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量設備的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種鐵路車輪的檢測設備。
背景技術：
車輪作為鐵路機車和車輛的重要行走部件，需要安全可靠地承擔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展，對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象將引起車輛軌道系統一系列動力響應的變化，對行車穩定性和安全性、舒適性以及車輛軌道系統各個部件使用壽命有很大影響一、車輪踏面短波長的波浪形非圓化磨損將引起輪軌高頻沖擊載荷，長波長的非圓化化磨損將引起低頻輪軌接觸力的增大，導致輪軌和車輛簧下結構損傷。二、車輪圓周的非圓化還將引起車輛縱橫向發生周期性運動，加劇輪軌之間的磨損；如直線軌道鋼軌出現長波長側磨、車輪出現凹坑形側磨，不僅影響輪軌服役時間，嚴重的情況可能引發脫軌。三、車輪非圓化磨損導致的沖擊及其噪聲將影響乘客的舒適度。 車輪表面粗糙度對輪軌的運行具有重要的影響由于列車的牽引、制動和運行都要靠輪軌之間的滾動摩擦接觸作用得以實現，因此輪軌之間的作用品質直接影響到列車的運行品質和安全以及鐵路運輸的成本。增加粗糙度能提高輪軌的粘著系數，保證運行安全，但同時也會對輪軌的損傷產生非常大的影響作用。 因此，為了確保列車的高效安全運行，必須及時測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。而目前我國鐵路各種機車車輛上約有500萬個車輪處于運營之中，為滿足營運的要求，需要在現場中對車輪進行不拆卸的直接測量，且測量設備必須是便攜式，能在現場中方便地移動、安裝和拆卸，并且測量精度和效率要高。
實用新型內容本實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量設備，該試驗設備能方便地在現場測量各種車輪圓周的表面粗糙度及非圓化磨損情況；且該設備便于攜帶、自動化程度高、操作簡單方便、控制與測試的精度高、試驗數據的重現性好。[0007] 本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是一種車輪圓周表面粗糙度及非圓化磨損便攜式測量設備，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接口分別與計算機的串口和USB接口相連；小輪機構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輸出端與激光位移傳感器的控制信號輸入端相連。
本實用新型的工作過程和原理是 將小輪機構的小輪靠在被測車輪的踏面上，再將激光頭支撐座及其上的激光頭置
于被測車輪前側，并使激光頭的位置與被測車輪踏面的距離在其有效工作距離內。
開啟激光位移傳感器及計算機，將激光頭與被測車輪的初始距離測試值置零。使被測車輪轉動，帶動小輪隨同轉動，由增量光電編碼器檢測出傳動小輪的轉動角度，按設定 的轉動角度間隙向激光位移傳感器發出觸發脈沖信號，控制激光位移傳感器按相同的角度 間隙測出被測車輪距離與初始距離測試值的偏差值，最后將測出的偏差值序列及對應的小 輪轉動角度序列送入計算機處理，即得到被測車輪的圓周表面粗糙度及非圓化磨損情況。
與現有技術相比，本實用新型的有益效果是 —、通過激光位移傳感器，在車輪旁實現了對車輪不落輪(不拆卸)的現場檢測， 檢測方便快速。設備僅由激光位移傳感器及與其線連接的計算機、小輪機構組成，其結構簡 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 于現場使用。 二、被測車輪轉動帶動小輪的轉動，轉動角的數據依靠傳動小輪上的增量光電編 碼器發出的脈沖信號而定，與車輪轉動的速度無關，測量過程中，車輪轉動的速度不受限 制；各點數據的采集依據增量光電編碼器產生的脈沖信號自動進行，自動化程度高，測量數 據精確可靠，重復性好。 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試車輪圓周的徑向偏
差與周向位置，其測量精度高，可靠性強。實驗結果表明，其測量精度可達O. lym。 四、通過激光位移傳感器的串口 (RS-232)與計算機上的串口連接來實現數據的
通訊，傳輸數據速度快、不易丟失數據，并可直接利用計算機中的超級終端模式進行數據顯
示與存儲，數據采集更為方便與簡單。通過計算機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。 上述的小輪機構的具體構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。 這種小輪機構通過張緊彈簧可使小輪與車輪踏面接觸良好，確保車輪轉角度即周 向位置準確，進一步確保了測量結果的準確性和可靠性。同時，小輪機構通過支撐座置于地 面的方式可方便實現小輪機構的放置與位置調整，也使測試設備便于攜帶，現場安裝與調 試極其方便。 上述的激光頭固定在激光頭支撐座的具體結構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。 磁鐵座構成的支撐座可使激光頭和小輪機構吸合固定在軌道上，既降低了支撐座 的重量，又能牢固固定，同時移動操作也很方便。 上述的小輪的圓周面上設有內陷的凹槽，在凹槽中鑲嵌有橡膠圈。 傳動小輪沿圓周被加工成凹槽，在凹槽內鑲嵌有橡膠圈，這有利于增加傳動小輪
