线结构光轮对踏面几何参数测量系统设计

针对轮对踏面几何参数检测自动化程度不高、精度低的问题,设计一种线结构光非接触式测量系统,利用位移传感器和定位块对轮对踏面内侧基准进行定位。采用自动分段的多项式曲线拟合方法对踏面线结构光光条中心线进行光顺处理,解决了中心线提取过程中产生不平滑和锯齿等问题。基于Qt程序开发框架和C++开发软件系统,设计了人机交互界面,实现图像处理、尺寸测量、数据显示与储存等功能。搭建了简易的试验平台对车轮踏面模型进行测量,试验结果表明,该系统对轮缘高度和轮缘厚度的测量误差小于0.1mm,轮辋宽度的测量误差小于0.3mm,满足实际测量需求。     

基于激光传感的轮对踏面擦伤及剥离检测

介绍一种自动检测铁路车辆轮对踏面擦伤和剥离的新方法。利用激光传感技术建立轮对踏面数字矩阵,通过Marr算子边缘检测、二维双线性插值和基于踏面局部外形分解的数据校正处理技术,在轮对动态过程中快速提取轮对踏面擦伤深度和剥离长度等特征信息,精确拟合出踏面状况并加以诊断。系统分析软件采用VC++和Matlab语言编程,功能包括踏面矩阵数据处理,擦伤和剥离的自动检测,二维、三维图形显示和打印等。该踏面擦伤和剥离检测技术经过现场应用验证了其有效性和实用性。     

城轨车辆轮对尺寸在线测量系统的研制

针对城轨车辆轮对测量费时费力的问题,基于激光轮廓扫描传感器技术,开发了一种城轨车辆轮对尺寸在线测量系统。系统采用将激光轮廓扫描仪和激光位移传感器布置在钢轨的内外两侧。将轮廓扫描仪发射的激光线投射到车轮踏面上,实时测量经过测量区域内的车轮踏面外轮廓,并对测量结果进行插值运算、数据平滑运算等算法处理,获得车辆轮对的轮缘高度、轮缘厚度、车轮直径等主要参数。通过对测量结果数据分析,该系统可以完成运行中地铁车辆轮对参数的自动测量。     

基于平行四边形机构的车轮几何参数自动测量方法的研究

提出了一种新的车轮几何参数的自动测量原理。利用平行四边形机构的平动特性,在测量框架上部安装多套平行四边形机构和相对应的激光位移传感器,实现车轮在车间内行走时,对其踏面任意点直径、轮缘厚度、踏面磨耗及擦伤、轮辋宽等几何参数的自动测量。采用通过式测量方式,改变了已有旋转测量方式需要测量平台和轮对支撑与旋转机构的局面。介绍了主要参数的测量原理和测量系统误差的自动修正方法,给出了测量系统现场试验结果。     

基于激光位移传感器的轮缘尺寸测量方法研究

针对城轨列车轮缘磨耗日益严重,人工测量轮缘尺寸工作量大精度低等问题,采用2D激光位移传感器设计了一种在线非接触式轮缘尺寸测量方法。通过在轨道内、外两侧安装激光位移传感器进行了车辆踏面数据采集;然后采用数据分段、数据预处理、坐标变换、数据融合等算法进行了数据处理,获取了车轮轮廓线,并根据踏面几何关系计算了轮缘尺寸值。轮对试验和过车试验结果表明,所提出测量方法的偏差为±0.2 mm,测量一致性优于人工测量,测量系统工作稳定可靠,能够满足城轨车轮轮缘测量的实际要求。     

基于高斯过程的地铁车辆轮对磨耗建模及其镟修策略优化

根据广州地铁车辆轮对的磨耗数据,分析轮对磨耗和镟修的特点.针对踏面直径和轮缘厚度两个形面参数,基于高斯过程建立轮对磨耗的数据模型.根据地铁车辆轮对镟修要求,提出一种轮对镟修的控制限策略.在轮对磨耗模型的基础上,给出该镟修策略的蒙特卡罗仿真模型.然后利用蒙特卡罗仿真方法,以轮对期望使用寿命和期望镟修次数为指标,对不同的轮对镟修策略进行分析,从而实现轮对镟修策略的优化.结果表明:轮对轮缘厚度较大或较小时,轮缘磨损均较严重,而踏面直径的磨损速率和轮缘厚度不具有相关性;当轮缘厚度减少到27～28.5 mm时,通过镟修将轮缘厚度恢复到30 mm,这样的镟修策略能较好地延长轮对期望使用寿命,达到约13.2～15.3年.     

