一种列车车轮径向跳动的检测方法

技术领域

本发明涉及列车检测领域，具体涉及一种列车车轮径向跳动的检测方法。

背景技术

高速列车在运营一定里程后，车轮圆周踏面产生不规则磨损，导致车轮半径产生径向跳动而使车轮呈现多边形。车轮多边形会加剧轮轨动态作用，产生高频轮轨冲击振动，对轨道和车辆部件产生破坏，并恶化乘车舒适性，影响乘客乘车体验。因此，需要定期对车轮多边形情况进行检测及镟修。而按照目前的镟修标准，车轮径向跳动量的检测要达到微米级别才能判断是否需要镟修。

目前常用的检测车轮径向跳动的方法，首先将车辆停止，然后利用千斤顶支起单个轮对，再将微动探针传感器固定在铁轨上，最后手工转动车轮采集车轮踏面径向跳动量并计算车轮多边形数值。这种方法虽然具有较高的准确度，但是操作繁琐，费时费力。现有的接触式擦伤装置可检测车轮擦撞状态以获取车轮的不圆度，但是其并不是轴心为基础进行测量，因而无法反映车轮踏面的偏心情况，不能用于车轮径向跳动的精确测量。发明专利CN 108562446 B公开了一种基于轴箱振动时频域特征车轮多边形检测方法及终端设备，通过获取车轮运行速度、在该速度下轴箱振动加速度主频率和加速度最大值，以及理想圆顺车轮作用下轴箱的加速度振动主频率值等数据来判断车轮是否存在多边形化损伤。发明专利申请CN 108734060 A公开了一种高速动车组车轮多边形化的识别方法及装置，采用轨底纵向的应变传感器，通过监测驶经断面的车轮激励对钢轨产生的响应，获取车轮激励下的钢轨响应信号；对车轮激励下的钢轨响应信号进行预处理；在钢轨响应信号预处理的基础上提取信号特征，构造车轮多边形化指标；利用构造的车轮多边形化指标，识别车轮多边形化故障。发明专利CN 109323754B公开了一种列车车轮多边形故障诊断检测方法，首先选取1～4阶车轮多边形故障的轨道振动信号和正常车轮的轨道振动信号，作为训练样本的选择目标；采集训练样本信号，并进行改进的经验模态分解；然后选取分解得到的IMF分量，使用被选取的IMF分量求解对应的时频特征量，并作为训练样本的输入信号；选取该训练样本信号对应的故障特征作为该训练样本的标签值，生成训练样本数据；最后进行改进的BP神经网络训练，得到车轮全局不圆顺的故障识别模型，并进行车轮状态识别。发明专利申请CN114544206 B公开了一种轨道交通机车车辆轮对多边形故障检测方法及装置，包括初始化噪音监测模型的输入变量，输入变量包括轮对的轮径、车辆行驶速度、监测噪音中的一项或者多项，采集噪音数据，并进行预处理，利用短时傅里叶变换提取出预处理后的噪音数据的频谱特征，并对其进行分析，得出不同频率噪音的声压级密度阈值，读取待监测的轮对噪音数据、轮径和车辆行驶速度，根据轮对噪音数据、轮径和车辆行驶速度得到频域数据，根据频域数据和不同频率噪音的声压级密度阈值，计算该频段对应的车轮多边形阶次，根据阶次判断车轮是否异常，根据异常信息生成故障检测结果，并上报故障检测结果。可见，现有的检测车轮多边形的方法主要从车轮多边形对环境产生的影响信号来进行分析处理并做出检测的，需要用到的数学处理复杂，计算量大，实施难度较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种列车车轮径向跳动的检测方法，该方法可在线精确获取车轮径向跳动量以用于车轮多边形分析，方法简单直接，便于推广实施。

为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种列车车轮径向跳动的检测方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤S1：在列车车轮滚动测量的起始时刻和终了时刻，车轮轴线沿某一方向平移所成平面与车轮踏面相交的部位分别为起始部位和终了部位，利用第一激光测量车轮轴线在起始时刻和终了时刻之间的轴线位移，利用第二激光测量终了部位和起始部位之间的踏面位移；

步骤S2：计算轴线位移与踏面位移的差值，即为初始半径至终了半径的径向跳动量，所述初始半径为初始部位至车轮圆心的半径，所述终了半径为终了部位到车轮圆心的半径。

优选的，所述步骤S1中，列车沿平直轨道前进，在列车车轮前进方向的正前方或正后方设置第一激光干涉仪和第二激光干涉仪，第一激光干涉仪发射所述第一激光，第一激光垂直射向车轮轴线并落在参照物上，所述参照物与车轮轴线具有确定的位置关系，通过第一激光测量参照物位移从而计算所述轴线位移；所述第二激光干涉仪发射第二激光，第二激光正对车轮踏面并测量所述终了部位和所述起始部位之间的踏面位移。

