專利名稱：一種車輪圓周表面粗糙度及非圓化磨損便攜式測(cè)量設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種鐵路車輪的檢測(cè)設(shè)備。
背景技術(shù)：
車輪作為鐵路機(jī)車和車輛的重要行走部件，需要安全可靠地承擔(dān)載荷和在鋼軌上快速行駛。隨著高速、重載鐵路及城市軌道交通的快速發(fā)展，對(duì)車輪可靠性的要求越來越高 車輪踏面的圓周非圓化磨損現(xiàn)象將引起車輛軌道系統(tǒng)一系列動(dòng)力響應(yīng)的變化，對(duì)行車穩(wěn)定性和安全性、舒適性以及車輛軌道系統(tǒng)各個(gè)部件使用壽命有很大影響一、車輪踏面短波長(zhǎng)的波浪形非圓化磨損將引起輪軌高頻沖擊載荷，長(zhǎng)波長(zhǎng)的非圓化化磨損將引起低頻輪軌接觸力的增大，導(dǎo)致輪軌和車輛簧下結(jié)構(gòu)損傷。二、車輪圓周的非圓化還將引起車輛縱橫向發(fā)生周期性運(yùn)動(dòng)，加劇輪軌之間的磨損；如直線軌道鋼軌出現(xiàn)長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)磨、車輪出現(xiàn)凹坑形側(cè)磨，不僅影響輪軌服役時(shí)間，嚴(yán)重的情況可能引發(fā)脫軌。三、車輪非圓化磨損導(dǎo)致的沖擊及其噪聲將影響乘客的舒適度。 車輪表面粗糙度對(duì)輪軌的運(yùn)行具有重要的影響由于列車的牽引、制動(dòng)和運(yùn)行都要靠輪軌之間的滾動(dòng)摩擦接觸作用得以實(shí)現(xiàn)，因此輪軌之間的作用品質(zhì)直接影響到列車的運(yùn)行品質(zhì)和安全以及鐵路運(yùn)輸?shù)某杀?。增加粗糙度能提高輪軌的粘著系?shù)，保證運(yùn)行安全，但同時(shí)也會(huì)對(duì)輪軌的損傷產(chǎn)生非常大的影響作用。 因此，為了確保列車的高效安全運(yùn)行，必須及時(shí)測(cè)量車輪磨損后的表面粗糙度及非圓化以確定車輪圓周的表面磨損狀態(tài)。而目前我國(guó)鐵路各種機(jī)車車輛上約有500萬個(gè)車輪處于運(yùn)營(yíng)之中，為滿足營(yíng)運(yùn)的要求，需要在現(xiàn)場(chǎng)中對(duì)車輪進(jìn)行不拆卸的直接測(cè)量，且測(cè)量設(shè)備必須是便攜式，能在現(xiàn)場(chǎng)中方便地移動(dòng)、安裝和拆卸，并且測(cè)量精度和效率要高。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種車輪圓周表面粗糙度及非圓化磨損便攜式測(cè)量設(shè)備，該試驗(yàn)設(shè)備能方便地在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量各種車輪圓周的表面粗糙度及非圓化磨損情況；且該設(shè)備便于攜帶、自動(dòng)化程度高、操作簡(jiǎn)單方便、控制與測(cè)試的精度高、試驗(yàn)數(shù)據(jù)的重現(xiàn)性好。[0007] 本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種車輪圓周表面粗糙度及非圓化磨損便攜式測(cè)量設(shè)備，其組成是激光位移傳感器的激光頭固定在激光頭支撐座上；激光位移傳感器的串口 、USB接口分別與計(jì)算機(jī)的串口和USB接口相連；小輪機(jī)構(gòu)的小輪軸連接有增量光電編碼器，該增量光電編碼器的信號(hào)輸出端與激光位移傳感器的控制信號(hào)輸入端相連。
本實(shí)用新型的工作過程和原理是 將小輪機(jī)構(gòu)的小輪靠在被測(cè)車輪的踏面上，再將激光頭支撐座及其上的激光頭置
于被測(cè)車輪前側(cè)，并使激光頭的位置與被測(cè)車輪踏面的距離在其有效工作距離內(nèi)。
