一种车轮掉块的检测方法与流程

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1.本发明具体涉及一种车轮掉块的检测方法，属于轨道交通安全监测技术领域。

背景技术：

2.车轮作为机车车辆走行部的关键部件，其运行状态的好坏，直接影响到机车车辆的行车安全。国内对于运行中车轮的检测，通常是位于车辆入库线位置、且在车辆低速通过时检测。此外，对车轮的自动化检测，主要集中在车轮踏面滚动圆位置，而对于车轮轮缘位置的掉块和车轮外侧轮辋的掉块，没有很好的检测方法。
3.目前，对车轮轮缘掉块和外侧轮辋的掉块的现有检测方法包括：(1)采用人工目测的检测方法：在车辆进入检修库后，由人工逐一对所有车轮进行检测；这种测量方式工作强度大、工作效率低，容易造成人力物力的浪费，同时由于停车后，车轮的部分被车辆的其它部位遮挡，没有办法一次性完成车轮整体的检测，容易造成问题的遗漏。(2)采用轨边图像在线监测方式，即轨边布置相机，车辆通过时对车轮拍照，但是该种检测方式会受到阳光干扰以及受到雨雪干扰较多。

技术实现要素：

4.为了克服现有技术中存在的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种车轮掉块的检测方法，能够快速、简单、精确地实现车轮掉块的检测。
5.为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
6.一种车轮掉块的检测方法，所述方法用于检测轨道上行进车轮的掉块，轨道的一侧或两侧设有多个等间距布置的传感器，形成传感器布置区域，各传感器与中央处理器连接；当车轮经过时，传感器产生输出信号并由中央处理器处理：当具有掉块情况的车轮经过传感器时，其输出信号发生变化，中央处理器通过对该缺陷信号的捕捉分析，发现车轮掉块的情况并报警提示。
7.进一步地，所述传感器布置区域的长度至少大于2倍的车轮周长。
8.更进一步地，所述车轮在传感器布置区域内至少滚动2圈，滚动第2圈时车轮上的传感器检测位置交错出现在第1圈时传感器检测位置的间隔之中。
9.进一步地，所述轨道内侧的传感器位于车轮的轮缘下方或外侧，且不与轮缘接触；轨道外侧的传感器位于车轮外侧轮辋的下方或外侧，且不与车轮接触。
10.进一步地，所述中央处理器包括：
11.信号获取单元，用于获取所有传感器的输出信息；
12.掉块定位单元，用户定位车轮上是否存在掉块；
13.掉块报警单元，计算掉块的位置和大小，根据预设的阈值发出或者不发出报警信息。
14.更进一步地，所述信号获取单元包括：
15.信号去噪组件，用于将传感器输出的信号进行滤波、平滑处理，剔除干扰信号，形
成更容易处理和判断的矩形信号；
16.信号映射组件，用于将整个传感器布置区域内的传感器信号重新映射到相对应的车轮位置上。
17.所述掉块定位单元的工作方法包括：存在掉块的车轮在经过传感器时，传感器的输出信号发生变化，基于映射后的传感器的信号变化，自动定位车轮的掉块区域。
18.所述掉块报警单元包括：
19.掉块计算组件，结合预制信息，计算车轮掉块的宽度；
20.掉块筛选组件，利用预设阈值筛选出符合要求的掉块区域；
21.掉块显示组件，用于显示车轮上掉块的位置。
22.进一步地，所述方法包括：
23.(1)在车轮进入第一个车轮周长的传感器布置区域时，布置区域内的传感器依次被车轮触发，产生输出信号并发送给中央处理器；
