軌道車輛輪軸同心度自動檢測儀的製作方法
2023-05-12 02:22:42
本實用新型涉及一種同心度檢測工具，特別是涉及一種軌道車輛輪軸同心度自動檢測儀。
背景技術：
在實際生產及使用過程中，由於裝配、加工誤差及輪對在使用過程中的偏磨等原因，使得車輛輪對的車輪踏面滾動圓中心與軸頸面中心不同心，從而造成輪對在高速旋轉時與鋼軌面之間產生衝擊和振動，對車輛運行的安全性和平穩性帶來不利影響，輪對使用壽命降低。
隨著我國軌道交通系統的快速發展，為滿足新技術、新材料、新裝置和高速鐵路的發展需求，進一步統一鐵路客車輪對組裝、信息化管理和檢修質量標準，中國鐵路總公司於2014年元月統一制定了《鐵路客車輪軸組裝檢修及管理規則》，並開始執行。《規則》中第3.7條的（5）中規定同一車輪踏面與軸頸面在同一直線上測量的兩點距離差超限，應對車輪進行加修；《規則》中附件14《輪對、軸承和軸箱裝置檢修限度表》裡14.3.10.5也明確了同一車輪踏面與軸頸面的距離差的相關技術標準：運行速度不超過120km/h的車輛，不大於0.6mm；運行速度不超過140km/h的車輛，不大於0.5mm；運行速度不超過160km/h車輛，不大於0.4mm。
而目前國內對於同一輪對輪軸同心度檢測即踏面與軸頸面的距離差的檢測主要是通過車輪圓周跳動測量表進行人工檢測，檢測點數少、檢測效率低、數據讀取誤差大、檢測精度低。
技術實現要素：
本實用新型要解決的技術問題就是克服上述現有技術的不足，而提供一種結構簡單、實用，能快速準確地測出車輛輪軸同心度，大大提高檢測精度和檢測效率，降低工人勞動強度的軌道車輛輪軸同心度自動檢測儀。
為解決上述技術問題，本實用新型採用的技術方案為：
設計一種軌道車輛輪軸同心度自動檢測儀，包括機架、車輪軸向夾緊機構、車輪旋轉驅動機構、車輪踏面測頭組件及車輪踏面測頭組件豎向位移機構、車輪軸頸部位測頭組件及車輪軸頸部位測頭組件豎向位移機構，以及控制單元；其中車輪軸向夾緊機構、車輪旋轉驅動機構、車輪踏面測頭組件豎向位移機構和車輪軸頸部位測頭組件豎向位移機構分別安裝在機架上，車輪踏面測頭組件和車輪軸頸部位測頭組件分別安裝在車輪踏面測頭組件豎向位移機構和車輪軸頸部位測頭組件豎向位移機構的下方。
優選地，在上述軌道車輛輪軸同心度自動檢測儀中，相對於左右輪對，所述車輪軸向夾緊機構、車輪旋轉驅動機構、車輪踏面測頭組件及車輪踏面測頭組件豎向位移機構、車輪軸頸部位測頭組件及車輪軸頸部位測頭組件豎向位移機構分別有兩套，且左右對稱設置。
優選地，在上述軌道車輛輪軸同心度自動檢測儀中，還包括相對於左右輪對，呈左右對稱設置的兩套車輪測後推出機構。
優選地，在上述軌道車輛輪軸同心度自動檢測儀中，所述車輪測後推出機構包括推出氣/液壓缸、推出臂、驅動輪和輪對前後兩個支撐塊，其中推出氣/液壓缸通過墊板安裝在機架上，驅動輪設於推出臂上，推出臂前端與推出氣/液壓缸活塞杆末端所設Y形接頭相鉸接，推出臂的後端活動鉸接在輪對後支撐塊的後側。
優選地，在上述軌道車輛輪軸同心度自動檢測儀中，該自動檢測儀還包括計算機主機及顯示器和語音提示報警器。
