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激光位移传感器在车轮踏面磨损检测中的应用研究
| 论文题名： | 激光位移传感器在车轮踏面磨损检测中的应用研究 |
| 关键词： | 铁路列车;车轮踏面;磨损检测;激光位移传感器 |
| 摘要： | 随着列车运行速度不断提高，列车密度越来越大，列车启-停和加减速的频率增大，车轮踏面磨损随之加剧。车轮踏面磨损将引起额外的冲击和噪音，影响列车运行平稳性和乘坐舒适性，甚至影响列车运行安全。因此，需要对使用中的车轮定期进行检测，对磨损超限的车轮进行及时维修或更换，以确保行车安全。 本文针对铁路行业对便携式快速高精度车轮踏面检测仪器的需要，研究基于激光位移传感器的车轮踏面检测技术与仪器设计开发。 首先，通过对车轮踏面结构、尺寸参数、踏面磨损及其检测技术要求进行分析，根据采用激光三角测量原理的位移传感器的特点，确定了基于直射式激光位移传感器的车轮踏面轮廓测量方案。 其次，按照“激光位移传感器沿直线扫描”的测量方案，以单盘式齿廓测量仪为基础，利用奥普士CD33-50N激光位移传感器、NIELVISⅡ+和计算机设计制作了踏面轮廓检测装置。对LMD-28校验样板进行测量，所得结果与标准数据整体吻合良好，验证了应用激光位移传感器进行车轮踏面检测的可行性和有效性。 第三，针对“激光位移传感器沿直线扫描”的测量方案需要选用有效测量范围大的传感器才能满足整个踏面测量要求的问题，提出了仿形测量方案，通过仿形机构设计，使得传感器在测量过程中的运行轨迹与车轮踏面标准轮廓形状一致，实现仿形测量。给出了仿形运动机构设计和实现可行性的理论分析。 第四，在轮缘顶部轮廓弧线与外侧面弧线连接处，踏面斜率大，测量光束投射到踏面上的光斑严重散开，散射光在位移传感器图像接收器上的像点也严重散开，测量结果波动大，甚至出现测量失真。针对这一问题，提出了传感器倾斜安装测量方案，即使传感器测量光束与测量基准轴X成一定角度α（α＜90°）。对不锈钢、普通钢、塑料和硬纸四种材质的表面进行不同入射角度的测量实验。实验结果表明：（1）测量误差随着α增大而增加；当α达到一定数值（40°左右，因材料不同而不同），测量误差迅速增大。（2）在α相同的条件下，材料表面光洁度越高，测量误差越小。对于不锈钢及普通钢材料，在-40°＜α＜40°，测量误差小于0.1mm。 |
| 作者： | 刘智超 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 张凤生 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 青岛大学 |
| 学位年度： | 2016 |
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