鐵路車(chē)輪磨耗檢測(cè)的現(xiàn)狀及對(duì)策

鐵路車(chē)輪磨耗檢測(cè)的現(xiàn)狀及對(duì)策

1車(chē)輛輪對(duì)參數(shù)的測(cè)量作為重要的鐵路車(chē)輛行駛的一個(gè)重要部件，該車(chē)輛對(duì)鐵路的安全運(yùn)輸起著重要作用。在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中,由于存在著線(xiàn)路養(yǎng)護(hù)條件較差、輪軌外形及材質(zhì)匹配不合理、轉(zhuǎn)向架技術(shù)狀態(tài)不良和牽引定數(shù)過(guò)大等諸多原因,導(dǎo)致車(chē)輪踏面和輪緣的磨耗加劇,影響鐵路車(chē)輛的正常運(yùn)轉(zhuǎn),降低鐵路車(chē)輛的利用率。因此,及時(shí)準(zhǔn)確地掌握車(chē)輪的磨耗狀況是非常重要的。概括起來(lái),車(chē)輛輪對(duì)參數(shù)的測(cè)量方法基本分為靜態(tài)檢測(cè)法和動(dòng)態(tài)檢測(cè)法。靜態(tài)檢測(cè)法是指鐵路車(chē)輛在檢修時(shí)進(jìn)行的測(cè)量。動(dòng)態(tài)檢測(cè)則是指鐵路車(chē)輛在運(yùn)行時(shí)進(jìn)行的測(cè)量,也就是車(chē)輛輪對(duì)的在線(xiàn)測(cè)量。靜態(tài)檢測(cè)和動(dòng)態(tài)檢測(cè)技術(shù)又包括以下幾種方式:(1)便攜式測(cè)量方式,主要采用各種傳感器測(cè)量輪對(duì)的單一或者幾個(gè)幾何尺寸。這類(lèi)測(cè)量方法具有操作簡(jiǎn)單、方便等優(yōu)點(diǎn),但是存在測(cè)量參數(shù)不全面,測(cè)量自動(dòng)化程度低等問(wèn)題;(2)接觸式自動(dòng)測(cè)量方式,其測(cè)量原理是將輪對(duì)支起,并將其旋轉(zhuǎn),用多種接觸式傳感器測(cè)量各種幾何尺寸。這種測(cè)量方法的主要缺點(diǎn)是接觸式測(cè)量,極容易造成接觸式傳感器的損壞;(3)非接觸測(cè)量方式,主要是采用CCD技術(shù)和激光傳感技術(shù)。這類(lèi)測(cè)量方法可以實(shí)現(xiàn)車(chē)輛輪對(duì)的在線(xiàn)測(cè)量,具有非接觸、檢測(cè)速度快等優(yōu)點(diǎn)。2檢測(cè)儀器、裝置的測(cè)量車(chē)輛輪對(duì)靜態(tài)檢測(cè)技術(shù)是指鐵路車(chē)輛的輪對(duì)在檢修過(guò)程中,從機(jī)車(chē)上卸下,用相應(yīng)的檢測(cè)儀器或裝置進(jìn)行測(cè)量。國(guó)內(nèi)外靜態(tài)檢測(cè)技術(shù)主要采用的方法有以下幾種。2.1輪緣厚度測(cè)量基準(zhǔn)卡尺法目前多使用LLJ-4型鐵道車(chē)輛車(chē)輪第四種檢查儀。該檢查儀參考國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),將輪緣厚度測(cè)量基準(zhǔn)選擇在踏面滾動(dòng)圓向上12mm處,并且采用了游標(biāo)原理,將踏面和輪緣測(cè)量分度值提高到0.1mm,測(cè)量精度可達(dá)0.1～0.2mm。優(yōu)點(diǎn)是操作較方便,不足之處就是游標(biāo)讀數(shù)容易受到測(cè)量者人為因素的影響。2.2測(cè)量尺的測(cè)量深該裝置以平行四邊形機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ),可以同時(shí)測(cè)量車(chē)輪踏面直徑、擦傷、磨耗等參數(shù)。踏面直徑的測(cè)量原理如圖1所示。