24.(2)在车轮进入第二个车轮周长的传感器布置区域时，布置区域内的传感器依次被车轮触发，产生输出信号并发送给中央处理器；
25.(3)所述中央处理器对收到的信息进行处理获得最终的车轮掉块检测结果。
26.更进一步地，所述步骤(3)的方法包括：
27.获取传感器输出信息：用于将传感器输出的信号进行滤波、平滑处理，剔除干扰信号，形成更容易处理和判断的矩形信号；用于将整个布置区域内的传感器信号重新映射到相对应的车轮位置上；
28.定位车轮掉块的位置：存在掉块的车轮在经过传感器时，传感器的数据信号发生变化，基于映射后的传感器的信号变化，自动定位车轮的掉块区域；
29.计算掉块的位置和大小，根据预设的阈值发出或者不发出报警信息：结合预制信息，计算车轮掉块的宽度；利用预设阈值筛选出符合要求的掉块区域；用于显示车轮上掉块的位置。
30.进一步地，所述传感器通过轨底固定支架和传感器安装平台设置在轨道的一侧或两侧。
31.更进一步地，所述传感器安装平台上设有平行于轨道的安装孔位，每个传感器安装平台上设有两个所述传感器；传感器安装平台对安装在其上的传感器设为位置进行调节，从而调节各传感器之间等间距的大小。
32.与现有技术相比，本发明的优点如下：
33.(1)本发明能够快速、简单、精确地实现车轮掉块的检测，特别是对于车轮轮缘位置的掉块和车轮外侧轮辋的掉块。
34.(2)本发明通过传感器和处理器的规划设置，采用非人工的方式，可对车轮的掉块进行检测，工作强度小、工作效率高，不会造成人力物力的浪费。
35.(3)本发明的检测方法不需要在车辆进入检修库后才进行车轮掉块的检测，在车轮正常运行时即可检测，不影响列车的正常通行；而且，利用本发明方法车轮正常通行时即可检测，车轮的一周均会被传感器检测到，不会被车辆的其它部位遮挡，所以一次性完成车轮整体的检测，不会造成车轮上某一部位遗漏检测的问题。此外，利用本发明方法不受阳光以及雨雪天气的影响。
附图说明
36.图1为本发明所提供的传感器及安装支架示意图：(a)传感器位于传感器安装平台的上方；(b)传感器位于传感器安装平台的侧面；
37.图2为本发明所提供的钢轨外侧传感器安装位置示意图：(a)为传感器位于车轮外侧轮辋的下方；图2(b)为传感器位于车轮外侧轮辋的外侧；
38.图3为本发明所提供的钢轨内侧传感器安装位置示意图：(a)为传感器位于车轮轮缘的下方；(b)为传感器位于车轮轮缘的外侧；
39.图4为本发明所提供的车轮和传感器对应位置示意图；
40.图5为本发明所提供的传感器输出信号a类波形示意图；
41.图6为本发明所提供的传感器输出信号b类波形示意图；
42.其中，1-传感器，2-轨底固定支架，3-传感器安装平台。
具体实施方式
43.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。
44.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
45.本发明所提供的一种车轮掉块的检测方法，包括步骤如下：
46.首先，参考图1a所示，将轨底固定支架2固定在钢轨一侧或两侧，轨底固定支架2相对于轨面的高度可以根据传感器1的有效测量范围进行调节；然后，将传感器安装平台3固定在轨底固定支架2上，将传感器1固定在传感器安装平台3上，每个传感器安装平台3安装两个传感器1，传感器1之间的距离，可根据传感器1的测量范围进行调节，传感器1的输出信号和中央处理器进行连接。