轮对踏面损伤自动检测技术

介绍一种自动检测轮对踏面损伤的新方法。利用激光传感技术建立轮对踏面数字矩阵，通过二维双线性插值，Marr算子边缘检测和基于踏面局部外形分解的的数据校正处理技术，在轮对动态过程中快速提取对踏面特征信息，精确拟合出踏面状况并加以诊断。检测系统人机界面友好，操作维护简单，并具有擦伤和剥离检测结果的二维，三维图形显示和打印等多种功能。     

一种自动检测轮对参数的新装置

介绍了一种可自动测量铁路车辆轮对参数并实现计算机自动化管理的新装置，对其结构和工作原理作了详细的分析，该系统对轮对外形尺寸，轮对踏面擦伤，剥离以及车轴，轮对和标志板的标记等二十多个参数实现动态在线测量并按车统-51C轮对卡片输出，同时建立了计算机管理效率库，大大提高了工作效率和检测精度，解决了目前轮对测量手段落后，测量误差大，劳动强度高等问题。     

列车车轮踏面缺陷的图像区域提取

建立了基于机器视觉的踏面缺陷检测系统,研究了该系统的踏面缺陷图像区域提取技术.采用基于平稳小波自适应阈值算法提取踏面区域;然后,根据踏面剥离缺陷图像特征,利用基于分块思想的粗定位和精定位组合的方法提取剥离图像区域;最后,根据踏面擦伤缺陷图像特征,利用基于踏面边缘线扫描搜索擦伤区域的方法提取擦伤图像区域.用两个实例验证了提出方法的有效性,实验结果表明:系统对剥离和擦伤两种缺陷的漏识率分别为8.3%和5.3%,误识率为5.1%,从而为后续特征提取和缺陷识别奠定了基础.     

基于EMAT技术的轮对踏面探伤仪

简述电磁超声换能器(EMAT)的结构组成及产生表面波的机理,分析了基于电磁超声表面波的车轮踏面缺陷检测原理.设计了基于电磁超声表面波的轮对踏面探伤仪,该探伤仪采用DSP+CPLD结构,构成数据处理、逻辑控制核心单元,信号由功率合成单元进行功率放大并与EMAT探头做输出匹配,提高输出功率;DSP系统完成超声波信号的数据处理及缺陷分析功能.最后对人工缺陷轮对和自然缺陷轮对进行试验,结果表明:检测过程无需耦合剂、无需沿踏面扫查,即可快速实现对轮对踏面表面及近表面10 mm范围内的车轮径向裂纹和大尺寸踏面剥离缺陷进行检测.     

基于激光三角法原理的轮对几何参数自动检测系统

介绍了一种基于激光三角法原理的轮对几何参数在线自动检测系统。运用CCD摄像机、线激光光源、数字图像采集与处理技术,研制出了一种列车轮对外形几何尺寸高速在线检测系统。经过在上海轨道交通1号线上的实际运用,验证了本系统的可行性与可靠性,实现了对列车轮对直径、轮缘高度、宽度、轮缘角等重要几何参数的测量。     

基于图象处理测量的轮对轮缘形状的研究

本文提出一种善于数字图象处理的轮对故障检测技术。该技术采用半导体激光器为光源通过高精度CCD传感器获取轮对踏面的图象．并将图象进行二值化和细化处理,分析踏面参数与系统参数的几何关系．从而得到踏面的几何参数值。现场检测的结果表明：本方法是可行的,具有测量精度高和稳定性好的特点,测量精度可达0.1mm。     

基于机器视觉的火车车轮在轨测量

在机器视觉测量系统中,满足动态测量要求和分析影响测量精度的因素是实现在线测量的重要环节。本文利用合肥工业大学研制的一套车轮轮缘踏面检测系统,通过试验模拟车轮在铁轨上的实际运行情况,建立车轮位移和被测轮缘踏面参数之间的数学模型,分析火车不同速度对这些参数测量精度的影响,为现场测量提供理论依据。     

点云频域配准的双目双线结构光列车轮对检测

针对单线结构光测量因范围有限以及遮挡等原因而无法检测整个车轮的轮缘及踏面的问题,提出了一种列车轮对双目双线结构光检测方法。该方法采用两组双线结构光传感器进行测量和数据采集。在两传感器产生的点云进行配准的过程中使用截面点云数据还原点云矩阵,然后对其进行傅里叶变换,在计算旋转角度时先进行极坐标转换,最后求取两矩阵的互功率谱,从而得到点云的旋转和平移矩阵。在此过程中考虑到点云噪声的存在,将辛格函数近似代替无噪声的互功率谱傅里叶反变换,从而确定在频域配准时噪声对配准参数的确定并无影响。接着采用相对值比较的算法和主成分分析拟合基准平面,对轮对直径方向进行标定。利用标定值对扫描数据进行处理,得出包括车轮直径、车轮滚动圆径向跳动等对尺寸参数。实验表明:点云频域配准的双目双线轮对检测技术对车轮直径的测量尺寸误差≤±0.05mm,车轮端跳的测量误差≤±0.06mm,车轮径跳的测量误差≤0.04mm。与标准轮对检测数据相比可知,该系统满足轮对检测精度的要求。     