優選地，在上述軌道車輛輪軸同心度自動檢測儀中，所述車輪軸向夾緊機構包括夾緊氣/液壓缸、夾緊定位塊、面板和下導向塊，其中夾緊氣/液壓缸尾部通過後座耳固定在機架上，夾緊氣/液壓缸尾部與後座耳之間通過軸及偏心套活動鉸接，夾緊氣/液壓缸與夾緊定位塊之間通過軸及襯套活動鉸接，面板設在夾緊定位塊上，夾緊定位塊與底部所設的下導向塊滑動匹配連接。
優選地，在上述軌道車輛輪軸同心度自動檢測儀中，所述車輪旋轉驅動機構包括驅動電機及減速機、驅動軸、軸承蓋、轉輪箱體及前後所設的主動輪和被動輪、防靠死軸承，其中驅動軸與減速機動力輸出端通過聯軸器連接。
優選地，在上述軌道車輛輪軸同心度自動檢測儀中，所述車輪踏面測頭組件豎向位移機構和車輪軸頸部位測頭組件豎向位移機構分別包括底板、直線導軌、伺服電機及電機座、絲杆絲母傳動機構，其中底板通過機體聯接座安裝機架上，伺服電機座安裝在底板上，絲杆絲母傳動機構包括滾珠絲杆、絲母、絲杆前後支撐、絲母座及絲母底板，滾珠絲杆端部與電機輸出軸通過聯軸器直連，絲杆前後支撐安裝在底板上，絲母底板安裝在直線導軌上。
優選地，在上述軌道車輛輪軸同心度自動檢測儀中，所述車輪踏面測頭組件和車輪軸頸部位測頭組件分別包括測頭外殼、雷射測頭及雷射測頭支架、測頭防護底板、行程開關、接近傳感器、移動板、彈簧和導向架，其中測頭外殼與雷射測頭支架安裝在測頭防護底板上，測頭防護底板與導向架固定連接，導向架與車輪踏面測頭組件豎向位移機構和車輪軸頸部位測頭組件豎向位移機構所含直線導軌滑動匹配連接，行程開關、接近傳感器安裝在導向架上，彈簧套裝在接近傳感器上，且彈簧的上端固定在導向架上，彈簧的下端安裝有所述移動板，移動板上伸出端與行程開關正對設置。
優選地，在上述軌道車輛輪軸同心度自動檢測儀中，所述控制單元包括電氣控制單元和氣動/液壓控制單元，其中氣動/液壓控制單元包括管路，其中管路包括通過三通連接的主管路、與夾緊氣/液壓缸和推出氣/液壓缸分別連接的支管路Ⅰ和Ⅱ，在主管路上設有空氣/液壓油過濾減壓輔助元件，在支管路Ⅰ和Ⅱ上分別設有換向控制元件。
本實用新型軌道車輛輪軸同心度自動檢測儀的自動檢測原理如下：
本實用新型軌道車輛輪軸同心度自動檢測的原理的數學模型如圖1所示。k為車輪踏面某點和軸頸面同一徑線上兩點之間的距離，如車輛輪對的車輪踏面滾動圓中心與軸頸面中心不存在偏差，沿圓周方向各對應點在理論計算中，k1=k2=……=kn，即任意k值的絕對差值P=|kn-ki|=0。但由於裝配、加工誤差及輪對在使用過程中的偏磨等原因，使得車輛輪對的車輪踏面滾動圓中心與軸頸面中心不同心，即P=|kn-ki|≠0，就會造成輪對在高速旋轉時與鋼軌面之間的衝擊和振動，對車輛運行的安全性和平穩性帶來不利影響，輪對使用壽命降低。按照《鐵路客車輪軸組裝檢修及管理規則》的規定，根據車輛運行速度的不同，沿車輪一周對應各點的絕對差值P的最大值需在其容許的範圍之內。通過模型計算可知k+h1+x1=h2+x2，即k=h2+x2-（h1+x1）。