进一步优选的，所述步骤S1中，所述第一激光干涉仪和第二激光干涉仪相对轨道静止并可横向移动，测量时调整车速适配并将第一激光干涉仪和第二激光干涉仪横向移动至列车车轮正前方或正后方；或者所述第一激光干涉仪和第二激光干涉仪设置在可移动小车上并可横向移动，测量时可移动小车与列车速度适配并将第一激光干涉仪和第二激光干涉仪横向移动至列车车轮正前方或正后方。

或者优选的，所述步骤S1中，在云台上设置第一激光干涉仪和第二激光干涉仪，第一激光干涉仪发射所述第一激光，第一激光射向车轮圆心并落在参照物上，并且随着车轮滚动第一激光干涉仪相应转动以使第一激光始终落在参照物上，所述参照物与车轮圆心具有确定的位置关系，第一激光干涉仪测出参照物在第一激光光轴上的参照物位移并计算参照物位移在车轮前进方向的参照物位移分量，根据参照物位移分量计算所述轴线位移；第二激光干涉仪发射所述第二激光，并且随着车轮滚动第二激光干涉仪相应转动以使第二激光落在所述初始部位和终了部位上，第二激光干涉仪测出初始部位到终了部位在第二激光光轴上的踏面光轴位移并计算踏面光轴位移在车轮前进方向的踏面光轴位移分量，踏面光轴位移分量即为所述踏面位移。

进一步优选的，在所述步骤S1中，在列车轨道上设置起点磁钢，当车轮触发起点磁钢时，定位车轮位置，并同时使第一激光对准所述参照物，使第二激光对准所述初始部位，所述第一激光干涉仪和第二激光干涉仪同时复位；通过速度传感器测得的列车实时速度实时调整云台位姿以使第一激光始终落在所述参照物上；通过所述列车实时速度和云台坐标系与轨道坐标系的标定关系，计算第一激光干涉仪和第二激光干涉仪所在云台的运动姿态，使得第二激光落在所述初始部位和终了部位上。

优选的，所述参照物为轴箱。

或者优选的，所述步骤S1中，设置双频激光干涉仪伴随列车移动并将激光干涉仪发出的激光分光成所述第一激光和所述第二激光，使第一激光射向车轮圆心并始终落在参照物，所述参照物与车轮圆心具有确定的位置关系，根据所述参照物相对于所述激光干涉仪在列车前进方向上的距离变化计算所述轴线位移；使第二激光射向车轮踏面并测量所述踏面位移。

优选的，所述步骤S1中，将所述双频激光干涉仪设置在小车上，小车架设在列车轨道旁的辅助轨道上，通过速度传感器检测列车速度并驱动小车同速前进。

进一步的，还包括步骤S3：在计算所述初始时刻和所述终了时刻之间的所述轴线位移和所述踏面位移后，以终了时刻作为新的初始时刻，以终了时刻后的下一时刻作为新的终了时刻，按所述步骤S1和所述步骤S2再次计算新的轴线位移和新的踏面位移，如此循环，直至完成整个车轮一周半径跳动量的测量。

本发明技术方案中，采用激光干涉仪发射的激光能够精准测量车辆轴线和车轮踏面相对于激光干涉仪的位移变化，再将位移变化转换成沿列车前进方向上的位移差值，该位移差值即终了时刻车轮踏面被测量部位(即终了部位)与轴线的半径值减去起始时刻车轮踏面被测量部位(即起始部位)与轴线的半径值所得的差值，即半径跳动量。按此方法可以完成车轮一周的径向跳动量测量，从而可以顺利分析出车轮多边形状况。本发明针对激光干涉仪正对车轮、随车偏转、随车前行等情况给出的具体测量实施例。

附图说明

图1为实施例1中待检测车轮从t

图2为实施例2中云台上的第一激光干涉仪和第二激光干涉仪位置示意图；

图3为第一激光干涉仪和第二激光干涉仪与轴箱和车轮踏面的几何关系示意图；

图4为第一激光干涉仪与轴箱的几何关系示意图；

图5为第二激光干涉仪与车轮踏面的几何关系示意图。

具体实施方式

列车车轮滚动前进，将测量的起始时刻记为t

测量从t

具体测量时，采用激光干涉仪分别测量距离d

实施例1激光正对测量目标的情况

设置两个激光干涉仪S并使其所发射的激光L处于平面Q上，其中第一激光干涉仪发出第一激光垂直射向车轮轴线并且激光点落在轴箱上形成第一目标点，轴箱与车轴轴线具有确定的位置关系，第一激光干涉仪能够测出从t

