用來測量火車車輪圓度的測量裝置的製作方法

2023-07-13 14:41:26 2

專利名稱：用來測量火車車輪圓度的測量裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種裝在鐵道的至少一條鐵軌上的測量裝置，用來測量作為火車車輪在測量面內的在車輪在鐵軌上運行期間突出輪緣頂點圓周半徑和滾動面半徑之差的單個車輪或一個輪組的火車車輪的圓度。
背景技術：
火車車輪的圓度是火車舒適性的一個標準。不圓的車輪激發車輛、轉向架或車廂的固有振動，它們會使乘客感受到不舒服的噪音和振動。火車車輪變得不圓的原因很複雜，並且是由車輪滾動面在鐵軌上運行造成的。不圓度不單單出現在車輪的每一轉，還發現每轉3次、6次或更多次數的多邊形。對於一個火車車輪在整個圓周上測量的作為在同一車輪平面內的兩個半徑之差的臨界徑向跳動值處於0.5mm的數量級。
通過伴隨咬死的制動過程在火車車輪的滾動面上可能形成磨平部位。通常它很短，例如50mm長，但是與不圓度相比較深，亦即磨平部位具有在滾動面上的0.5mm和更多之間的深度。與此不同突出輪緣在其外圓周上實際上不磨損；在有軌電車車輪時充其量只有小的磨損。因此需要對火車車輪的圓度進行監測。
例如由DE 69305664T2已知一種用來檢驗火車車輪的測量站。已知測量站有兩條平行的鐵軌，其中每一條配設於一個火車車輪，並由一系列測量鏈組成，它們分別配設具有測針的測量儀。已知測量站由一機械分系統、一電子分系統和一壓縮空氣分系統組成。機械分系統由一支承對電位式移動傳感器(每條鐵軌4個或更多)進行控制的裝置的板組成，這些傳感器相應於車輪直徑、輪緣厚度、輪緣高度、輪緣角度以及車輪滾動面之間的距離。電子分系統由電位式傳感器和電子處理裝置組成，其中電子分系統與一計算機連接。並包含一電子處理單元，該電子處理單元又包含信號處理單元。壓縮空氣系統造成一通向氣缸的通道，它使測針垂直移動，如果車輛在它上面駛過的話。已知測量站各個裝置的總體安裝在一由金屬組成的水密性防護殼體內，由此測量站即使在露天時也能工作。已知測量站原則上沿車輪運行方向布置，以便使三個測量點儘可能長時間地與火車車輪接觸。用已知測量站藉助於一測量梁(在所述專利文獻中稱為測量梁(14))測量圓度和車輪的磨平部位。測量梁掃描突出輪緣頂點表面相對於鐵軌(的距離)，並且測量車輪滾動面相對於突出輪緣頂點的偏移作為測量值。為此需要，將參與測量的兩個元件，即鐵軌和測量梁，設計得非常牢固，以便用這種方法使由於作用在火車車輪上的車輛的重量形成的系統誤差保持儘可能小。這眾所周知地導致堅固的結構和成本高昂的地基。此外必須防止，地基和測量梁由於熱影響，例如通過作用在處於露天中的鐵軌上的陽光照射，在兩個校驗周期之間相互明顯地偏移。

發明內容
因此本發明的目的是，以這樣的方法測量火車車輪的徑向跳動和磨平部位，使得不管是作用在火車車輪上的重量還是溫度的影響都可以忽略不計。此外所屬測量裝置應該結構簡單、維護費用低廉。
這個目的由這樣的測量裝置實現，它沿鐵道的鐵軌設置在一測量段內，並由許多單個測針組成，它們相互分別具有一側向距離，並在測量面內沿火車車輪或輪組的旋轉軸並垂直於相應火車車輪的支承面與鐵軌連接。
火車車輪以其滾動面在一鐵路上常見的成形鐵軌上滾動。這種鐵軌例如按UIC60或S54標準已標準化。通過選擇在測量段開始前的一個直線先行路段達到，火車車輪或輪組以其兩個車輪在測量段上在鐵軌橫向只有很小的偏移。通常測量段長度在火車車輪一到兩轉之間。因為眾所周知火車車輪的滾動面具有圓錐形輪廓，這種偏移作為測量誤差對測量結果產生影響。