理想情況下,通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)中的導(dǎo)向機(jī)構(gòu),將平行四邊形機(jī)構(gòu)中的測(cè)量尺的邊緣直接定位于踏面滾動(dòng)圓(距內(nèi)側(cè)面70mm)上,測(cè)量尺與鋼軌之間的距離就是踏面直徑。車(chē)輪通過(guò)測(cè)量機(jī)構(gòu),激光位移傳感器1記錄得到的理論波形為一梯形波,通過(guò)比較測(cè)量可以得到踏面任意點(diǎn)的直徑為:式中:3個(gè)參數(shù)分別為被測(cè)車(chē)輪踏面任意點(diǎn)的直徑、標(biāo)準(zhǔn)車(chē)輪對(duì)應(yīng)點(diǎn)的直徑及被測(cè)車(chē)輪與標(biāo)準(zhǔn)車(chē)輪對(duì)應(yīng)點(diǎn)直徑之差。其差值引起平行四邊形測(cè)量機(jī)構(gòu)上測(cè)量尺的平動(dòng),由激光位移傳感器1直接測(cè)量得到。若踏面存在擦傷和剝離情況,則測(cè)量尺會(huì)產(chǎn)生局部移動(dòng),得到相應(yīng)的圖形。經(jīng)過(guò)分析,得到踏面擦傷深度、擦傷長(zhǎng)度以及剝離長(zhǎng)度等幾何尺寸。這套輪對(duì)自動(dòng)測(cè)量裝置的測(cè)量周期約為40s,輪徑誤差不大于0.3mm,輪緣厚度誤差不大于0.4mm,踏面磨耗誤差不大0.2m,檢修過(guò)程中,從機(jī)車(chē)上卸下,用相應(yīng)的檢測(cè)儀器或裝置進(jìn)行測(cè)量。3車(chē)輛車(chē)輪動(dòng)態(tài)檢測(cè)技術(shù)目前國(guó)內(nèi)外動(dòng)態(tài)檢測(cè)技術(shù)主要采用的方法有以下幾種。3.1/h運(yùn)行誤差分析俄羅斯聯(lián)邦鐵路于90年代中期研制成功輪對(duì)參數(shù)自動(dòng)化檢測(cè)裝置。它采用超聲遙測(cè)的非接觸方法,當(dāng)鐵路車(chē)輛以不大于5km/h的速度運(yùn)行時(shí),遙測(cè)傳感器組可測(cè)出距車(chē)輪各個(gè)特征表面的距離,經(jīng)分析處理后,可得出車(chē)輪直徑、輪緣厚度、踏面磨耗和垂直磨耗等參數(shù)。測(cè)量誤差分別為:輪徑誤差不大于1mm,輪緣厚度誤差不大于0.5mm,踏面磨耗誤差不大于0.3mm。整套測(cè)量裝置由傳感器組、地面測(cè)量單元、數(shù)據(jù)傳輸線(xiàn)路、操縱控制單元和外部設(shè)備等組成。此檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜,安裝調(diào)試?yán)щy。3.2速度傳感器的安裝日本于20世紀(jì)90年代中期研制了“車(chē)輪踏面損傷檢測(cè)裝置”,如圖2所示。2個(gè)相同的加速度傳感器安裝在鋼軌座處,相距半輪周長(zhǎng)S/2,測(cè)量前后1/4周長(zhǎng)的震動(dòng)。裝置除檢測(cè)踏面損傷外,還能測(cè)量車(chē)輛通過(guò)測(cè)點(diǎn)的速度。該測(cè)量系統(tǒng)的主要問(wèn)題是因車(chē)輪踏面損傷引起的沖擊波形和鋼軌的共振波形重疊,因而加速度峰值無(wú)法原原本本地反映出車(chē)輪踏面的損傷程度。3.3車(chē)輪自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)在國(guó)外,如日本、德國(guó)、美國(guó)等國(guó)都已研制出了一些基于圖像處理方法的自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備。