基于一种便携式测量仪的轨道车辆轮径测量方法.pdf

第 期 总第 期 年 月 机 械 工 程 与 自 动 化 MECHANICAL ENGINEERING AUTOMATION No Jun 文章编号 基于一种便携式测量仪的轨道车辆轮径测量方法 单清群 王传刚 朱善峰 沈景远 张科俭 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东 青岛 北京科大同创机电有限公司 北京 摘要 为快速 精准 便利地测量车轮滚动圆直径 设计了一种测量方法 此方法基于一种便携式非接触测 量仪 利用激光位移传感器作为其测量传感器 通过 CCD 视觉检测技术和 DSP 技术实现了对车轮滚动圆直 径的非接触测量 根据非接触测量原理的需要设计了一款车轮直径测量辅助工装 通过测量仪和辅助工装的 联合运用 实现了对列车车轮直径快速 精准 方便地测量 关键词 车轮滚动圆直径 非接触式测量 便携式测量仪 车轮直径测量辅助工装 中图分类号 TH 畅 文献标识码 A 收稿日期 修订日期 作者简介 单清群 男 山东青岛人 工程师 本科 主要从事检测技术方面的工作 1 问题的提出 城市轨道交通具有快速 安全 准时 运量大等优 点 作为城市公共交通的主要发展方向已得到广泛认 同 轮对作为城市轨道交通车辆走行部重要的组成 部分 具有承担车辆全部载荷和冲击 引导车辆沿着钢 轨高速行驶 与钢轨黏着产生牵引力或制动力的作 用 随着城市轨道车速不断提高 里程不断增加和 载重量增大 轮对磨耗加剧 车轮踏面磨耗达到一定 程度时必须对车轮进行镟修处理将损伤部分切削掉 而镟修会减少车轮滚动圆直径 如图 所示 车轮直 径的改变会引起一系悬挂改变 从而影响车辆运行速 度 通过曲线能力以及舒适性等 所以如何精确 快速 地测量车轮直径十分重要 图 滚动圆直径 目前国内外测量轮对几何参数主要依靠人工检 测 其中车轮滚动圆直径是测量的主要参数 测量方 法分为接触式测量和非接触式测量 由于接触式测量 极易造成接触传感器的损坏 因此实际应用较少 而多 使用非接触式测量 与接触式测量相比 非接触式测 量方式具有测量速度快 无损伤 测量精度高等优点 在使用非接触测量仪进行检测时需要用到不同的辅助 工装 在测量车轮直径时需要直径尺辅助测量 为了 减少车辆维修时间 有效增加车辆使用效率和经济效 益 本文设计了一种辅助非接触式测量的工装 从实现 车轮直径的快速检测 2 轨道交通车辆车轮滚动圆直径测量仪 机械式测量仪 目前国内常用的机械式车轮直径测量量具为杆式 刻度读数测量尺 如 JL 系列机车车辆轮径测量器 如图 所示 在相对尺寸测量时 极限误差 mm 绝对测量时 极限误差 mm 这种测量尺的 主要缺点是 测量精度低 操作误差大 操作复杂 不易 读数 耗费工时 无法满足目前快速 精确的测量要求 图 JL 系列机车车辆轮径测量器 机械电子式测量仪 随着单片机 DSP 技术的不断发展 机械电子式 的测量仪不断出现 如芬兰的 M 和 M 轮径 测量仪 其测量精度为 mm 美国国际电子机械 有限公司的便携式轮径电子测量仪 其测量精度为 mm 白俄罗斯 Riftek 公司的 IDK 手持式数字 车轮径测量仪 其测量精度为 mm 虽然与之前 的机械式测量仪相比更智能 自动化程度更高 但是精 度仍不够高 不能达到准确测量的目的 3 非接触式测量仪 非接触式测量主要基于激光位移传感器通过三角 测量法进行测量 激光具有高方向性 高单色性和高 亮度等特点 可实现无接触远距离测量 激光位移传 感器就是利用激光的这些优点制成的新型传感器 它 的出现使位移测量的精度 可靠性得到极大地提高 也 为非接触位移测量提供了有效的测量方法 激光位移传感器 激光位移传感器主要包括半导体激光发生器 透 镜 镜片组 CCD 和信号处理器五部分 激光通过半 导体激光发生器发出 经透镜形成 XY 平面光幕照射 到物体上时形成一条物体轮廓线 镜片组收集由被测 物漫反射的光 并将其成像到面阵 CCD 上 最后由信号 处理器进行处理分析 便可计算出轮廓线长度和轮廓线 高低 激光位移传感器工作原理示意图如图 所示 便携式非接触测量仪 便携式非接触测量仪由上位机和下位机两部分组 成 上位机包括计算机串口通信协议 SCI 和 PC 电 脑 下位机主要由光电编码器 激光位移传感器 AD 模块 QEP 模块 DSP 和存储器组成 