在线检测轮对尺寸有重要意义,以确保铁路安全的操作和降低维护成本。基于激光位移传感器(像),一本小说提出了车轮尺寸在线检测系统只使用六维摩门教和两个一维像。胎面轮廓和车轮直径的计算原则,以及校准方法。轮轨振动引起的错误、偏差、传感器噪声、s形运行、轮轴和微分也进行了分析。系统实现后,田间试验进行了使用标准轮和几个真正的火车。事实证明,检测不确定性法兰宽度和高度是0.1毫米,车轮直径0.3毫米,从而满足维护的要求。
车轮和轨道相互作用设计概要和几何参数。概要的磨损显著影响铁路车辆的动态性能,甚至导致出轨在一个巨大的舞台 根据电荷耦合器件(UIC) 510 - 2的代码,轮副的几何参数需要测量由直径和胎面剖面由法兰宽度和凸缘高度 在早期阶段,卡尺是一种有效的工具来测量轮副的大小,因为操作简单的优点。然而,它有短缺的高劳动强度和精度波动取决于工人的灵巧。同时,卡尺,测量工具接触,将不可避免地削弱测量轮,造成一定的损害。
在那之后,应用非接触技术先进的人工卡尺已经出现。一个公认的工具是MiniProf轮系统由格林伍德工程( 广泛的杰出技术在线检测系统无触点的优势,效率高,精度高。动态测量的实现效率高;即一列火车通过了在一定的速度测量系统。有一些商业公司,如MERMEC集团( 除了结构激光和CCD传感器,摩门教的可以提供更令人满意的结果。摩门教是一种特殊的结构光视觉测量传感器,光电探测器和激光光源组装,提供和安装方便不需要校准固有参数在线。俄罗斯科学家( 之前针对摩门教的检测系统的基础上,作者提出了一个在线检测系统使用八2 d-lds检测车轮直径和胎面(
图
提出了轮对尺寸在线检测系统取决于摩门教的传感器。图 二维和一维激光传感器是基于激光三角测量原理和由激光二极管和一个CCD传感器线性元素。发射的激光形成激光带在车轮踏面,然后激光反射到CCD线性感应组件。在传感器内部,有一个集成电路单元处理光学位移数据和获取胎面和凸缘轮廓坐标。基于原则的输出点摩门教源于激光发射源,在应用程序中,激光发射源应当被视为扫描坐标的起源。所有传感器的信号通过数据采集端口传输到IPC。数字I / O卡是用来产生精确1 kHz的方波信号,以确保所有传感器来完成的任务获取配置文件同步。传感器开始收集数据下降的方波信号,然后传送数据的IPC通过数据采集端口后续过程。分析了采样信号数据处理软件,最后,每个轮子的条件是决定。还有一个光纤在每个轮子的IPC的条件可以传播到遥远的仓库办公室。所有的传感器是固定的特殊设计机械传感器装置,传感器可以安装在特定的空间位置。 The fixtures are supported by the well manufactured mechanical structure. The whole system is finally connected with the ground by the pedestal. 此外,该系统还包括一些辅助的设备类型没有系统布局图所示,车轮位置传感器和自动列车识别天线。三个轮子的位置传感器安装以外的铁路旁边。沿着铁路、第一个是用来检测火车到达的第一齿轮轴的时刻,因此,触发后续硬件设施;第二个是用来触发扫描的激光传感器;最后一个是用来检测火车离开的最后轮轴的时刻,因此,后续的硬件设施。
以像左边为例,我们定义世界坐标系(WCF)<我nl在e- - - - - -for米ul一个>
轮副的被认为是在正确的位置,保持静态。扫描坐标旋转L3、L4的WCF的两个角度,即角度<我nl在e- - - - - -for米ul一个>
转换后,扫描线在两个不同的坐标,<我nl在e- - - - - -for米ul一个>
正如我们所知,法兰宽度、轮缘高度,车轮直径是由多个基本分和基线。从传感器的输出点是离散的,所以基本分<我nl在e- - - - - -for米ul一个>
与曲线拟合技术,四行总共安装为了提取基地的坐标价值点<我nl在e- - - - - -for米ul一个>
四行后,所有基础点的精确坐标的值可以确定。为此,法兰高度和法兰宽度计算如下:
车轮直径检测到2 d-l1 d-l3 1 d-l2, 2。每一个摩门教的措施一点的圆轮,这样车轮直径可以由三个点决定的。
轮副的被认为是在正确的位置,保持静态。输出的坐标点扫描坐标系统的传感器。类似于胎面剖面的计算,进行了坐标变换和扫描坐标<我nl在e- - - - - -for米ul一个>
图 数据显示 一旦激光扫描距离<我nl在e- - - - - -for米ul一个>
