在倾斜夹角α；所述轨道内侧还安装有间隔分布的电涡流位移传感器I(2)和电涡流位移传感器II(4)，且两电涡流位移传感器的采样频率相同；启动开关(1)被触发时，两个激光位移传感器同时开始采集数据，停止开关(6)被触发时，数据采集结束，对采集到的数据进行处理，即得列车车轮几何参数，具体处理过程为：

步骤1、按顺序截取激光位移传感器I(3)所测轮廓线中轮缘顶点的距离值di，并以为X坐标，以di为Y坐标，建立坐标组

步骤2、对得到的坐标组进行圆拟合，得到轮缘顶点圆直径D；

步骤3、在激光位移传感器I(3)所测轮廓线中找出轮缘顶点距离最小的轮廓线A，以及该轮廓线上轮缘顶点的距离值Z；

步骤4、计算激光位移传感器I(3)所测第A条轮廓线上各点距离值所对应的直径值D_j，计算公式为：

D_j＝D-2(Z_j-Z)(j＝1，2，3，……)

式中：D为车轮轮缘顶点圆直径，mm；Z为激光位移传感器I(3)所测第A条轮廓线中轮缘顶点的距离值，单位mm；Z_j为激光位移传感器I(3)所测第A条轮廓线中其他各点的距离值，单位mm；

步骤5、计算激光位移传感器II(5)所测轮廓线中经过车轮法线或最接近车轮法线的轮廓线所在条数B，计算公式为：

式中：A为激光位移传感器I(3)所测轮廓线中轮缘顶点距离值最小的轮廓线所在条数；R为车轮轮缘半径，单位mm；V为车轮行驶速度，单位mm/ms；K₂为激光位移传感器II(5)的采样频率，单位kHz；α为激光位移传感器II(5)的探测光束与轨道顶面之间的倾斜夹角，L₂为两激光位移传感器的感测头沿平行于轨道顶面方向的距离，单位mm；

步骤6、计算激光位移传感器II(5)所测第B条轮廓线上各点距离值所对应的直径值，计算公式为：

D_k＝D-2(Z_k-Z`)(k＝1,2,3……)

式中：Z`为激光位移传感器II(5)所测第B条轮廓线中轮缘顶点的距离值，单位mm；Z_k为激光位移传感器II(5)所测第B条轮廓线中其他各点的距离值，单位mm；

步骤7、截取激光位移传感器I(3)所测第A条轮廓线中车轮内辋面至轮缘顶点之间的直径，并与激光位移传感器I(3)自身X轴坐标结合，构成坐标组{(X_d，D_d)}；截取激光位移传感器II(5)所测第B条轮廓线中轮缘顶点至车轮外辋面之间的直径，并与该激光位移传感器自身的X轴坐标结合，构成坐标组{(X_e，D_e)}；再将截取的坐标组以轮缘顶点为特征点进行拼接，拼接时去除一个重复的轮缘顶点坐标，并将X坐标进行整合，以车轮内辋面为横坐标零点向车轮外辋面为X轴，得到从车轮内辋面至外辋面不同位置的直径坐标组{(X_f，D_f)}；

步骤8、在坐标组{(X_f，D_f)}中找到X_f＝d或离d最接近的横坐标所对应的直径，即得车轮踏面直径D_T，其中d为车轮直径测量基点与车轮内辋面之间的距离，车轮轮缘高为

步骤9、在坐标组{(X_f，D_f)}中找到与轮缘厚测量基点所对应的轮缘外侧的横坐标X_h，车轮内辋面所对应的横坐标记为X₁，则轮缘厚为Sd＝X_h-X₁；在坐标组{(X_f，D_f)}中找到与轮缘综合值测量基点所对应的轮缘外侧的横坐标X_q，则轮缘综合值为Qr＝X_h-X_q。