本實用新型通過車輪軸向夾緊機構來實現輪對到達待測位後能夠處於準確的測量位置，通過車輪旋轉驅動機構實現車輪自動旋轉，完成圓周方向的數據採集，並在測量時能實現探頭（即車輪踏面測頭和軸頸部位測頭）的自動定位。探頭的自動定位分水平和豎直兩個方向，由於現階段我國的軌距都是採用的國際標準軌距，輪對內測距相對固定，所以水平方向的定位主要是以車輪踏面滾動圓為基準。豎直方向：由於車輛輪對軸型不同，又有新輪、半磨耗輪與磨耗輪之分，輪對名義直徑和軸頸面直徑大小有很大差別，而雷射測距探頭又有最佳的檢測距離的要求，所以對於不同的輪對應能實現在豎直方向的自動調整和定位。
本實用新型技術方案的有益效果是：
1、本實用新型車輪軸向夾緊機構主要是在輪對到達待測位後為了確保測量位置的準確度而設置的輪對軸向定位裝置；輪對驅動機構是用來驅動輪對在檢測臺位時以一定的速度緩慢轉動；測量時，車輪踏面測頭組件豎向位移機構和車輪軸頸部位測頭組件豎向位移機構是用來控制測頭上下位置，由於車輛輪對在檢修時輪徑尺寸和軸徑尺寸是有差別的，為了使測頭在每次檢測時處於最佳的測量高度，以確保測頭保持最佳的測量精度，所以需對測頭的上下高度進行精確控制。因而，本實用新型能夠滿足各型軌道交通車輛輪對的同心度檢測，對不符合相關技術參數要求的輪對進行進一步的加修，對於有效提高客車運行的平穩性、穩定性具有極其重要的作用。
2、本實用新型車輪測後推出機構的設置，可以將測量後的輪對快速推出檢測工位，從而提高輪對檢測作業效率，減輕作業人員勞動強度。計算機主機及顯示器和語音提示報警器的設置，是為了在數據收集處理後可以通過顯示器顯示出來，當計算檢測結果超出最大限度時能夠語音提示報警。
3、本實用新型進一步的，車輪軸向夾緊機構可以採用控制夾緊氣/液壓缸活塞杆的伸縮來控制夾緊定位塊的軸向移動，使兩側的夾緊定位塊作用於兩側車輪踏面的外側，完成輪對的軸向定位；車輪測後推出機構可以採用控制推出氣/液壓缸活塞杆的伸出，使得推出臂作用於驅動輪將車輪推出；因而，結構簡單，操作方便，易於實施。
4、本實用新型優選的，車輪踏面測頭組件豎向位移機構和車輪軸頸部位測頭組件豎向位移機構可以採用伺服電機和絲槓絲母傳動實現測頭的上下位置移動，並通過接近傳感器、行程開關等控制元器件實現對測頭位置的進一步保護；車輪軸向夾緊機構中所含偏心套的設置，是為了使得夾緊氣/液壓缸能夠完全放下，可以保證對車輪踏面的外側的有效夾緊。
附圖說明
下面結合附圖對本實用新型的具體實施方式作進一步詳細的說明，其中：
圖1為本實用新型自動檢測的原理圖；
圖2為本實用新型軌道車輛輪軸同心度自動檢測儀的結構示意圖；
圖3為圖2所示的A-A 剖視結構示意圖；
圖4為圖2所示的車輪軸向夾緊機構的結構示意圖；
圖5為圖2所示的車輪旋轉驅動機構的結構示意圖；
圖6為圖2所示的車輪踏面測頭組件豎向位移機構和車輪軸頸部位測頭組件豎向位移機構的結構示意圖；
圖7為圖2所示的車輪踏面測頭組件或者車輪軸頸部位測頭組件的結構示意圖；
圖8為圖2所示的車輪測後推出機構的結構示意圖；
圖9為本實用新型的氣動控制原理圖；
圖中序號：h1為傳感器1到輪對踏面滾動圓的距離，h2為傳感器2到車軸軸頸面的距離，x1為機械構架基準面到傳感器1測頭的距離，x2為機械構架基準面到傳感器2測頭的距離；
1、機架，
2、車輪軸向夾緊機構，
2-1、夾緊氣缸，2-2、夾緊定位塊，2-3、面板，2-4、下導向塊，2-5、後座耳，2-6、軸，2-7、偏心套，2-8、襯套，