47.其中，传感器1的特性为，当其上方检测区域范围内有车轮等金属部件时，其输出信号为一个较低的电平信号，当其上方检测区域范围内没有车轮等金属部件时，其输出为一个较高的电平信号。传感器1如易福门公司型号为id5059的传感器，其nc端口在有车轮等金属物在上方时输出为低电平信号，当其检测区域没有车轮等金属物时，输出为高电平信号。
48.传感器1通过轨底固定支架2和传感器安装平台3布置在钢轨的一侧或两侧(外侧和内侧)，钢轨内侧的传感器1位于车轮轮缘下部或外侧，且不与轮缘接触；钢轨外侧的传感器1位于车轮外侧轮辋的下方或外侧，且不与车轮接触。
49.优选的，传感器安装平台3可以对安装在其上的传感器1位置进行调节，从而可以调节各传感器1之间等间距的大小，以适应不同检测范围的传感器1。传感器安装平台3上具有平行于轨道的安装孔位，可根据传感器1的工作范围调节传感器1之间的安装间距，已达到兼容不同类型传感器1和不同类型车轮直径的目的。
50.根据车轮掉块的检测要求，可以在钢轨的一侧或两侧分别连续布置多组传感器安装平台3。传感器安装平台3的布置数量，根据传感器1的检测范围和车轮直径的大小进行调
节。多个传感器1的布置区域的长度应至少大于2倍的车轮周长，以确保对整个车轮实现有效的检测覆盖。优选的，多个传感器1采用等间距布置在钢轨的一侧或两侧。
51.具体的，在钢轨外侧的传感器1布置可参考图2所示，在钢轨内侧的传感器布置可参考图3所示。
52.无论是在钢轨一侧或两侧布置传感器安装平台3，其最终要达到的车轮和传感器1的相对位置如图4所示，在车轮第一个周长范围内布置的传感器1，其传感器1之间的空白位置，通过在车轮第二个周长范围内部署的传感器1进行有效的补充，从而可以实现车轮整个周长的检测覆盖(车轮在多个传感器1布置的区域内至少滚动2圈，滚动第2圈时传感器1对车轮上的检测位置交错出现在滚动第1圈时传感器1对车轮的检测位置的间隔之中，保证整个车轮都得到检测，如图4所示)。为了适应不同的车轮周长，传感器1和传感器1之间，传感器安装平台3和传感器安装平台3之间的距离可根据车轮周长的大小，进行相应的调节。
53.所有传感器1的输出信号和中央处理器进行连接，中央处理器对传感器1的输出信号进行处理，并将处理后的信号表示为一个矩形。中央处理器与钢轨内侧传感器1连接，中央处理器接收传感器1的信号后产生内侧波形；中央处理器与钢轨外侧的传感器1连接，中央处理器接收传感器1的信号后产生外侧波形；中央处理器检测波形的变化，对于产生波形突变的位置判断为车轮掉块的情况：当具有掉块情况的车轮经过传感器1时，其输出信号发生变化，中央处理器通过对这种缺陷信号的捕捉和分析，发现车轮掉块的情况，并给出报警提示。
54.具体的：中央处理器根据传感器1在车轮上的相对位置，对处理后的信号进行统一展示，在没有掉块的车轮通过整个检测区间时，所有的传感器1都可以有效的感应到车轮，其传感器1输出信号通过中央处理器处理后，全部显示为一个高度较低的矩形波形，如图5传感器输出信号a类波形示意图所示。
55.假设车轮上存在一处掉块，当车轮掉块的位置运行到传感器1上方时，由于在传感器1的检测范围内没有车轮等金属部件，传感器1输出为较高的电平，经过中央处理器处理后，会在结果信号的展示中出现一个较高的突起，如图6传感器输出信号b类波形示意图所示，从而可以判断该车轮存在一处掉块，中央处理器将进行报警提示。