近年來(lái),我國(guó)也已經(jīng)開(kāi)展了基于圖像的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的研究,并取得了很大的成果:如高速列車(chē)輪對(duì)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的原理及實(shí)施方案和基于圖像的輪對(duì)在線(xiàn)動(dòng)態(tài)檢測(cè)應(yīng)用研究等,下面簡(jiǎn)要介紹幾種國(guó)內(nèi)外基于圖像檢測(cè)的方法和裝置。(1)日本于20世紀(jì)90年代末研制的車(chē)輪踏面形狀自動(dòng)測(cè)定裝置。如圖3,測(cè)量裝置有細(xì)激光束、CCD、車(chē)輪檢測(cè)器、同步檢測(cè)傳感器及遮光板組成。激光是在一個(gè)車(chē)輪通過(guò)的時(shí)候照射,用光電傳感器捕捉通過(guò)的車(chē)輪輪緣,用高速隨機(jī)光柵攝影。對(duì)所攝影的像,經(jīng)濾波和細(xì)化處理,抽出激光圖像的中心線(xiàn),算出車(chē)輪各部位的尺寸。測(cè)量誤差分別為:車(chē)輪直徑誤差不大于0.5mm,輪緣高度誤差不大于0.5mm,輪緣厚度誤差不大于0.1mm,輪對(duì)內(nèi)距誤差不大于0.1mm。(2)德國(guó)鐵路于80年代末期研制成功輪對(duì)自動(dòng)診斷裝置。這套裝置的工作原理是將縫隙光光帶以規(guī)定角度透射到車(chē)輪上形成可辨認(rèn)的輪廓,同時(shí)用攝像機(jī)在對(duì)應(yīng)角度捕捉反射的光束。車(chē)輪圖像是通過(guò)布置在每根鋼軌上的4個(gè)半導(dǎo)體攝像機(jī)拍攝的,經(jīng)過(guò)分析處理后便可計(jì)算出輪緣厚度、踏面磨耗和車(chē)輪內(nèi)距等參數(shù)。(3)美國(guó)Loram公司于90年代中期研制成功了2種形式的車(chē)輪自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng),低速檢測(cè)型和高速檢測(cè)型。低速檢測(cè)型可在列車(chē)運(yùn)行速度不超過(guò)8km/h的情況下輸出圖像、圖標(biāo)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù);高速檢測(cè)型可在列車(chē)運(yùn)行速度不超過(guò)72km/h的情況下打印出測(cè)量數(shù)據(jù)和報(bào)告。(4)國(guó)內(nèi)基于圖像的輪對(duì)在線(xiàn)動(dòng)態(tài)檢測(cè)應(yīng)用研究的檢測(cè)裝置由CCD和激光線(xiàn)光源為核心的基本檢測(cè)單元安裝在機(jī)車(chē)輪對(duì)檢測(cè)線(xiàn)上,當(dāng)機(jī)車(chē)接近檢測(cè)區(qū)域時(shí),傳感器啟動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)器件,攝像機(jī)捕捉車(chē)輪的輪廓圖像,對(duì)圖像進(jìn)行處理計(jì)算。測(cè)量精度可達(dá)0.4mm?；趫D像的自動(dòng)檢測(cè)方法,采樣率高、機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高,但是造價(jià)相對(duì)昂貴。另外,光源相對(duì)攝像機(jī)位置的微小變化將會(huì)增大檢測(cè)誤差。4自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)車(chē)輛輪對(duì)動(dòng)態(tài)檢測(cè)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)車(chē)輛車(chē)輪的非接