便携式非接触 测量仪系统框图如图 所示 半导体激光发生器 透镜 镜片组 CCD 信号处理器 图 激光位移传感器图 便携式非接触 工作原理示意图测量仪系统框图 计算机发送指令后 通过 SCI 由 DSP 接收 DSP 驱动 AD 模块和 QEP 模块以及传感器和编码器 传感 器接收输入信号后由 AD 和 QEP 传入 DSP 中进行处 理 之后 DSP 将处理得出的数据存入存储器中 完成 全部输入信号的采集后 DSP 从存储器中调出存储的 数值 进行计算 DSP 完成计算后 发送数据回计算 机 并且由 LCD 显示结果及蜂鸣器声音提醒 便携式 非接触测量仪工作原理如图 所示 图 便携式非接触测量仪工作原理 4 便携式非接触测量仪车轮直径测量方法 便携式非接触测量仪可在轨道车辆不落轮的情况 下快速 精准 方便地测量轮缘直径 再通过自身辅助 程序计算出车轮滚动圆直径 但由此测量仪采用 CCD 视觉测量得到的光学图像边界受现场环境光和 被测物表面颜色影响较大 实际测量时需采用特殊 测量工装辅助 车轮直径测量辅助工装设计 车轮直径测量辅助工装如图 所示 它由两个测 量圆柱 两个贴合柱 磁铁和量规组成 两个测量圆柱 位于量规前段弯折区 量规的后部及中部各有一个贴 合柱以保证工装在测量时可以稳定贴合在轮缘上不晃 动 磁铁分布在贴合柱的两侧以保证量规与车轮固定 车轮直径测量流程 测量时 将量规平整放置于车轮内端面 之后将量 规向车轴方向推动 直到两个贴合柱和轮缘圆弧顶部 相接处 此时注意接触点的轮缘不能有异常变形 确保 两个贴合柱与轮缘接触 如图 所示 通过磁铁将量 规固定于车轮上 以确保量规和车轮不会在测量时产 生相对滑动 以保证测量精度 测量柱 贴合柱 磁铁 背面 量规 图 车轮直径测量辅助工装 图 贴合柱与轮缘接触 激光位移传感器发射的三条激光必须同时照射到 两个测量柱与它们之间的轮缘上 中间的激光线应该 略微倾斜地从轮缘的一边进入 另一边穿出 传感器 与测量柱应保持约 cm 的距离 使发出的激光线可 以在两个测量柱中间看到 如图 所示 最后调整传 感器位置 使激光线和量规弯折区相平行 保证实线传 感器的位置与虚线传感器位置重叠 以此测量轮缘直 径 如图 所示 图 轮缘直径测量示意图 图 传感器测量位置 计算车轮滚动圆直径需要轮缘高度参数 将测量 好的轮缘高度导入计算机辅助程序 当测量仪成功测 量轮缘直径后 便可计算出车轮滚动圆直径 5 结论 本文研究了一种基于便携式测量仪的轨道交通车 辆车轮滚动圆直径测量方法 根据非接触测量原理的 需要设计了一款车轮直径测量辅助工装 通过非接触 式测量和辅助工装的联合运用 实现了对列车车轮直 径快速 精准 方便的测量 不仅满足了对于车轮直径 测量的精度要求 为车轮检修提供精确数据 而且在不 落轮的情况下进行测量 大大减少了车轮测量和车辆 维修时间 有效地提高了车辆利用率和经济效益 参考文献和英文摘要转第 页 年第 期 单清群 等 基于一种便携式测量仪的轨道车辆轮径测量方法 据 并对其进行显示分析 图 振动信号传输至 OneNET 平台波形显示 从 OneNET 平台获取数据点应该使用 HTTP 的 GET 方法 通过 Qt 的 QNetworkAccessManager 函 数建立 HTTP 连接 在通过 GET 方法获取 OneNET 平台数据时 可 以通过加一些参数值来获取特定数据 如用 start 参数 设置获取数据点初始时间 用 end 参数设置获取数据 点终止时间 用 limit 参数限定获取数据点个数等 URL 参数以 参数名 参数值 的形式给出 参数与参 数间以 隔开 本程序中使用 Qt 提供的 calendar Widget 日历控件使用户方便地选择想要获取的数据 点的日期 并转换为 QDate 数据类型组成 start 与 end 参数 其获取数据的发文格式代码如下 QString Onenetgeturl QString http api heclouds com de vices datapoints datastream id point start end limit arg starttime arg endtime 由于 Qt 获取的数据类型为 JSON 格式 因此需要 通过 QJSON 类解析获取文本 通过解析所获取的 QJSON 格式文本 提取 OneNET 平台所存储的振动 