開啟激光位移傳感器及計(jì)算機(jī)，將激光頭與被測(cè)車輪的初始距離測(cè)試值置零。使被測(cè)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)小輪隨同轉(zhuǎn)動(dòng)，由增量光電編碼器檢測(cè)出傳動(dòng)小輪的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，按設(shè)定 的轉(zhuǎn)動(dòng)角度間隙向激光位移傳感器發(fā)出觸發(fā)脈沖信號(hào)，控制激光位移傳感器按相同的角度 間隙測(cè)出被測(cè)車輪距離與初始距離測(cè)試值的偏差值，最后將測(cè)出的偏差值序列及對(duì)應(yīng)的小 輪轉(zhuǎn)動(dòng)角度序列送入計(jì)算機(jī)處理，即得到被測(cè)車輪的圓周表面粗糙度及非圓化磨損情況。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是 —、通過激光位移傳感器，在車輪旁實(shí)現(xiàn)了對(duì)車輪不落輪(不拆卸)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)， 檢測(cè)方便快速。設(shè)備僅由激光位移傳感器及與其線連接的計(jì)算機(jī)、小輪機(jī)構(gòu)組成，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單，各部件體積小，便于攜帶，其安裝、拆卸均很方便；且各組件均可使用直流電源工作，便 于現(xiàn)場(chǎng)使用。 二、被測(cè)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)小輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)角的數(shù)據(jù)依靠傳動(dòng)小輪上的增量光電編 碼器發(fā)出的脈沖信號(hào)而定，與車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的速度無關(guān)，測(cè)量過程中，車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的速度不受限 制；各點(diǎn)數(shù)據(jù)的采集依據(jù)增量光電編碼器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)自動(dòng)進(jìn)行，自動(dòng)化程度高，測(cè)量數(shù) 據(jù)精確可靠，重復(fù)性好。 三、采用非接觸的激光位移傳感器與增量光電編碼器分別測(cè)試車輪圓周的徑向偏
差與周向位置，其測(cè)量精度高，可靠性強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，其測(cè)量精度可達(dá)O. lym。 四、通過激光位移傳感器的串口 (RS-232)與計(jì)算機(jī)上的串口連接來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的
通訊，傳輸數(shù)據(jù)速度快、不易丟失數(shù)據(jù)，并可直接利用計(jì)算機(jī)中的超級(jí)終端模式進(jìn)行數(shù)據(jù)顯
示與存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)采集更為方便與簡(jiǎn)單。通過計(jì)算機(jī)后處理即可獲得車輪圓周的表面粗糙度
或非圓化磨損情況。 上述的小輪機(jī)構(gòu)的具體構(gòu)成為小輪通過軸承固定在U形支撐塊上、U形支撐塊下 部通過連桿與支撐座鉸接；連桿的中部連有張緊彈簧，張緊彈簧的另一端與支撐座連接。 這種小輪機(jī)構(gòu)通過張緊彈簧可使小輪與車輪踏面接觸良好，確保車輪轉(zhuǎn)角度即周 向位置準(zhǔn)確，進(jìn)一步確保了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。同時(shí)，小輪機(jī)構(gòu)通過支撐座置于地 面的方式可方便實(shí)現(xiàn)小輪機(jī)構(gòu)的放置與位置調(diào)整，也使測(cè)試設(shè)備便于攜帶，現(xiàn)場(chǎng)安裝與調(diào) 試極其方便。 