车辆轮对踏面擦伤及不圆度并联接触式检测系统

摘要

本发明公开了一种车辆轮对踏面擦伤及不圆度并联接触式检测系统，属于机车检测技术领域，该检测系统包括：测速模块100、至少两个测量模块200、数据处理模块300、数据采集模块400、工控机500和网络传输设备，其中，测速模块100通过网络传输设备连接工控机500，至少两个测量模块200通过网络传输设备连接数据处理模块300，数据处理模块300通过网络传输设备连接数据采集模块400，数据采集模块400通过网络传输设备连接工控机500。该系统每个测量模块较小，检测面复位所需力小，使得其能快速恢复，检测面不易变形，提高检测精度及系统使用寿命。

说明书

技术领域

本发明涉及列车检测技术领域，特别涉及一种车辆轮对踏面擦伤及不圆度并联接触式检测系统。

背景技术

目前，我国地铁车辆的检修作业，采用按照运营里程和时间进行的计划检修方式，对地铁车辆的日检作业，仍完全采用人工检测的方式进行故障检查。采用人工检测的方式极易受到人员素质、责任心、业务水平的影响，检修作业质量难以保证，同时作业效率低，人工成本大。随着地铁线路的不断建设开通，地铁车辆的开行数量、速度和载荷迅速增加，现有的检修手段将越来越难以满足实际运营需要。

随着列车运行速度的提高，轮轨作用力成为不可忽略的因素，轮对是列车车辆走行机构的关键部位，其轮对状态直接影响车辆的运行安全。目前，由于诸多原因引起车辆运行中制动力过大，抱闸过紧，车轮在轨面滑行的擦伤处不是圆弧面而是平面或近似平面，形成“平轮”，造成车辆运行过程中剧烈冲击，影响列车与轨道的运行安全与使用寿命，会对地铁车辆各部件以及轨道系统产生巨大的破坏作用，严重时可产生车轮腾空进一步导致车辆发生脱轨等灾难性后果。因此，对轮对的检测就成为了关键。目前国内检测擦伤及不圆度方法种类繁多，包括声音检测法、加速度检测法、电信号检测法及接触测量检测法，但这几种方法实际操作时受外界干扰因素较多，影响检测质量和精度。从实际应用效果看接触式的检测方法因检测可靠性高而得到广泛应用。传统的接触式车辆车轮擦伤检测系统的主要问题是：为使检测面能够在下压后快速恢复原位，复位弹簧需要足够大的弹力，在复位弹簧的作用下，由于检测面过长(单根1.35米左右)，因此检测面会承受很大的弯矩，因而造成检测面变形，该变形会直接造成检测精度的下降。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种车辆轮对踏面擦伤及不圆度并联接触式检测系统。

为达到上述目的，本发明实施例提出了车辆轮对踏面擦伤及不圆度并联接触式检测系统，包括：测速模块100、至少两个测量模块200、数据处理模块300、数据采集模块400、工控机500和网络传输设备，其中，测速模块100通过网络传输设备连接工控机500，至少两个测量模块200通过网络传输设备连接数据处理模块300，数据处理模块300通过网络传输设备连接数据采集模块400，数据采集模块400通过网络传输设备连接工控机500。

本发明实施例的车辆轮对踏面擦伤及不圆度并联接触式检测系统，每个测量模块较小，测量模块检测面202复位所需力小，使得其能快速恢复，检测面202不易变形，提高检测精度及系统使用寿命，另外，不受车速及环境限制，能实现踏面圆周的全面检测。

另外，根据本发明上述实施例的车辆轮对踏面擦伤及不圆度并联接触式检测系统还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，测速模块100为两个磁钢传感器，用于测量列车运行速度。

进一步地，在本发明的一个实施例中，每个测量模块200均包括：位移传感器201、检测面202、复位结构203和外壳204，其中，位移传感器201通过螺栓定位并固定在外壳204之上，复位结构203连接检测面202及外壳204，位移传感器201顶端与检测面202的下表面固定连接。

进一步地，在本发明的一个实施例中，复位结构203可为单轴或多轴滑动套与弹簧结构或气动结构组合。

进一步地，在本发明的一个实施例中，至少两个测量装置200之间并联加装在轨道内部两侧，检测面202与轮对轮缘直接接触，当轮缘与检测面202接触时，位移传感器201测量检测面202相对于车轮踏面的垂直位移量，根据垂直位移量输出相应电信号，复位结构203在检测面202下压后恢复原位。