沿測量段設置多個測針。它們以其基底固定在鐵軌上，並且與車輪的突出輪緣接觸的測針分別在固定測針的測量面內測量。因此當車輪以其支承點精確地位於測量面內時，測針無誤差地測量輪緣高度，測量面垂直於車輪滾動面在鐵軌上的支承平面，並通過車輪的旋轉軸線。火車車輪在鐵軌上的相應支承面具有約一顆豌豆直徑的大小。在測量面前、後的平面內火車車輪的載荷使鐵軌相對於測量面彎曲，從而產生測量誤差，此誤差的大小取決於車輪載荷、鐵軌剛性和鐵軌及軌枕在路基上的支承狀況。
首先單獨一個測針只可以測量在車輪圓周一點處的輪緣高度。根據不圓度的特徵，橢圓形或多邊形，沿鐵軌在規定的測量段內設置多個測針。因此在測量段相當於車輪一周和在車輪形狀為預計的「三角形」時設置至少六個測針。
對於測針在測量段內的布局重要的是，必須始終至少有一個測針貼合在輪緣上。這對於測量磨平部位是必需的。對應於最大測量行程和待測量車輪的最小直徑，兩個測針之間的相互距離可以用計算機確定。假設車輪滾動面直徑為600mm、測針的測量範圍為30mm，那麼得到各個測針相互之間的距離為約300mm。
每個測針由一測量杆組成，它分別攜帶一以很高精度滾動支承的滾輪作為測頭，用於與火車車輪在突出輪緣的圓周上接觸。這個滾輪應該減小由於相對運動引起的磨損和由於摩擦力造成的測量值的誤差。滾輪安裝在一精確引導的測量杆的末端上，其轉軸帶有一解析度很高的角度測量系統。測量杆的滾輪通過一復位彈簧壓緊到輪緣最高點上。作為運動部分測量杆和滾輪的質量儘可能小，剛性做得儘可能大。因為在測量期間測量力的變化應該儘可能小，用來產生力的復位彈簧必須具有軟的特性曲線。
測針位於測量面內，亦即安裝探測滾輪所在的部位，並且僅僅在這個位置與鐵軌剛性連接。在測量面內還設置一校準止擋，這允許對於所有測針具有相同的零點，而不受相應測量杆的熱變形的影響。
火車車輪在測針剛接觸時使滾輪衝擊式地加速。因此設置一空行程，以便通過其自然的或附加的阻尼和摩擦使測針平穩。
復位彈簧必須提供足夠大的測量力，以克服突出輪緣上較小的汙點。有時在測量段前面可以連接一用來清洗突出輪緣的設備。在火車車輪最高點後面復位彈簧的力必須保證測量杆的加速。加速力可以由測量杆和探測滾輪的慣量以及火車車輪的直徑及速度確定。
所有例如在一個軌道的測量段之內的12個測針都以高的頻率測量行程。此頻率與對於不圓度所需要的解析度相適應，並且同樣通過火車車輪的直徑和速度確定。此外頻率必須這麼高，使得可以用三個點測量最短的磨平部位。
一旦火車車輪與兩個或三個測針同時接觸，並且一個測針可以確定輪緣高度，在流程中強制出現這種情況，便可以確定火車車輪的滾動面和突出輪緣頂點的直徑。測量結果由火車車輪的載荷的影響出現誤差，因此採用平均載荷進行校正。還可以通過這樣的方法拉提火車車輪直徑測量的精度，即在計算中考慮所有測針的數據對(除由於磨平部位造成誤差的測量區域之外)。此外按測量求出的火車車輪不圓度還可以輸入計算過程重新校正，從而提高直徑的計算精度。此外既可以由在計算車輪滾動面的最終直徑時單個測針的信號，也可以由直至可以使相鄰兩個測針測量輪緣高度所形成的時間間隔計算車輪的速度。
現在可以藉助於圓方程和車輪速度用這樣的方法換算測針的測量值，使它們得到一連續的徑向跳動。由於系統誤差，例如輪組負荷，和偶然誤差使測量結果不準確。但是這樣處理的數據對於可靠地識別磨平部位的信號並確定其大小已經足夠了。不太準確的表達當然來自於源信號。