3、車輪旋轉驅動機構，
3-1、驅動電機，3-2、擺線針減速機，3-3、驅動軸，3-4、軸承蓋，3-5、轉輪箱體，3-6、主動輪，3-7、被動輪，3-8、防靠死軸承，3-9、聯軸器，
41、車輪踏面測頭組件豎向位移機構，42、車輪軸頸部位測頭組件豎向位移機構，
4-1、底板，4-2、直線導軌，4-3、伺服電機，4-4、電機座， 4-5、機體聯接座，4-6、滾珠絲杆，4-7、絲母，4-8、絲杆前支撐，4-9、絲杆後支撐， 4-10、絲母座，4-11、絲母底板， 4-12、聯軸器，
51、車輪踏面測頭組件，52、車輪軸頸部位測頭組件，
5-1、測頭外殼， 5-2、雷射測頭，5-3、雷射測頭支架， 5-4、測頭防護底板， 5-5、行程開關， 5-6、接近傳感器， 5-7、移動板， 5-8、彈簧，5-9、導向架，
6、車輪測後推出機構，
6-1、推出氣缸，6-2、推出臂，6-3、驅動輪， 6-4、輪對前支撐塊， 6-5、輪對後支撐塊， 6-6、墊板， 6-7、Y形接頭， 6-8、轉軸，
7、氣動控制單元，
7-1、主管路，7-2、支管路Ⅰ，7-3、支管路Ⅱ，7-4、三通，7-5、空氣過濾器，7-6、過濾減壓油霧三聯件，7-7、五通小型電磁換向閥，7-8、減壓閥，
8、輪對。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例（以氣動控制驅動方式為例）來說明本實用新型的具體實施方式，但以下實施例只是用來詳細說明本實用新型，並不以任何方式限制本實用新型的範圍，在以下實施例中所涉及的儀器元件如無特別說明，均為常規儀器元件。
參見圖2-3，圖中，本實用新型軌道車輛輪軸同心度自動檢測儀，包括機架1、車輪軸向夾緊機構2、車輪旋轉驅動機構3、車輪踏面測頭組件51及車輪踏面測頭組件豎向位移機構41、車輪軸頸部位測頭組件52及車輪軸頸部位測頭組件豎向位移機構42，以及機架側面設置的電氣控制單元和氣動控制單元7；其中車輪軸向夾緊機構、車輪旋轉驅動機構、車輪踏面測頭組件豎向位移機構和車輪軸頸部位測頭組件豎向位移機構分別安裝在機架上，車輪踏面測頭組件和車輪軸頸部位測頭組件分別安裝在車輪踏面測頭組件豎向位移機構和車輪軸頸部位測頭組件豎向位移機構的下方。
相對於左右輪對8，所述車輪軸向夾緊機構、車輪旋轉驅動機構、車輪踏面測頭組件及車輪踏面測頭組件豎向位移機構、車輪軸頸部位測頭組件及車輪軸頸部位測頭組件豎向位移機構分別有兩套，且左右對稱設置。還包括相對於左右輪對，呈左右對稱設置的兩套車輪測後推出機構6。此外，該自動檢測儀還包括計算機主機及顯示器和語音提示報警器（圖中未示出）。
參見圖4，圖中，所述車輪軸向夾緊機構包括夾緊氣缸2-1、夾緊定位塊2-2、面板2-3和下導向塊2-4，其中夾緊氣缸尾部通過後座耳2-5固定在機架上，夾緊氣缸尾部與後座耳之間通過軸2-6及偏心套2-7活動鉸接，夾緊氣缸與夾緊定位塊之間通過軸及襯套2-8活動鉸接，面板設在夾緊定位塊上，夾緊定位塊與底部所設的下導向塊滑動匹配連接。