进一步地，在本发明的一个实施例中，至少两个测量模块200为2N个，N为正整数，每个测量模块长度为100mm，N个测量模块所测量的总长度大于车轮周长。

进一步地，在本发明的一个实施例中，数据处理模块300包括2M个低通滤波电路、共模电感和高压电容，用于消除至少两个测量模块200中输出的相应电信号存在噪声及信号与信号间的共模干扰，M为正整数。

进一步地，在本发明的一个实施例中，数据采集模块400包括高精度数据采集卡，用于采集数据处理模块300中处理后的电信号。

进一步地，在本发明的一个实施例中，工控机500用于根据列车运行速度调节数据采集模块400的采集速度；还用于处理数据采集模块400采集的电信号，计算各车轮擦伤量和磨损量，并显示车轮外形曲线，判断车轮外形曲线是否不圆，若是，则报警提示。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：供电模块600，用于为测速模块100、至少两个测量模块200、数据处理模块300、数据采集模块400和工控机500提供电能；定位报警装置，与工控机500连接，若工控机500显示的车轮外形曲线大于预设值，则定位报警装置进行报警并记录当前缺陷值。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一个实施例的车辆轮对踏面擦伤及不圆度并联接触式检测系统的结构示意图；

图2是本发明一个实施例的测量模块刨面示意图；

图3是本发明一个实施例的测量模块的结构示意图；

图4是本发明一个实施例的车辆轮对踏面不圆度检测系统原理示意图；

图5是本发明一个实施例的车辆轮对踏面擦伤及不圆度并联接触式检测系统的工作流程图。

附图标记说明：

10-车辆轮对踏面擦伤及不圆度并联接触式检测系统结构、100-测速模块、200-至少两个测量模块、201-位移传感器、202-检测面、203-复位结构、204-外壳、300-数据处理模块、400-数据采集模块、500-工控机和600-供电模块。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

需要特别说明的是，在不冲突的情况下，本申请公开的各个实施例之间或者实施例包括的特征之间可以相互组合。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的车辆轮对踏面擦伤及不圆度并联接触式检测系统。

图1是本发明一个实施例的车辆轮对踏面擦伤及不圆度并联接触式检测系统结构示意图。

如图1所示，该车辆轮对踏面擦伤及不圆度并联接触式检测系统结构10包括：测速模块100、至少两个测量模块200、数据处理模块300、数据采集模块400和工控机500。

其中，测速模块100通过网络传输设备连接工控机500，至少两个测量模块200通过网络传输设备连接数据处理模块300，数据处理模块300通过网络传输设备连接数据采集模块400，数据采集模块400通过网络传输设备连接工控机500。

进一步地，网络传输设备为有线的网络传输设备，如线缆、交换机或光纤等，也可以是无线的网络传输设备，如3G\4G\5G或GPRS等无线通信模块。

进一步地，测速模块100为两个磁钢传感器，用于测量列车运行速度。

进一步地，如图2-3所示，每个测量模块200均包括：位移传感器201、检测面202、复位结构203和外壳204，其中，位移传感器201通过螺栓定位并固定在缸体外壳204之上，复位结构203连接检测面202及缸体外壳204，位移传感器201顶端与检测面202的下表面固定连接。

至少两个测量模块200紧密并联加装在轨道内部两侧，一般可通过安装架将至少两个测量模块200安装在轨道内侧，检测面202与轮对轮缘直接接触，当轮对轮缘与检测面202接触时，位移传感器201测量检测面202相对于车轮踏面的垂直位移量，根据垂直位移量输出相应电信号，复位结构203在检测面202下压后恢复原位。

具体地，每个测量模块200通过高精度的位移传感器201可直接测量列车运动时轮缘接触检测面202后检测面相对钢轨的垂直位移量,当车轮踏面为标准圆形时，车轮踏面与轮缘的相对高度不变，此位移量保持不变，此时位移传感器201输出相对不变；当车轮踏面存在擦伤，则相对高度有突然变化，位移传感器201可直接测出该变化，即可得到其擦伤量；当车轮踏面有磨损时，位移传感器201的读数值相对无磨损车轮有明显变化，此变化量通过工控机500处理，得到车轮踏面的磨损量。