技术特征：

1.一种车轮掉块的检测方法，其特征在于，所述方法用于检测轨道上行进车轮的掉块，轨道的一侧或两侧设有多个等间距布置的传感器，形成传感器布置区域，各传感器与中央处理器连接；当车轮经过时，传感器产生输出信号并由中央处理器处理：当具有掉块情况的车轮经过传感器时，其输出信号发生变化，中央处理器通过对该缺陷信号的捕捉分析，发现车轮掉块的情况并报警提示。2.如权利要求1所述的一种车轮掉块的检测方法，其特征在于，所述传感器布置区域的长度至少大于2倍的车轮周长。3.如权利要求2所述的一种车轮掉块的检测方法，其特征在于，所述车轮在传感器布置区域内至少滚动2圈，滚动第2圈时车轮上的传感器检测位置交错出现在第1圈时传感器检测位置的间隔之中。4.如权利要求3所述的一种车轮掉块的检测方法，其特征在于，所述轨道内侧的传感器位于车轮的轮缘下方或外侧，且不与轮缘接触；轨道外侧的传感器位于车轮外侧轮辋的下方或外侧，且不与车轮接触。5.如权利要求1-4任意一项所述的一种车轮掉块的检测方法，其特征在于，所述中央处理器包括：信号获取单元，用于获取所有传感器的输出信息；掉块定位单元，用户定位车轮上是否存在掉块；掉块报警单元，计算掉块的位置和大小，根据预设的阈值发出或者不发出报警信息。6.根据权利要求5所述的一种车轮掉块的检测方法，其特征在于，所述信号获取单元包括：信号去噪组件，用于将传感器输出的信号进行滤波、平滑处理，剔除干扰信号，形成更容易处理和判断的矩形信号；信号映射组件，用于将整个传感器布置区域内的传感器信号重新映射到相对应的车轮位置上；所述掉块定位单元的工作方法包括：存在掉块的车轮在经过传感器时，传感器的输出信号发生变化，基于映射后的传感器的信号变化，自动定位车轮的掉块区域；所述掉块报警单元包括：掉块计算组件，结合预制信息，计算车轮掉块的宽度；掉块筛选组件，利用预设阈值筛选出符合要求的掉块区域；掉块显示组件，用于显示车轮上掉块的位置。7.如权利要求1所述的一种车轮掉块的检测方法，所述方法包括：(1)在车轮进入第一个车轮周长的传感器布置区域时，布置区域内的传感器依次被车轮触发，产生输出信号并发送给中央处理器；(2)在车轮进入第二个车轮周长的传感器布置区域时，布置区域内的传感器依次被车轮触发，产生输出信号并发送给中央处理器；(3)所述中央处理器对收到的信息进行处理获得最终的车轮掉块检测结果。8.根据权利要求7所述的一种车轮掉块的检测方法，其特征在于，所述步骤(3)的方法包括：获取传感器输出信息：
用于将传感器输出的信号进行滤波、平滑处理，剔除干扰信号，形成更容易处理和判断的矩形信号；用于将整个布置区域内的传感器信号重新映射到相对应的车轮位置上；定位车轮掉块的位置：存在掉块的车轮在经过传感器时，传感器的数据信号发生变化，基于映射后的传感器的信号变化，自动定位车轮的掉块区域；计算掉块的位置和大小，根据预设的阈值发出或者不发出报警信息：结合预制信息，计算车轮掉块的宽度；利用预设阈值筛选出符合要求的掉块区域；用于显示车轮上掉块的位置。9.如权利要求1-4任意一项所述的一种车轮掉块的检测方法，其特征在于，所述传感器通过轨底固定支架和传感器安装平台设置在轨道的一侧或两侧。10.如权利要求9所述的一种车轮掉块的检测方法，其特征在于，所述传感器安装平台上设有平行于轨道的安装孔位，每个传感器安装平台上设有两个所述传感器；传感器安装平台对安装在其上的传感器设为位置进行调节，从而调节各传感器之间等间距的大小。

技术总结

本发明公开了一种车轮掉块的检测方法，用于检测轨道上行进车轮的掉块，轨道一侧或两侧设有多个等间距布置的传感器，形成传感器布置区域，传感器与中央处理器连接；当车轮经过时，传感器产生的输出信号由中央处理器处理：当具有掉块情况的车轮经过传感器时，其输出信号发生变化，中央处理器通过对缺陷信号的捕捉分析，发现车轮掉块的情况并报警提示。本发明快速、简单、精确地实现车轮掉块的检测。本发明通过传感器和处理器的规划设置，对车轮掉块进行检测，工作强度小、工作效率高，不会造成人力物力的浪费。本发明在车轮正常运行时即可检测，不但不影响列车正常通行，而且车轮的一周均会被传感器检测到，不会被车辆的其它部位遮挡。不会被车辆的其它部位遮挡。