如果火車車輪的支承點位於測量面附近，那麼測量信號的誤差便較小。因此在這個區域內計算出的「連續的徑向跳動」比較準確，並且至少可以用來確定在測量面內車輪徑向跳動曲線的一條切線。火車車輪滾動面直徑的知識允許，將超過一轉的測量值用於「輪緣高度差」對於車輪轉角的極坐標圖示。由於通過車輪滾動面的圓錐形形狀產生的橫向於鐵軌的車輪軸向運動所形成的測量誤差可以用這樣的方法減小，即，將0°角時的測量值和鄰近360°角前、後的測量值通過直線插補相互適應，從而對於位於它們之間的測針的測量值進行校正。
除了將測針設計成具有垂直於鐵軌的軸的搖臂的結構外也可以設計成其他結構，如直線導軌和平行於鐵軌的迴轉點。
對於解析度小於5μ的40mm的特殊測量行程可以採用各種可能的模擬或數字測量元件，例如編碼器、增量式直線標尺或磁致伸縮方法，對於這此元件有大量製造商。


下面藉助於一個實施例詳細說明本發明。
它們以大大簡化的局部示意圖表示-圖1一火車車輪在鐵軌上的位置，-圖2一在鐵軌上行駛的火車車輪的突起輪緣的探測，-圖3以側視圖表示一測針，-圖4以正視圖表示圖3中的測針，-圖5一測針的行程時間圖，-圖6在一測量段內的多個測針的行程時間圖，-圖7用原始信號表示的磨平部位，-圖8用徑向跳動表示的磨平部位。
具體實施例方式
圖1表示在某一時刻的一火車車輪1，它以其滾動面2在鐵軌4上沿方向3滾動。在一眾所周知由兩條相互平行和離開一定距離的鐵軌4組成的鐵道上火車車輪1由一突起輪緣5保持。在鐵道上運行時火車車輪1繞其垂直於圖1的圖紙平面的轉軸6旋轉。在圖1中例如表示一車輪1的不圓度7。不圓度7相當於突出輪緣高度8和9的差，例如在轉軸6的平面內沿行進方向3測量。在所述的圖1的例子中火車車輪1的支承面10相對於車輪軸線6錯開不圓度7的量。例如在圖2中支承面10表示成在一黑框11內的白點。黑框11表示磨平部位與火車車輪在鐵軌4上正常的支承面10相比的大小。
圖2中的在鐵軌4上沿行進方向3滾動的火車車輪1與多個測針12在突出輪緣5上接觸。每個測針12由一測量杆13組成，在測量杆外端上分別固定一測量滾輪14。由圖2可見，測針2以其探測滾輪14在與火車車輪1的突出輪緣頂點5接觸時根據沿行進方向走過的路程的不同分別佔有不同的水平位置15。探測滾輪14的水平位置15相當於測量行程。
每個測針12(圖3、圖4)包括一基底16，它在測量面17內與鐵軌4固定在一起。測量面17相當於這樣的平面，它在軌道4上垂直於支承面10並平行於輪軸6分布。測量杆13通過一鉸鏈18與基底16可旋轉地連接。同時測量杆13通過復位彈簧19支承在基底16上，此外在鉸鏈18內設置一轉角測量傳感器20，它測量測量滾輪14在測量面17內在突出輪緣頂點5上相應的水平位置15。
圖5表示在車輪1沿運動方向3不同的速度時測針12的信號隨時間的變化。例如信號21相當於車輪1的緩慢行駛，曲線22相應於車輪1的快速行駛。圖5的行程時間圖的區段24對應於單個測針12在突出輪緣頂點5滾過時所走過的測量行程。
在圖6的類似於圖5的行程時間圖中在測量段25上並排布置多個測量曲線，如它們對應於各個測針12的信號26。如圖6中可見，測量段25略大於火車車輪1在轉過一圈時所走過的車輪周長27。在圖6中還可以看到，信號26長度各不相同。測量曲線23的切線得到一近似的正弦曲線28。此曲線28對應於在車輪滾動面2轉過一周時測出的火車車輪1的不圓度。此外在所述情況下包括曲線28還具有一升程29。升程29表示火車車輪1在軌道上滾動時沿轉軸6方向的橫向運動。
圖7的測量信號30表示了一個凹坑31。凹坑31來自於磨平部位11，它在火車車輪1的滾動面2上測出。然後在圖8中可以看到磨平部位11關於其在滾動面2圓周上的位置和深度的弧立的圖示32。
