铁路货车车轮动、静态检测技术

铁路货车车轮动、静态检测技术

【摘 要】本文主要介绍了铁路货车车轮动、静态检测的现状、方式和具体的检测方法。

【关键词】货车车轮；轮对；动态检测；静态检测；车轮踏面

0 概述

车辆轮对参数的测量方法基本分为静态检测法和动态检测法。静态检测法是指铁路车辆停止运行检修时进行的测量。动态检测则是指铁路车辆在运时进行的测量。静态检测和动态检测技术又包括以下几种方式：（1）便携式测量方式， 主要采用各种传感器测量轮对的单一或者几个几何尺寸。这类测量方法具有操作简单、方便等优点， 但是存在测量参数不精准， 测量自动化程度低等问题。（2）接触式自动测量方式， 其测量原理是将轮对支起， 并将其旋转， 用多种接触式传感器测量各种几何寸。这种测量方法的主要缺点是接触式测量， 极容易损坏测量的接触式传感器。（3）非接触测量方式， 主要是采用CCD技术和激光传感技术。这类测量方法可以实现车辆轮对的动态检测， 具有非接触、检测速度快等优点。

1 车辆轮对静态检测技术

车辆轮对静态检测技术是指铁路车辆的轮对在检修过程中， 将车轮从车辆上卸下， 用相应的检测仪器或装置进行测量。国内外静态检测技术主要采用的方法有以下几种：

1.1 专用卡尺法

卡尺法目前多使用LLJ-4型铁道车辆车轮第四种检查仪。该检查仪参考国际标准，可测量车轮踏面圆周磨耗轮缘厚度踏面擦伤、剥离、轮辋厚度等一系列的车轮故障，并且采用了游标原理，测量精度可达0.1-0.2mm。优点是操作较方便， 缺点就是游标读数易受人为因素的影响。

1.2 平行四边形机构测量车轮任意平点直径

平行四边形机构的轮对自动测量装置该装置以平行四边形机构为基础， 可以同时测量车轮踏面直径、擦伤、凹陷、磨耗等参数。踏面直径的测量原理如图1所示。通过测量系统中的导向机构， 将平行四边形机构中的测量尺的边缘直接紧靠于踏面滚动圆， 侧量尺与钢轨之间的距离就是踏面直径。车轮通过测量机构， 激光位移传感器记录得到的理论波形为一梯形波， 通过比较测量可以确定踏面任意点的直径为D 被测 j=D标准j+△j 式中个参数分别为被测车轮踏面任意点的直径、标准车轮对应点的直径及被测车轮与标准车轮对应点直径之差。其差值引起平行四边形测量机构上测量尺的移动， 由激光位移传感器直接测量

得到。若踏面存在擦伤和剥离情况， 测量尺会发生局部移动， 得到相应的图形。经过仪器分析， 得到踏面擦伤深度、擦伤长度以及剥离长度等几何尺寸。这套轮对自动测量装置的测量周期约为40s， 轮径误差不大于0.3mm， 轮缘厚度误差不大于0.4mm， 踏面磨耗误差不大0.2m， 检修过程中， 从机车上卸下， 用相应的检测仪器或装置进行测量。

2 车辆轮对动态检测技术

目前国内外动态检测技术主要采用的方法有以下几种。

2.1 超声遥测检测装

俄罗斯联邦铁路研制的轮对参数自动化检测装置。它采用超声遥测的非接触方法， 当铁路车辆以不大于5km/h的速度运行时， 遥测传感器组可测出距车轮各个特征表面的距离， 经终端系统分析处理后， 可得出车轮直径、轮缘厚度、踏面磨耗和垂直磨耗等参数。测量误差分别为轮径误差不大于1mm， 轮缘厚度误差不大于0.5mm， 踏面磨耗误差不大于0.3mm。整套测量装置由传感器组、地面测量单元、数据传输线路、操纵控制单元和外部设备等组成。此检测装置的不足之处在于结构复杂， 安装调试困难。

2.2 加速度峰值评法

日本研制了“ 车轮踏面损伤检测装置”， 如图2所示。相同的2个加速度传感器安装在钢轨座处， 相距半轮周长S/2， 测量前后1/4周长的震动。装置除检测踏面损伤外， 还能测量车辆通过监测点的速度。该测量系统因车轮踏面损伤会引起冲击波形，这种冲击波形会和钢轨的共振波形重叠， 因而加速度峰值无法精准的反映出车轮踏面的损伤程度。

2.3 基于图像的自动检测方法

在国外， 日本、德国、美国等国都已研制出了一些基于图像处理方法的自动检测设备。近年来， 我国也已经开展了基于图像的自动检测系统的研究， 并取得了很大的成果，如高速列车轮对自动检测系统的原理及实施方案和基于图像的轮对在线动态检测应用研究闭等， 下面简要介绍几种国内外基于图像检测的方法和装置。

（1）日本研制的车轮踏面形状自动测定装置。如图3， 测量装置有细激光束、CCD、车轮检测器、同步检测传感器及遮光板组成激光是在一个车轮通过的时候照射， 用光电传感器捕捉通过的车轮轮缘， 用高速随机光栅摄影。对所摄影的像， 在系统中经滤波和细化处理， 抽出激光图像的中心线， 算出车轮各部位的尺寸。测量车（下转第219页）（上接第201页）轮直径误差不大于0.5mm， 轮缘高度误差不大于0.5mm， 轮缘厚度误差不大于0.1mm， 轮对内距误差不大于0.1mm。

（2）德国铁路研制的轮对自动诊断装置工作原理是将缝隙光光带以规定角度透射到车轮上形成可辨认的轮廓， 同时用摄像机在对应角度捕捉反射的光束。车轮图像是通过布置在每根钢轨上的4个半导体摄像机拍摄的， 经过分析处理后便可计算出轮缘厚度、踏面磨耗和车轮内距等参数。

（3）美国研制成功了2种形式的车轮自动检测系统， 低速检测型和高速检测型。低速检测型可在列车运行速度不超过8km/h的情况下检测到轮缘厚度、踏面磨耗和车轮内距等参数。高速检测型可在列车运行速度不超过72km/h的情况下打检测车轮各项的参数。

（4）国内基于图像的轮对在线动态检测应用研究时的检测装置由CCD和激光线光源为核心的基本检测单元安装在机车轮对检测线上， 当机车接近检测区域时， 传感器启动现场检测器件， 摄像机捕捉车轮的轮廓图像， 对图像进行处理计算。测量精度可达0.4mm。基于图像的自动检测方法， 采样率高、机构简单、测量精准度高， 但是造价相对较高。另外， 光源相对摄像机位置的微小变化将会增大检测参数的误差。

3 总结

车辆轮对动态检测技术可以实现车辆车轮的非接触检测， 检测速度快、在线测量等优点。在动态检测中， 由于基于图像的自动检测方法可以实现车辆车轮的非接触检测、检测速度快、采样率高、机构简单、在线测量， 随着数字图像处理技术的进一步发展， 其精度和可靠性会大大提高。因此受到国内外专家的广泛关注， 成为国内外研究的重点。