铁路车轮磨耗检测的现状及对策

铁路车轮磨耗检测的现状及对策

1车辆轮对参数的测量作为重要的铁路车辆行驶的一个重要部件，该车辆对铁路的安全运输起着重要作用。在实际运用过程中,由于存在着线路养护条件较差、轮轨外形及材质匹配不合理、转向架技术状态不良和牵引定数过大等诸多原因,导致车轮踏面和轮缘的磨耗加剧,影响铁路车辆的正常运转,降低铁路车辆的利用率。因此,及时准确地掌握车轮的磨耗状况是非常重要的。概括起来,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在检修时进行的测量。动态检测则是指铁路车辆在运行时进行的测量,也就是车辆轮对的在线测量。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全面,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尺寸。这种测量方法的主要缺点是接触式测量,极容易造成接触式传感器的损坏;(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在线测量,具有非接触、检测速度快等优点。2检测仪器、装置的测量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,从机车上卸下,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。2.1轮缘厚度测量基准卡尺法目前多使用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,将轮缘厚度测量基准选择在踏面滚动圆向上12mm处,并且采用了游标原理,将踏面和轮缘测量分度值提高到0.1mm,测量精度可达0.1～0.2mm。优点是操作较方便,不足之处就是游标读数容易受到测量者人为因素的影响。2.2测量尺的测量深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、磨耗等参数。踏面直径的测量原理如图1所示。理想情况下,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定位于踏面滚动圆(距内侧面70mm)上,测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1记录得到的理论波形为一梯形波,通过比较测量可以得到踏面任意点的直径为:式中:3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平动,由激光位移传感器1直接测量得到。若踏面存在擦伤和剥离情况,则测量尺会产生局部移动,得到相应的图形。经过分析,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。3车辆车轮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。3.1/h运行误差分析俄罗斯联邦铁路于90年代中期研制成功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。此检测装置结构复杂,安装调试困难。3.2速度传感器的安装日本于20世纪90年代中期研制了“车轮踏面损伤检测装置”,如图2所示。2个相同的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,还能测量车辆通过测点的速度。该测量系统的主要问题是因车轮踏面损伤引起的冲击波形和钢轨的共振波形重叠,因而加速度峰值无法原原本本地反映出车轮踏面的损伤程度。3.3车轮自动检测系统在国外,如日本、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)日本于20世纪90年代末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,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。测量误差分别为:车轮直径误差不大于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)德国铁路于80年代末期研制成功轮对自动诊断装置。这套装置的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Loram公司于90年代中期研制成功了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的情况下输出图像、图标和统计数据;高速检测型可在列车运行速度不超过72km/h的情况下打印出测量数据和报告。(4)国内基于图像的轮对在线动态检测应用研究的检测装置由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、测量精度高,但是造价相对昂贵。另外,光源相对摄像机位置的微小变化将会增大检测误差。4自动检测技术车辆轮对动态检测技术可以实现车辆车轮的非接