圖形標記表1火車車輪 18鉸鏈2滾動面 19復位彈簧3行進方向 20角度測量傳感器4鐵軌 21緩慢行駛5突出輪緣 22快速行駛6轉軸 23測量曲線7不圓度 24測量行程8突出輪緣高度 25測量段9突出輪緣高度 26單信號10 支承面 27車輪周長11 磨平部位 28不圓度12 測針 29橫向運動13 測量杆 30測量信號14 探測滾輪 31磨平部位15 測量行程 32磨平部位圖示16 基底 33測針間距17 測量面
權利要求
1.裝在鐵道的至少一條鐵軌上的測量裝置，用來測量作為在測量面內的突出輪緣頂點的圓周半徑和火車車輪滾動面半徑之差的在火車車輪在鐵軌上行駛期間單個火車車輪或一輪組的火車車輪的圓度，其特徵為測量裝置在測量段(25)內沿著鐵軌(4)-由多個單個測針(12)組成，它們分別-具有一側向的相互距離(33)，和-在測量面(17)內沿火車車輪或輪組的轉軸(6)並垂直於相應火車車輪(1)的支承面(10)與鐵軌(4)連接。
2.按權利要求1的測量裝置，其特徵為測量段(25)在火車車輪(1)滾動面(2)的一周至兩周之間。
3.按權利要求1和2的測量裝置，其特徵為在測量段(25)之內至少一個測針(12)與突出輪緣頂點(5)在圓周上接觸。
4.按權利要求3的測量裝置，其特徵為在規定的測量時間內至少兩個相鄰的測針(12)同時與突出輪緣頂點(4)在圓周上接觸。
5.按權利要求1至4之任一項的測量裝置，其特徵為每個測針(12)由以下元件組成-一個可固定在鐵軌(4)上的基底(16)，-一個測量杆(13)連同-一在外端上的探測滾輪(14)，-一在基底(16)上的用於測量杆(12)的鉸鏈(18)，-一在探測滾輪(12)和鉸鏈(18)之間的復位彈簧(19)，和-一在鉸鏈(18)內或上的角度測量傳感器(20)。
6.按權利要求5的測量裝置，其特徵為設有一校準止擋。
7.按權利要求1至6之任一項的測量裝置，其特徵為設有一分析處理裝置，每個單獨的測針(12)可與它連接。
8.按權利要求7的測量裝置，其特徵為分析處理裝置具有分裝置，用以求出-火車車輪(1)的具有在測針(12)的測量點(23)的精確數值和在測量點的切線的不圓度(7)，-在滾動面(2)的滾動圓上的車輪直徑，-在滾動面(2)的支承面(10)上的突出輪緣(5)的高度，和-在滾動面(2)上磨平部位(11)的數量、位置和相應的深度。
9.按權利要求8的測量裝置，其特徵為分析處理裝置具有一分裝置，以求出火車車輪(1)或一個輪組的火車車輪(1)在駛過(3)測量段(25)時的橫向偏移(29)。
10.按權利要求8的測量裝置，其特徵為分析處理裝置具有一分裝置，它用測出的相應火車車輪(1)的圓度的偏差(7)遞推地校正火車車輪(1)或一輪組的各火車車輪(1)的直徑。
11.按權利要求5的測量裝置，其特徵為在探測滾輪(14)上設一汙物刮除器。
全文摘要
本發明涉及一種裝在鐵道的至少一條鐵軌(4)上的測量裝置，用來測量作為火車車輪在測量面(17)內的突出輪緣頂點(5)的圓周半徑和火車車輪滾動面(2)半徑之差的車輪在鐵軌(4)上行駛期間單個火車車輪(1)或一輪組的火車車輪(1)的圓度(7)。測量裝置由多個測針(12)組成，它們相互分別具有一側向距離，並在測量面(17)內沿火車車輪(1)或輪組的轉軸(6)垂直於相應火車車輪(1)的支承面(10)與鐵軌(4)連接。
文檔編號G01B5/20GK1780752SQ200380109325
公開日2006年5月31日 申請日期2003年12月18日 優先權日2002年12月23日
發明者A·海曼 申請人:黑根沙伊特-Mfd有限公司及兩合公司