实施例2激光斜对测量目标的情况

为了避免实施例1中设置弯曲轨道或横向移动的激光干涉仪带来的不便，本实施例将激光干涉仪设置在铁轨旁，并分为(1)激光干涉仪设置在可转动的云台上和(2)激光干涉仪设置在可移动装置上，目的都是使激光干涉仪所发激光点在列车行进过程中始终锚定在车轮踏面的同一目标点以及轴箱的同一目标点，下面分别说明：

(1)激光干涉仪设置在可转动的云台上

在铁轨旁设置两部云台，第一云台7上设第一激光干涉仪3，第二云台6上设第二激光干涉仪4，其中第一激光干涉仪3发射的第一激光对准轴箱1上一确定的点，并且在列车5行进过程中，第一云台7进行转动使第一激光干涉仪3发射的第一激光始终对准轴箱1上的该点，列车5行进时轴箱1上该点沿铁轨前进的距离即为轴线位移d

第一激光干涉仪3安装至铁轨旁一侧，第一激光干涉仪3初始位置与轨道间夹角位置已知确定，下述以第一激光干涉仪3初始位置时第一激光与轨道平行为例进行说明(即夹角为0)。

待检测列车驶入检测区域后，第一激光干涉仪3转动瞄准轴箱目标点，在开始测量的起始时刻t

根据激光干涉仪测量原理，可以得出轴箱沿第一激光光轴方向的位移ΔA，即ΔA＝A

第二激光干涉仪4使第二激光对准车轮2踏面上某点，并且随列车前进第二激光干涉仪4不断转动以使第二激光始终瞄准该点。具体而言，在t

待检测列车驶入检测区域后，第二激光干涉仪转动瞄准踏面目标点，在开始测量的起始时刻t

根据激光干涉仪测量原理，可以得出车轮踏面沿第一激光光轴方向的位移ΔB，即ΔB＝B

(2)激光干涉仪设置在可移动装置上

将激光干涉仪设置在可移动装置上，如可移动小车，可移动小车跟随列车移动并且激光并不正对车轮而是斜向对准轴箱和车轮踏面，此时仍可利用激光干涉仪得到轴线和踏面在光轴上的相对位移，进而求出在列车前进方向上的位移分量，从而求出半径跳动量，在此不再赘述。

实施例3利用双频激光干涉仪进行测量

在铁轨旁设置平行轨道，其上设置可移动小车，将双频激光干涉仪以及分光镜等设备固定在同一测量小车上，保证相对位置稳定无变化，测量小车可在相应的运动轨道上直线运动。双频激光干涉仪利用分光镜进行多次分光，同时对多个点位进行测量。以单个车轮为例进行说明。双频激光干涉仪发射出激光线，经分光处理后分成AB两束激光线。A激光线指向车轮圆心，并照射至车轮踏面滚动圆上，垂直测量车轮踏面滚动圆位移，B激光线指向车轮轴箱上一标识点，该标识点相对于轮对轴心位置固定无窜动，B激光线通过测量该标识点位置间接测量车轮轴心位置。两束激光相对位置始终保持不变并始终盯紧目标点。

测量开始时，AB两束激光线同时对车轮踏面滚动圆以及轴箱测量，B激光线检测轴箱运动距离L1即为轮对轴心运动距离L(若测量小车相对轮对轴心同步运动，B激光线测量距离L1＝L＝0)，A激光线测得踏面滚动圆前进距离L2。

测量小车运行轨道铺设在轨道列车运行轨旁，保持两轨道平行。运行轨道起始段设置检测传感器，检测轨道列车是否运行至检测区域。

当列车运行至待检测区域时，检测开关检测到待检测轮对，测量小车开始运动。激光干涉仪同时工作，激光束分别照射至轮对轴箱标识点以及轮对踏面滚动圆位置。测量小车根据激光干涉仪测量数据，保持车体与轮对轴心运动速度相同，此时B激光线检测轴箱运动距离L1即为轮对轴心运动距离L相同，即L1＝L＝0。(上述测量小车内部可装置有速度传感器检测列车运行速度，保证测量小车与列车相对静止，激光干涉仪后动作，仅用于数据测量。通过测速仪测量轮对前进速度L，调整测量小车运行速度，达到与轮对同步前进状态。此时激光干涉仪开机，经分开的两束激光分别测量车轮滚动圆位移L1以及相对轴心静止的车轴位移L2。)

待测量完车轮全周后，测量小车减速停止并返回起始点，等待下一测量列车的通过。

在本方案中，可在测量小车安装磁吸固定装置，当待检测列车运行至检测区域后，磁吸装置将检测小车吸附至待检测列车上，保证检测小车与列车车轮的相对静止，而后激光干涉仪开始对车轮进行测量。测量方式与上述相同，完成后磁吸装置断电，检测小车与列车脱离，返回值初始位置等待下一次检测。