上面所示的计算原则是在静态的情况下。当火车通过动态,可以获得断层和错位现象引起车轮通过将发生。
胎面轮廓检测,理想情况下,激光面板L3、L4假定包括测量轮的中心。在动态检测,是不可能满足这个假设对所有测量车轮的移动轮和摩门教的离散采样信号。基本上,如果激光面板不包括测量轮的中心,发现概要文件水平拉伸<我nl在e- - - - - -for米ul一个>
图 动力轮中心的位置。
从理论上讲,每一个<我nl在e- - - - - -for米ul一个>
值得一提的是,摩门教的作品当激光之间的角度和检测到的表面在一定范围和角度是影响激光波长,表面光滑,表面材料等等 错位的现象将会带来一定的概要文件错误检测。在所有有效的扫描,我们必须选择那些扫描引起的误差是可以接受的。本文的错误诱导胎面轮廓检测分析部分 车轮直径检测的三个点决定车轮直径总是圆的轮廓。因此,计算结果将不会受到不同轮位置的影响。然而,<我nl在e- - - - - -for米ul一个>
胎面剖面的测量和计算和安装车轮直径取决于许多参数。对胎面剖面计算,他们是角<我nl在e- - - - - -for米ul一个>
在校准过程中对胎面轮廓检测、标准轮放在铁路检测系统,然后是偏移和旋转角的坐标变换矩阵可以确定。的角度<我nl在e- - - - - -for米ul一个>
至于轮直径的校准过程,使用一组新的车轮地面。地面轮副以不同直径770毫米,790毫米,810毫米和840毫米。我们设置了函数最小化<我nl在e- - - - - -for米ul一个>
在本节中,我们考虑四个因素铁路振动,传感器噪声、失调,和车轮倾角引起的车轮的s形运行和直径的差。
我们考虑轮轨振动是第一因素。在我们的系统中,所有的传感器都是固定的机械支持和机械基座没有直接接触轨。所以,轮轨振动不会直接传递到传感器和,相反,轮轨振动传输到地面的仓库,然后传输到传感器通过机械支持和机械基座。地面的振动是一个较低的水平,最大加速度是只有0.4米<年代up>2年代up>/秒( 正如前面提到的部分 这个几何模型的基础上,当我们知道法兰高度的误差是多少,法兰宽度可以导出相应的错误。对于不同的穿轮子,概要文件,以及横向接触点的拟合线<我nl在e- - - - - -for米ul一个>
从理论上讲,( 法兰宽度误差和凸缘高度对各车轮的位置。
在我们的系统中,所有摩门教是1 kHz的采样频率和火车的最高速度得宝是36公里/小时。沿着铁路的最大采样步长<我nl在e- - - - - -for米ul一个>
理想情况下,摩门教的不能准确。受温度影响测量精度,测量表面的粗糙度,等等。
为了获得轮廓检测的定量影响,我们建立了一个三维模型在SolidWorks工具和提取的理想传感器输出的标准内外踏概要文件。在这个模型中,标准轮位于位置轮的中心是在激光面板。所以,错位现象不会影响胎面轮廓检测。车轮是在静态位置所以模拟传感器的输出点都从一个扫描。此外,需要校准的参数是理想的准确。模仿真实的情况下,高斯噪声添加到这些坐标值。噪声是零均值,标准差是多种多样的,从0到1毫米和0.1毫米的间隔。对于每一个噪声级,500实验和计算均方根误差。法兰高度和法兰宽度结果的均方根误差引起的不同的噪声水平如图 凸缘高度的均方根误差和法兰宽度由不同传感器噪声引起的。
2 d-lds我们选择从@KEYENCE LJ-V7300已全面解决0.1% / F。年代和0.01%的温度漂移的f.s. /°C。的探测范围<我nl在e- - - - - -for米ul一个>
关于轮直径的误差,可以从理论上导出了误差传播的定理 在工程运行的轮副的s形车轮将倾斜,因为和车轮直径的差。运行的轮副的s形是一种由于斜率的自诱导的振动轮贸易。“运行时,轮小组将对有一定的角度<我nl在e- - - - - -for米ul一个>
数学插图。(一)轮的s形运行和(b)差动轮的直径。
车轮直径检测,因为我们只考虑计算在二维空间中,将生成一个错误当我们仍然认为检测到三个点在一个圆是一个椭圆。考虑角度的存在<我nl在e- - - - - -for米ul一个>
车轮直径的错误。
基于广州地铁公司的经验,差动轮副的直径应控制在2毫米。考虑到跟踪的1350毫米,角引起的差动轮副的直径小于0.001°;因此,误差可以忽略。至于轮的s形运行,最大角是0.1°(
作者以前提出的在线检测系统使用八2 d-lds [ 现场试验。(一)标准轮测试和(b)真正的训练测试。
