鐵路車輪磨耗檢測(cè)的現(xiàn)狀及對(duì)策

鐵路車輪磨耗檢測(cè)的現(xiàn)狀及對(duì)策

1車輛輪對(duì)參數(shù)的測(cè)量作為重要的鐵路車輛行駛的一個(gè)重要部件，該車輛對(duì)鐵路的安全運(yùn)輸起著重要作用。在實(shí)際運(yùn)用過程中,由于存在著線路養(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)過大等諸多原因,導(dǎo)致車輪踏面和輪緣的磨耗加劇,影響鐵路車輛的正常運(yùn)轉(zhuǎn),降低鐵路車輛的利用率。因此,及時(shí)準(zhǔn)確地掌握車輪的磨耗狀況是非常重要的。概括起來,車輛輪對(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)則是指鐵路車輛在運(yùn)行時(shí)進(jìn)行的測(cè)量,也就是車輛輪對(duì)的在線測(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)。這類測(cè)量方法可以實(shí)現(xiàn)車輛輪對(duì)的在線測(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)量車輛輪對(duì)靜態(tài)檢測(cè)技術(shù)是指鐵路車輛的輪對(duì)在檢修過程中,從機(jī)車上卸下,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型鐵道車輛車輪第四種檢查儀。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。車輪通過測(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)車輪踏面任意點(diǎn)的直徑、標(biāo)準(zhǔn)車輪對(duì)應(yīng)點(diǎn)的直徑及被測(cè)車輪與標(biāo)準(zhǔn)車輪對(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,檢修過程中,從機(jī)車上卸下,用相應(yīng)的檢測(cè)儀器或裝置進(jìn)行測(cè)量。3車輛車輪動(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)出距車輪各個(gè)特征表面的距離,經(jīng)分析處理后,可得出車輪直徑、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)量車輛通過測(cè)點(diǎn)的速度。該測(cè)量系統(tǒng)的主要問題是因車輪踏面損傷引起的沖擊波形和鋼軌的共振波形重疊,因而加速度峰值無法原原本本地反映出車輪踏面的損傷程度。3.3車輪自動(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,我國(guó)也已經(jīng)開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)車輪通過的時(shí)候照射,用光電傳感器捕捉通過的車輪輪緣,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,算出車輪各部位的尺寸。測(cè)量誤差分別為:車輪直徑誤差不大于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。車輪圖像是通過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)過分析處理后便可計(jì)算出輪緣厚度、踏面磨耗和車輪內(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)型可在列車運(yùn)行速度不超過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)型可在列車運(yùn)行速度不超過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)在線動(dòng)態(tài)檢測(cè)應(yīng)用研究的檢測(cè)裝置由CCD和激光線光源為核心的基本檢測(cè)單元安裝在機(jī)車輪對(duì)檢測(cè)線上,當(dāng)機(jī)車接近檢測(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)車輛輪對(duì)動(dòng)態(tài)檢測(cè)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)車輛車輪的非接