具體使用時，車輪軸向夾緊機構主要是在輪對到達待測位後為了確保測量位置的準確度而設置的輪對軸向定位裝置。輪對兩側分別設置兩套夾緊裝置。車輪軸向夾緊機構主要是通過控制夾緊氣缸活塞杆的伸縮來控制夾緊定位塊的軸向移動，使兩側的夾緊定位塊作用於兩側車輪踏面的外側，完成輪對的軸向定位。
參見圖5，圖中，所述車輪旋轉驅動機構包括驅動電機3-1及擺線針減速機3-2、驅動軸3-3、軸承蓋3-4、轉輪箱體3-5及前後所設的主動輪3-6和被動輪3-7、防靠死軸承3-8，其中驅動軸與減速機動力輸出端通過聯軸器3-9連接。
具體使用時，車輪旋轉驅動機構是用來驅動輪對在檢測臺位的勻速轉動的。由於輪對同心度檢測需採集車輪踏面及軸頸面一周的相關數據，所以在具體檢測時需驅動輪對以一定的速度緩慢轉動。
參見圖6，圖中，所述車輪踏面測頭組件豎向位移機構和車輪軸頸部位測頭組件豎向位移機構分別包括底板4-1、直線導軌4-2、伺服電機4-3及電機座4-4、絲杆絲母傳動機構，其中底板通過機體聯接座4-5安裝機架上，伺服電機座安裝在底板上，絲杆絲母傳動機構包括滾珠絲杆4-6、絲母4-7、絲杆前後支撐4-8、4-9、絲母座4-10及絲母底板4-11，絲杆端部與電機輸出軸通過聯軸器4-12直連，絲杆前後支撐安裝在底板上，絲母底板安裝在直線導軌上。
具體使用時，車輪踏面測頭組件豎向位移機構和車輪軸頸部位測頭組件豎向位移機構是用來控制測頭上下位置。由於車輛輪對在檢修時輪徑尺寸和軸徑尺寸是有差別的，為了使測頭在每次檢測時處於最佳的測量高度，以確保測頭保持最佳的測量精度，所以需對測頭的上下高度進行精確控制。
參見圖7，圖中，所述車輪踏面測頭組件和車輪軸頸部位測頭組件分別包括測頭外殼5-1、雷射測頭5-2及雷射測頭支架5-3、測頭防護底板5-4、行程開關5-5、接近傳感器5-6、移動板5-7、彈簧5-8和導向架5-9，其中測頭外殼與雷射測頭支架安裝在測頭防護底板上，測頭防護底板與導向架固定連接，導向架與車輪踏面測頭組件豎向位移機構和車輪軸頸部位測頭組件豎向位移機構所含直線導軌4-2滑動匹配連接，行程開關、接近傳感器安裝在導向架上，彈簧套裝在接近傳感器上，且彈簧的上端固定在導向架上，彈簧的下端安裝有所述移動板，移動板上伸出端與行程開關正對設置。
具體使用時，車輪踏面及軸頸部位採用了基恩士IL-S065高精度雷射測距傳感器作為測頭，用於分別測量測頭至車輪踏面和軸頸面的距離，並以此來檢測同一輪對上兩個車輪的車輪踏面滾動圓與軸頸圓周面的同軸度。
參見圖8，圖中，所述車輪測後推出機構包括推出氣缸6-1、推出臂6-2、驅動輪6-3和輪對前後兩個支撐塊6-4、6-5，其中推出氣缸通過墊板6-6安裝在機架上，驅動輪設於推出臂上，推出臂前端與推出氣缸活塞杆末端所設Y形接頭6-7相鉸接，推出臂的後端通過轉軸6-8活動鉸接在輪對後支撐塊的後側。
具體使用時，車輪測後推出機構主要是為了將測量後的輪對快速推出檢測工位，提高輪對檢測作業效率，減輕作業人員勞動強度而設置。即主要是通過控制推出氣缸活塞杆的伸出，使得推出臂作用於驅動輪將車輪推出。
參見圖9，該自動檢測儀還包括氣動控制單元，該氣動控制單元包括管路，其中管路包括通過三通7-4連接的主管路7-1、與夾緊氣缸2-1和推出氣缸6-1分別連接的支管路Ⅰ7-2和Ⅱ7-3，在主管路上設有空氣過濾器7-5、過濾減壓油霧三聯件7-6，在支管路Ⅰ和Ⅱ上分別設有五通小型電磁換向閥7-7和減壓閥7-8。