例如，如图4所示，左边为正常车轮，检测面202与轮缘接触，位移传感器201测量车轮踏面与轮缘的相对高度，与标准圆形车轮踏面预设高度一致，右边为形变车轮，位移传感器201测量车轮踏面与轮缘的相对高度，与标准圆形车轮踏面预设高度相比存在差异，则位移传感器201直接测出该变化量，输出相应电信号。

至少两个测量模块200为2N个，N为正整数，每个测量模块长度为100mm左右，N个测量模块所测量的总长度大于车轮周长，以保证对车轮进行全周测量，进而间接实现对车轮踏面不圆度的测量，定量检测轮对滚动圆的不圆度。

进一步地，复位结构203可用气动或弹簧等结构，具体地，气动方式的复位结构203可采用空压机和气缸，相对于弹簧的方式其寿命更长，但对于室外温度较低的环境下，使用方式会受到限制，因此气动方式复位结构可在室内环境下应用，而复位结构203采用弹簧能够适应室外低温环境。

另外，本发明中的检测面202很短，因此，复位结构203在复位时所需力也较小，不易变形，提高检测精度。

可以理解的是，传统平行四边形结构检测系统复位时，在复位弹簧的作用下，由于检测面过长，检测面会承受很大的弯矩，造成检测面202形变，该变形将会使得检测精度降低，并减少系统使用寿命。相对于传统平行四边形结构检测系统，本实施例由于采用的检测面202短，至少两个测量模块200在复位时不易形变，大大提高检测精度及寿命。

进一步地，数据处理模块300包含2M个低通滤波电路，M为正整数，并加入共模电感及高压电容，以消除2N个位移传感器输出的相应电信号存在噪声及信号与信号间的共模干扰等。此外，本发明中还可加入防雷电路防止雷击浪涌，从而提高系统的可靠性。

进一步地，数据采集模块400包括高精度数据采集卡，用于采集数据处理模块300中处理后的电信号，并通过工控机500中的预设软件根据测速模块100测得的当前列车运行速度实时调节数据采集速度。

进一步地，工控机500用于根据列车运行速度调节数据采集模块400的采集速度；还用于处理数据采集模块400采集的电信号，计算各车轮擦伤量和磨损量，并显示车轮外形曲线，判断车轮外形曲线是否不圆，若是，则报警提示。

进一步地，本发明还可包括：供电模块600和定位报警装置(图中未标出)，其中，定位报警装置600与工控机500连接，当工控机显示的缺陷值大于设定值的时候，定位报警装置记录该值，并记录显示是哪个特定的车轮存在故障，有利于技术人员在列车静止后对车轮进行有针对性的复检。工控机自动记录每个车轮运行情况，能够为车轮、机车及线路的运行情况分析提供参考。供电模块600则为测速模块100、至少两个测量模块200、数据处理模块300、数据采集模块400和工控机500提供电能。

需要说明的是，本发明为提高采样的效率，采用递推式智能采样，这样可使采样的通道数控制在6ch；采用自学习方法消除传感器漂移、检测面磨耗、安装架形变等对测量精度的影响；检测面做硬化处理，提高使用寿命。

因此，如图5所示，本发明提出的车辆轮对踏面擦伤及不圆度并联接触式检测系统的工作流程为：在系统开机后，程序自动完成系统的自建及高精度数据采集卡的初始工作，并进行自检，自检成功后，系统不间断采集远端磁钢信号，来车时，列车驶入检测棚，远端磁钢检测到车辆驶入，系统开始实时采集铁轨内侧全部测量模块200的位移传感器输出的电信号；根据磁钢传感器100可自动测量出列车运行的速度，以便于工控机500调节数据采集速度；根据实际需要，位移传感器201输出电信号通过数据采集卡400采集后将传至工控机500；根据测量原理，对电信号进行处理后计算各车轮磨耗和擦伤量，提取超过阈值的数据，连接定位报警装置进行报警，并显示车轮外形曲线，实现形变车轮定位、形变车轮擦伤深度及不圆度数据显示。

综上，本发明实施例提出的车辆轮对踏面擦伤及不圆度并联接触式检测系统，每个测量模块较小，测量模块检测面复位所需力小，使得其能快速恢复，检测面不易变形，提高检测精度及系统使用寿命；不受车速及环境限制，能实现踏面圆周的全面检测；采用间接接触动态测量的方法，可在线动态检测；根据纹理特征能够区分踏面缺陷的类型—擦伤或剥离，根据类型计算相应的缺陷参数。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。