信号 为了直观显示振动信号数据 使用 Qt 的绘图 类插件 QWT 将获取的振动信号时域波形显示在应用 程序界面 PC 端从 One NET 平台获取的振动信号 如图 所示 图 PC 端从 OneNET 平台获取的振动信号 4 结论 本文通过 OneNET 平台的使用 将振动信号通过 矿井风机现场的嵌入式系统传输至物联网平台 并由 物联网平台下载至 PC 端 在传输过程中 没有人为 干预 振动信号无失真 通过物联网平台的应用 极大 地扩展了振动信号的传输范围 使得不在现场的专家 及技术人员可以随时随地获取振动信号数据 便于对 风机运行状况作出准确专业的判断 保障了风机的平 稳运行 从而达到了保护煤矿财产及工作人员人身安 全的目的 参考文献 唐卫国 煤矿矿井主扇风机选型设计及应用实践 J 低 碳世界 舒文琼 搭建物联网运营管理平台中国移动拒绝做 哑管 道 J 通信世界 卢华伟 秦品健 郑锐 基于 Qt Qwt 的操作监控系统的 设计与实现 J 微计算机信息 Application of Internet of Things in Remote Monitoring of Mine Fan XUAN Zhao yan WANG Kai liang College of Mechanical Engineering North China University of Science and Technology Tangshan China Abstract With the OneNET networking platform as the transmission platform the mine fan vibration signal is collected by the field embedded system and transmitted to the OneNET platform and then downloaded by the user at the end of the computer By use of Qt programming language through the network transmission the built in Qt in text analysis and graphical display module the transmission acquisition and display of vibration signal is realized and the transmission range of the vibration signal is extended and the accuracy of fan fault diagnosis is indirectly increased Key words mine fan Internet of things OneNET remote monitoring 上接第 页 参考文献 王伯铭 城市轨道交通车辆总体及转向架 M 北京 科 学出版社 杨建伟 张元 城市轨道交通车辆工程 M 北京 中国铁 道出版社 古小灵 JL 系列机车车辆轮径测量器 J 中国铁路 马林 车轮踏面外形几何参数的检测技术 J 国外铁道 车辆 孙效杰 周文祥 王辉艳 铁道车辆轮径测量仪 J 内燃 机车 Method for Measuring Wheel Diameter of Urban Rail Vehicle by Portable Measuring Instrument SHAN Qing qun WANG Chuan gang ZHU Shan feng SHEN Jing yuan ZHANG Ke jian CRRC Qingdao Sifang Co Ltd Qingdao China Beijing KDTC Technology Co Ltd Beijing China Abstract A measuring method is designed to measure the diameter of wheel rolling circle quickly easily and accurately This method is based on a portable non contact measuring ins