标准轮对轮轴是一个新的生产没有任何磨损和直径差。制造几何尺寸如下:车轮直径= 840毫米,凸缘高度= 28毫米,凸缘宽度= 32毫米。一个也可以假设的可能性较低的s形因为零外部负载运行。标准轮对已经放置在铁路和通过检测系统。这个测试进行了6次来验证系统的检测和可重复性。比较老的系统,这个系统的结果如表所示 标准轮对检测,重复测量的结果/毫米。
从表
测量时间
凸缘高度
凸缘宽度
轮直径
老
新
老
新
老
新
1
28.04
28.16
31.98
32.08
839.76
839.79
2
28.11
28.21
32.06
32.01
839.96
840.15
3
27.99
28.15
32.01
32.04
840.08
839.86
4
28.05
28.18
31.85
32.10
839.88
840.43
5
28.08
28.16
31.93
32.02
840.01
840.04
6
28.11
28.10
32.06
32.14
839.98
840.46
的意思是
SD
真正的训练测试也进行6次重复检测统计评估系统的性能。火车速度控制在36公里/小时。在火车上我们选择,有4个新的地面应用到汽车的火车。在考虑地面新车轮不圆度的影响分析结果,我们选择地面新轮作为我们的目标。
表 真正的训练测试,发现测量的平均值和标准偏差值/毫米。
真正的训练测试,轮# 2,重复测量的结果/毫米。
真正的训练测试,轮# 3,重复测量的结果/毫米。
总的来说,检测不确定性对胎面轮廓和车轮直径小于0.1毫米和0.3毫米,分别。结果表明,该检测系统具有精度高,可满足维护操作的要求。
轮数
意思是凸缘高度
SD凸缘高度
意思是法兰宽度
SD法兰宽度
意思是轮直径
SD轮直径
老
新
老
新
老
新
老
新
老
新
老
新
1
28.18
28.03
0.046
0.060
29.54
29.43
0.091
0.062
800.52
801.50
0.201
0.301
2
28.09
28.11
0.078
0.040
29.40
29.29
0.056
0.028
801.12
800.96
0.128
0.286
3
27.97
27.91
0.076
0.033
29.92
30.06
0.075
0.056
801.87
801.66
0.090
0.179
4
28.07
28.05
0.063
0.053
29.83
29.88
0.076
0.088
801.78
802.01
0.192
0.282
测量时间
凸缘高度
凸缘宽度
轮直径
老
新
老
新
老
新
1
27.98
28.15
29.42
29.31
801.07
801.40
2
28.14
28.11
29.36
29.31
801.06
800.97
3
28.12
28.13
29.47
29.24
801.27
800.53
4
28.10
28.12
29.31
29.29
801.06
800.87
5
28.00
28.03
29.39
29.28
800.96
800.96
6
28.18
28.11
29.39
29.32
801.28
801.10
的意思是
SD
测量时间
凸缘高度
凸缘宽度
轮直径
老
新
老
新
老
新
1
27.90
27.90
29.78
29.99
801.95
801.59
2
28.06
27.97
29.97
30.02
801.81
801.74
3
28.02
27.90
29.91
30.05
801.96
801.48
4
27.99
27.90
29.98
30.09
801.78
801.48
5
28.00
27.87
29.94
30.15
801.95
801.94
6
27.86
27.90
29.96
30.06
801.78
801.74
的意思是
SD
本文基于像,提出了一个新颖的赛道上的车轮大小的检测系统只使用六2 d-lds和两个1 d-lds。错误引起的轮轨振动,传感器噪声、失调,“跑步,和轮对微分也进行了分析。系统实现后,实际数据实验包括标准轮测试和实际检测测试进行训练。事实证明,检测不确定性法兰宽度和高度是0.1毫米,车轮直径0.3毫米,从而满足维护的要求。这个系统可以进一步用于不同类型的铁路运输,它提供了一种新的车轮尺寸检测技术解决方案。
我们考虑一个特殊情况 一个特例。
根据(
作者宣称没有利益冲突。
这项研究是在中国国家重点研究和开发计划(2016 yfb1200402),广州的科技项目(201508010010),和中央大学的基础研究基金(AE89454)。该基金是极大地承认。特别感谢杰江先生将他的帮助在SolidWorks三维设计。