上述的激光頭固定在激光頭支撐座的具體結(jié)構(gòu)為激光頭通過連接桿固定在激光 頭支撐座上。 這樣激光頭的調(diào)整既輕巧方便又牢固，便于操作與攜帶。 上述的激光頭支撐座和支撐座均為磁鐵座。 磁鐵座構(gòu)成的支撐座可使激光頭和小輪機(jī)構(gòu)吸合固定在軌道上，既降低了支撐座 的重量，又能牢固固定，同時(shí)移動(dòng)操作也很方便。 上述的小輪的圓周面上設(shè)有內(nèi)陷的凹槽，在凹槽中鑲嵌有橡膠圈。 傳動(dòng)小輪沿圓周被加工成凹槽，在凹槽內(nèi)鑲嵌有橡膠圈，這有利于增加傳動(dòng)小輪
與被測(cè)車輪之間的傳動(dòng)摩擦力，從而在傳動(dòng)過程中不易打滑，保證了傳動(dòng)小輪與被測(cè)車輪
的同步轉(zhuǎn)動(dòng)，以確保測(cè)量的準(zhǔn)確。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)地描述。
圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理示意圖。[0026] 圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的小輪機(jī)構(gòu)的右視結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例對(duì)一產(chǎn)生了非圓化磨損的車輪進(jìn)行測(cè)試的測(cè)量結(jié)果。[0028] 圖4是圖3的同一車輪進(jìn)行旋修后，用本實(shí)用新型實(shí)施例的設(shè)備再進(jìn)行測(cè)量的結(jié)果。 圖3、4中橫軸為與小輪轉(zhuǎn)動(dòng)角度對(duì)應(yīng)的車輪被測(cè)點(diǎn)的周向位置，縱軸為車輪踏面被測(cè)點(diǎn)的徑向距離偏差值。
具體實(shí)施方式
[0030] 實(shí)施例 圖1示出，本實(shí)用新型的一種具體實(shí)施方式
為 —種車輪圓周表面粗糙度及非圓化磨損便攜式測(cè)量設(shè)備，其組成是激光位移傳感器1的激光頭11固定在激光頭支撐座12上；激光位移傳感器1的串口、USB接口分別與計(jì)算機(jī)5的串口和USB接口相連；小輪機(jī)構(gòu)2的小輪21軸連接有增量光電編碼器22，該增量光電編碼器22的信號(hào)輸出端與激光位移傳感器1的控制信號(hào)輸入端相連。[0033] 圖1、圖2示出，小輪機(jī)構(gòu)2的具體構(gòu)成為小輪21通過軸承23固定在U形支撐塊24上、U形支撐塊24下部通過連桿25與支撐座26鉸接；連桿25的中部連有張緊彈簧27，張緊彈簧27的另一端與支撐座26連接。 激光頭11固定在激光頭支撐座12的具體結(jié)構(gòu)為激光頭11通過連接桿13固定在激光頭支撐座12上。激光頭支撐座12和支撐座26均為磁鐵座。小輪21的圓周面上設(shè)有內(nèi)陷的凹槽，在凹槽中鑲嵌有橡膠圈。 測(cè)試時(shí)，將小輪機(jī)構(gòu)的小輪21靠在被測(cè)車輪10的踏面上，再將激光頭支撐座12及其上的激光頭11置于被測(cè)車輪10前側(cè)，并使激光頭11的位置與被測(cè)車輪10踏面的距離在其有效工作距離內(nèi)。 開啟激光位移傳感器及計(jì)算機(jī)，將激光頭與被測(cè)車輪的初始距離測(cè)試值置零。使被測(cè)車輪10轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)小輪隨同轉(zhuǎn)動(dòng)，由增量光電編碼器22檢測(cè)出傳動(dòng)小輪的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，按設(shè)定的轉(zhuǎn)動(dòng)角度間隙向激光位移傳感器發(fā)出觸發(fā)脈沖信號(hào)，控制激光位移傳感器按相同的角度間隙測(cè)出被測(cè)車輪10距離與初始距離測(cè)試值的偏差值，最后將測(cè)出的偏差值序列及對(duì)應(yīng)的小輪轉(zhuǎn)動(dòng)角度序列送入計(jì)算機(jī)處理，即得到被測(cè)車輪的圓周表面粗糙度及非圓化磨損情況。 