與被測車輪之間的傳動摩擦力，從而在傳動過程中不易打滑，保證了傳動小輪與被測車輪
的同步轉動，以確保測量的準確。
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細地描述。
圖1是本實用新型實施例的結構原理示意圖。[0026] 圖2是本實用新型實施例的小輪機構的右視結構示意圖。 圖3是本實用新型實施例對一產生了非圓化磨損的車輪進行測試的測量結果。[0028] 圖4是圖3的同一車輪進行旋修后，用本實用新型實施例的設備再進行測量的結果。 圖3、4中橫軸為與小輪轉動角度對應的車輪被測點的周向位置，縱軸為車輪踏面被測點的徑向距離偏差值。
具體實施方式
[0030] 實施例 圖1示出，本實用新型的一種具體實施方式
為 —種車輪圓周表面粗糙度及非圓化磨損便攜式測量設備，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接口分別與計算機5的串口和USB接口相連；小輪機構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的信號輸出端與激光位移傳感器1的控制信號輸入端相連。[0033] 圖1、圖2示出，小輪機構2的具體構成為小輪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的具體結構為激光頭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的圓周面上設有內陷的凹槽，在凹槽中鑲嵌有橡膠圈。 測試時，將小輪機構的小輪21靠在被測車輪10的踏面上，再將激光頭支撐座12及其上的激光頭11置于被測車輪10前側，并使激光頭11的位置與被測車輪10踏面的距離在其有效工作距離內。 開啟激光位移傳感器及計算機，將激光頭與被測車輪的初始距離測試值置零。使被測車輪10轉動，帶動小輪隨同轉動，由增量光電編碼器22檢測出傳動小輪的轉動角度，按設定的轉動角度間隙向激光位移傳感器發出觸發脈沖信號，控制激光位移傳感器按相同的角度間隙測出被測車輪10距離與初始距離測試值的偏差值，最后將測出的偏差值序列及對應的小輪轉動角度序列送入計算機處理，即得到被測車輪的圓周表面粗糙度及非圓化磨損情況。 圖3為采用本例的設備對某一車輪的測量結果。由圖可見，該車輪的磨損呈現明顯的不均勻性，車輪最大磨損深度約為0. 200mm，最小磨損深度為0. 050mm ;且表現為沿圓周呈九個波為一組的規律重復變化，九個波中峰值大小不盡相同；由此可以得出結論該車輪發生了非圓化磨損，需要拆卸、檢修。 圖4為圖3的車輪經旋修后用本實施例設備再次進行檢測的測量結果。由圖可見，檢修后的車輪表面粗糙度分布較均勻，通過計算得出其平均粗糙度值約為19.8iim。
權利要求一種車輪圓周表面粗糙度及非圓化磨損便攜式測量設備，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接口分別與計算機(5)的串口和USB接口相連；小輪機構(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)的信號輸出端與激光位移傳感器(1)的控制信號輸入端相連。
2. 根據權利要求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量設備，其 特征在于所述的小輪機構(2)的具體構成為小輪(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. 根據權利要求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量設備，其 特征在于所述的激光頭(11)固定在激光頭支撐座(12)的具體結構為激光頭(11)通過 連接桿(13)固定在激光頭支撐座(12)上。
4. 根據權利要求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量設備，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. 根據權利要求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量設備，其 特征在于所述的小輪(21)的圓周面上設有內陷的凹槽，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量設備，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接口分別與計算機(5)的串口和USB接口相連；小輪機構(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)的信號輸出端與激光位移傳感器(1)的控制信號輸入端相連。該試驗設備能方便地在現場測量各種車輪圓周的表面粗糙度及非圓化磨損情況；且該設備便于攜帶、自動化程度高、操作簡單方便、控制與測試的精度高、試驗數據的重現性好。
文檔編號G01B11/30GK201532194SQ20092026659
公開日2010年7月21日 申請日期2009年11月13日 優先權日2009年11月13日
發明者劉啟躍, 吳磊, 周仲榮, 房建英, 王文健, 石心余, 郭俊, 金學松 申請人:西南交通大學