[发明专利]一种列车车轮几何参数在线动态测量装置及测量方法

权利要求书

1.一种列车车轮几何参数在线动态测量方法，其特征在于：采用动态测量装置进行测量，该动态测量装置包括沿列车行驶方向依次设置于轨道内侧的测速传感器(2)、车轮定位传感器(3)、激光位移传感器I(1-1)、激光位移传感器II(1-2)和停止开关(4)，其中激光位移传感器I(1-1)与激光位移传感器II(1-2)均通过活动支架(5)安装于轨道内侧面，该活动支架(5)的上平面与轨道顶面平行并与待测量车轮轮缘接触，且随车轮滚压进行上下随动，所述激光位移传感器I(1-1)与激光位移传感器II(1-2)均采用二维激光位移传感器，其探测光束均垂直于车轮内辋面，且激光位移传感器I(1-1)的探测光束与轨道顶面呈倾斜夹角α，且激光位移传感器II(1-2)的探测光束垂直于轨道顶面，当车轮定位传感器(3)被车轮触发时，两个激光位移传感器同时进行采集，当停止开关(4)被车轮触发时，两个激光位移传感器同时停止采集，将采集到的数据传送至数据处理系统进行处理，即得列车车轮的几何参数，具体处理过程为：

(1)计算轮缘顶点圆直径：找到激光位移传感器I(1-1)所测第一条轮廓线中各点与激光位移传感器I(1-1)之间距离的最小值，即为所测轮缘顶点的距离值L，计算轮缘顶点圆直径D，计算公式如下：

上式中：L₁为激光位移传感器I(1-1)的感测头与车轮定位传感器(3)沿平行于轨道顶面方向的距离，ΔL为车轮定位传感器(3)被触发时车轮轮缘最低点到车轮定位传感器(3)之间的距离，mm；Δt为车轮定位传感器(3)被触发至激光位移传感器I(1-1)采集第一条轮廓线时的时间间隔，即车轮定位传感器(3)的响应时间，ms；h₁为激光位移传感器I(1-1)的感测头到活动支架(5)上平面的距离；ΔL和Δt在安装之初被标定为已知量；V为列车行驶速度，mm/ms，由测速传感器(2)测量得到；

(2)计算激光位移传感器I(1-1)所测轮廓线中经过车轮法线或最接近车轮法线的轮廓线，且计算结果四舍五入取整，计算公式为：

上式中，C为激光位移传感器I(1-1)所测轮廓线中经过车轮法线或最接近车轮法线的轮廓线条数序号；R为车轮轮缘顶点圆半径，mm；K为激光位移传感器I(1-1)的采样频率，KHz；

(3)选取激光位移传感器II(1-2)所测的第一条轮廓线，并将所测轮廓线中各点处的距离值转化为直径值D_i，计算公式为：

式中，R为车轮轮缘顶点圆半径，mm；L₂为激光位移传感器II(1-2)的感测头与车轮定位传感器(3)沿平行于轨道顶面方向的距离，h₂为激光位移传感器II(1-2)的感测头到活动支架(5)上平面的距离；Y_i为所选取的轮廓线中各点处的距离值，mm，i＝1,2,3,……；

(4)计算激光位移传感器I(1-1)所测第C条轮廓线中各点处的距离值对应的直径值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为所测第C条轮廓线中轮缘顶点的距离值，mm；Z_j为所测第C条轮廓线中其他各点的距离值，mm；

(5)截取激光位移传感器I(1-1)所测第C条轮廓线中车轮内辋面至轮缘顶点的直径，并与激光位移传感器I(1-1)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(1-2)所测第一条轮廓线中轮缘顶点至车轮外辋面的直径，并与激光位移传感器II(1-2)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)}；

(6)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