Analysis of railway wheel rolling process based on three-dimensional simulation

Rolling is one of the key stages of railway wheel hot forming process. In this work, a three-dimensional finite element analysis on wheel vertical rolling process based on some strategies proposed has been carried out by using FE code SuperForm. In modeling, a virtual mandrel is exploited in the hub hole to keep the wheel central instead of the guide rolls and centering rolls. Some features of the wheel forming are deeply investigated such as the rim diameter expanding, the rim lateral spreading, the metal flow in the circumferential direction, and the stresses distribution. The results show that (1) the rim radius expanding mainly occurs in the two affected zones before and after the back roll deformation zone; (2) the rim metal has flow trend in the circumferential direction during rolling, the metal of the intersection area, between the tread and the rim external side surface has the largest relative angular displacement; and (3) the tensile stresses of the web both in radial and circumferential directions during rolling result in the web thickness decreasing by about 3 mm for the investigated wheel. The simulations results reveal the forming mechanisms of wheel rolling, laying the basis for designing and optimizing railway wheel forming process.     

Evaluating the measurement capability of a wheel profile measurement system by using GR&R

Reliable data with less variation play a key role for acceptance of the usefulness of the measurement output of a wheel profile measurement system (WPMS) in a railway network. However, in practice, most studies are carried out without checking the reliability of data from such a system, which may lead to inappropriate maintenance strategies. To ensure the measurement capability of WPMS and to support robust maintenance in railway systems, this study has evaluated measurement data for the flange height, flange thickness, flange slope, and tread hollowing of rolling stock wheels by using gauge repeatability and reproducibility (GR&R). In this study, acceptance and rejection criteria for the precision-to-tolerance ratio (PTR), signal-to-noise ratio (SNR), and discrimination ratio (DR) have been employed to evaluate the measurement capabilities. For the purpose of illustration, we have implemented a new proposed approach. This approach involves both an analysis using graphs with four regions with a confidence interval (CI) of 95% and an analysis using a graph with three regions with only the predicted values; the latter type of graph represents an innovation made in this study. This graph has the advantages that it can visualize three different levels of data quality in same figure, namely “unacceptable”, “acceptable” and “good”, and also include a number of measures without becoming unclear, which are features that have been missing in previous presentations. The results show that the measurements of the flange slope are on an acceptable level, while those for the flange height, flange thickness and tread hollowing have to be rejected as unacceptable. The action proposed for increasing the quality of data on the flange height, flange thickness and tread hollowing is to enhance the calibration of the WPMS. In conclusion, GR&R is a useful tool to evaluate the measurement capability of WPMS and to provide helpful support for maintenance decision making. This investigation also shows that there is good reason to be careful when selecting measures and when interpreting the results, since, for a certain wheel profile parameter, when one measure is used, the results may be acceptable, but when another measure is used, the results may be unacceptable.     

车轮踏面动态感应热成像缺陷检测方法研究

涡流脉冲热成像是一种新型的无损检测技术,具有检测速度快,灵敏度高,探测范围大的特点。为适应车轮踏面缺陷的动态检测,本文提出了一种适应车轮踏面廓形的矩形磁轭电磁感应激励传感结构。通过传感器结构的磁路模型推导,从理论上证明了传感结构的可行性。通过数值模拟计算分析了踏面表面检测区域的磁场与涡流场分布,并对比了矩形磁轭与直导线的检测结果。在此基础上,本文搭建了一套车轮自动探伤检测系统,能够实现65 mm/s速度下的缺陷动态测量。结果表明,设计的矩形磁轭传感结构可优化感应加热的均匀性,对车轮踏面浅表层疲劳裂纹(轴向表面开口)具有更好的检测结果。     

铝合金车轮侧向刚度影响因素分析

使用CATIA开展铝合金车轮参数化设计,通过调整轮心结构、轮辐结构、轮辋结构、轮缘结构、窗口结构得到不同的铝合金车轮三维数据;使用Hypermesh划分网格、Nastran求解,得到不同结构铝合金车轮的侧向刚度;分析车轮侧向刚度随车轮结构参数变化的敏感程度,结果显示轮心厚度、轮心直径、轮心根部圆角、轮辐内侧厚度、轮心减...     

轮轨接触界面摩擦管理研究进展

列车向着高速与重载方向迅速发展,显著加剧了轮轨接触界面间的损伤。通过在轮轨接触界面进行摩擦管理能够有效地降低轮轨之间的磨损、显著提高列车的运行安全性以及降低运营成本。对轮轨接触界面摩擦管理研究现状进行综述,并介绍轮轨界面摩擦控制对轮轨作用力、黏着、磨耗、滚动接触疲劳以及振动与噪声影响的研究进展;展望了轮轨接触界面摩擦管理未来研究方向,即应针对不同应用环境和接触部位,研发合理的摩擦控制材料,以克服摩擦管理过程中对轮轨损伤及使用局限性等问题;应探究车轮踏面/轨顶面和轮缘/轨距面摩擦控制方式,严格控制摩擦材料喷涂量使两接触面不相互干扰,优化改进轮轨接触界面摩擦管理的最佳应用参数;应研发环境友好型的轮缘/轨距面润滑剂与车轮踏面/轨顶面摩擦控制剂,稳定调控轮轨接触界面的黏着特性。