本實用新型具體使用時，由於主要包括機架、車輪軸向夾緊機構、車輪旋轉驅動機構、車輪測後推出機構、車輪踏面測頭組件豎向位移機構、車輪軸頸部位測頭組件豎向位移機構、車輪踏面測頭組件、車輪軸頸部位測頭組件等組成。其中車輪軸向夾緊機構主要用於輪對的軸向定位；車輪旋轉驅動機構主要用於輪對的驅動，輪對以一定的速度旋轉；車輪測後推出機構主要用於檢測結束後的輪對推出檢測位置；車輪踏面測頭組件豎向位移機構和車輪軸頸部位測頭組件豎向位移機構主要是通過伺服電機和絲槓傳動，並通過接近傳感器、行程開關等控制機構實現對雷射測距傳感器的保護；車輪踏面測頭及軸頸部位測頭主要是採用高精度雷射測距傳感器完成測頭到車輪踏面及軸頸柱面的尺寸測量。在機體側面可以設置含有電氣控制單元的設備控制櫃以及外部設備，包括電氣控制箱、氣動控制箱、工控主機及顯示器、印表機等，實現雷射測距傳感器的自動定位、自動測距、測量數據的自動採集、自動處理、幹擾數據的自動過濾、數據儲存等處理，完成輪對同心度的自動測量。從而實現由人工檢測到全自動檢測、由直接接觸式檢測到非接觸時檢測，實現檢測數據的自動採集、自動處理，自動儲存、列印和輸出等功能，顯著提高了工作效率，降低了工人勞動強度，有效提高了檢測效率和檢測精度，為企業解決了一項生產難題。
而且，本實用新型能夠滿足各型軌道交通車輛輪對的同心度檢測，對不符合相關技術參數要求的輪對進行進一步的加修，對於有效提高客車運行的平穩性、穩定性具有極其重要的作用。
本實用新型測量探頭的選型：測距採用基恩士高精度非接觸式雷射位移傳感器IL-S065，重複測量精度達2μm ，線性度±0.075% F.S。
計算機主機及顯示器用於終端顯示：採用Visual studio2010編輯界面顯示，畫面顯示各種設定模式，串口選擇通道，X-Y坐標實時顯示測量距離，並記錄保存測量結果。開關電源採用脈寬調製（PWM）開關技術設計,採用了低功耗電路設計,保證了電源的穩定性和和高效率.輸入電壓範圍寬。輸入電壓220V範圍寬:175V～265V另有110V或220轉換開關，效率高達83%以上，本開關電源具有高溫保護，過壓保護、短路保護、超載保護等功能。
數據採集：測量數據的自動採集和採集時機的選擇。配合輪軸旋轉速度確定檢測頻率和周期。
數據處理：擬採用8位單片機將傳感器採集來的數據經行邏輯運算處理，控制傳感器的工作狀態，配合輪軸旋轉速度確定檢測頻率、周期，並將處理數據發送上位機顯示出來。計算檢測結果超出最大限度語音提示報警。
通過相應軟體實現數據的自動處理和幹擾數據的自動篩選，將處理數據發送上位機進行顯示、儲存、列印和調取。並能將超出正常使用標準的檢測結果（超標位置和測量數據）進行語音報警提示和顏色標識。
上面結合附圖和實施例對本實用新型作了詳細的說明，但是，所屬技術領域的技術人員能夠理解，在不脫離本實用新型宗旨的前提下，還可以對上述實施例中的各個具體參數進行變更，形成多個具體的實施例，比如氣缸採用液壓缸代替，氣動控制單元採用液壓控制單元來代替等等，均為本實用新型的常見變化範圍，在此不再一一詳述。