圖3為采用本例的設(shè)備對(duì)某一車輪的測(cè)量結(jié)果。由圖可見，該車輪的磨損呈現(xiàn)明顯的不均勻性，車輪最大磨損深度約為0. 200mm，最小磨損深度為0. 050mm ;且表現(xiàn)為沿圓周呈九個(gè)波為一組的規(guī)律重復(fù)變化，九個(gè)波中峰值大小不盡相同；由此可以得出結(jié)論該車輪發(fā)生了非圓化磨損，需要拆卸、檢修。 圖4為圖3的車輪經(jīng)旋修后用本實(shí)施例設(shè)備再次進(jìn)行檢測(cè)的測(cè)量結(jié)果。由圖可見，檢修后的車輪表面粗糙度分布較均勻，通過計(jì)算得出其平均粗糙度值約為19.8iim。
權(quán)利要求一種車輪圓周表面粗糙度及非圓化磨損便攜式測(cè)量設(shè)備，其組成是激光位移傳感器(1)的激光頭(11)固定在激光頭支撐座(12)上；激光位移傳感器(1)的串口、USB接口分別與計(jì)算機(jī)(5)的串口和USB接口相連；小輪機(jī)構(gòu)(2)的小輪(21)軸連接有增量光電編碼器(22)，該增量光電編碼器(22)的信號(hào)輸出端與激光位移傳感器(1)的控制信號(hào)輸入端相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車輪圓周表面粗糙度及非圓化磨損便攜式測(cè)量設(shè)備，其 特征在于所述的小輪機(jī)構(gòu)(2)的具體構(gòu)成為小輪(21)通過軸承(23)固定在U形支撐 塊(24)上、U形支撐塊(24)下部通過連桿(25)與支撐座(26)鉸接；連桿(25)的中部連 有張緊彈簧(27)，張緊彈簧(27)的另一端與支撐座(26)連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車輪圓周表面粗糙度及非圓化磨損便攜式測(cè)量設(shè)備，其 特征在于所述的激光頭(11)固定在激光頭支撐座(12)的具體結(jié)構(gòu)為激光頭(11)通過 連接桿(13)固定在激光頭支撐座(12)上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車輪圓周表面粗糙度及非圓化磨損便攜式測(cè)量設(shè)備，其 特征在于所述的激光頭支撐座(12)和支撐座(26)均為磁鐵座。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車輪圓周表面粗糙度及非圓化磨損便攜式測(cè)量設(shè)備，其 特征在于所述的小輪(21)的圓周面上設(shè)有內(nèi)陷的凹槽，在凹槽中鑲嵌有橡膠圈。
專利摘要一種車輪圓周表面粗糙度及非圓化磨損便攜式測(cè)量設(shè)備，其組成是激光位移傳感器(1)的激光頭(11)固定在激光頭支撐座(12)上；激光位移傳感器(1)的串口、USB接口分別與計(jì)算機(jī)(5)的串口和USB接口相連；小輪機(jī)構(gòu)(2)的小輪(21)軸連接有增量光電編碼器(22)，該增量光電編碼器(22)的信號(hào)輸出端與激光位移傳感器(1)的控制信號(hào)輸入端相連。該試驗(yàn)設(shè)備能方便地在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量各種車輪圓周的表面粗糙度及非圓化磨損情況；且該設(shè)備便于攜帶、自動(dòng)化程度高、操作簡(jiǎn)單方便、控制與測(cè)試的精度高、試驗(yàn)數(shù)據(jù)的重現(xiàn)性好。
文檔編號(hào)G01B11/30GK201532194SQ20092026659
公開日2010年7月21日 申請(qǐng)日期2009年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月13日
發(fā)明者劉啟躍, 吳磊, 周仲榮, 房建英, 王文健, 石心余, 郭俊, 金學(xué)松 申請(qǐng)人:西南交通大學(xué)