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浅谈轮对尺寸在线自动监测技术

郑州铁路局局车辆检测所张娴

摘要：本文简单介绍了目前国内外采用的轮对尺寸检测技术的主要原理，简述

了目前国内外已应用的轮对尺寸检测技术系统，并对货车轮对尺寸在线自动监测技术
的应用进行了简单的应用展望。

关键词：货车车轮监测技术

车辆轮对是铁路车辆走行部的重要构件，轮对故障常常导致严重的安
全事故，给铁路运输造成重大损失。轮对尺寸超限等轮对故障不但是运输
中的安全隐患，而且对铁路的固定设施及车辆结构本身造成了极大的损
害。
目前，随着货车的重载和提速，车轮磨耗日趋严重，根据生产厂家对
C80型敞车的跟踪调查，C80型敞车车轮圆周磨耗速度就较快，C80型敞
车在投入运用不足3年时间内,已有超过30%的轮对圆周磨耗达3mm以
上，约5.8%的轮对圆周磨耗超过运用限度。超限轮对使得车辆运行品质
下降,影响行车安全。为此，铁路安全工作中投入了大量的人力，对车辆
轮对的故障进行检测，但目前的运用过程中的检测手段仍以人工为主，需
要大量的列检人员繁重劳动，检测精度低、效率低、检测项目欠缺，对车
辆轮对技术状态的监测仍存在相当的隐患。因而，发展货车轮对尺寸在线
自动监测技术实现对车轮自动检测具有非常大的意义。
一、轮对尺寸检测技术主要原理
目前国内外轮对尺寸在线检测技术主要有光截图像技术、激光位移测
距技术和自动视觉测量技术，我国目前在的轮对尺寸的在线检测主要应用
在动车、客车的入库检查及地铁客车的在线检查上，在货车上还未得到应

用，其主要原理如下：
1.光截图像技术
光截图像技术采用线状激光作为投射光源，面阵CCD相机作为采集设
备，利用激光三角测量技术，实现物体的二维尺寸测量。测量完毕后与标
准曲线对比，从而实现各参数的最终检测。该技术在静态及低速检测中有
较高精度，但高速检测中的测量精度尚待检验。采用光截图像技术对入库
列车（低速）轮对尺寸进行在线检测在国内外有较多应用，如瑞士ELAG、
美国BEENA以及国内的成都主导科技有限责任公司、哈尔滨威克科技股份
有限公司等。
2.激光位移测距技术
激光位移测距技术采用激光位移三角测量技术，通过激光位移传感器
的两路光电流输出，反推出物体被激光照射点到成像透镜前主面的距离。
目前激光位移测距技术主要运用于我国部分地铁线路。
3.自动视觉测量技术
该技术的工作原理是基于视频成像及图像识别技术实现轮对尺寸的
检测。
二、轮对尺寸在线监测系统
目前，国内外应用于动车组、地铁、机车领域的轮对尺寸在线检测系
统归纳起来主要是基于自动视觉测量及诊断技术、PSD的激光位移三角测
量技术、结构光三角法测量技术、光截图像法的轮对尺寸检测系统，具体
如下：
1.基于自动视觉测量及诊断技术的系统
采用该技术的系统主要包括轮对测量（轮缘，轮径，轮辋）、闸瓦状
态与测量、蛇形运动检测、弹簧状态监控、转向架尺寸、轴端盖状态检测、
连接器，手闸检测等模块，其工作原理基于视频成像及图像识别，系统适
应环境能力较强，安装基础无特殊要求，安装、调试和维护简便，可适应

160km/h速度的动态检测。
2.基于PSD的激光位移三角测量技术的轮对尺寸检测系统
采用该技术的系统由室外设备及室内设备两大部分组成，室外设备主
要包括8个轨边激光位移传感器、8个激光位置传感器、车轮传感器及其
安装支架，室外设备采用整体支架的安装方式进行固定；室内设备主要包
括前置信号处理机、数据采集处理工控机、数据管理计算机以及车号识别
装置等部分。轮对尺寸检测系统采用基于PSD的激光位移三角测量技术，
PSD为光电位置敏感探测器，该器件有两路光电流输出，当光点照射到其
接收表面上时，器件的两路电信号输出与光点在PSD上的位置有关，两路
信号经处理后就可以唯一地确定光电位置敏感探测器PSD上像点的位置，
从而反推出物体被激光照射点到成像透镜前主面的距离。当列车以一定速
度通过传感器时，从轮缘到踏面将有一系列点被激光扫描，这些点经过后
续数据处理，就可以得到轮缘径向截面的二维图形，按照铁路技术规程的
检测规则截取后可得到相应的轮对外形尺寸数据。该系统通过激光位置传
感器建立了系统的相对坐标系，确保在探测前各关键部件间相对位置得到
标定，同时该系统还能提供对轮对不圆度的检测。
主要功能是检测轮对基础数据，包括轮缘厚度、轮缘高度、轮径、轮
对内侧距、QR值，对检测的数据分析处理后可计算同轮对直径差、同转
向架轮径差、同一车辆轮径差等，计算同一轮对三点内侧距差，并将踏面
曲线高精度完整恢复；系统数据管理功能有：数据的储存、统计、分析，
历史数据的查询，系统报警。
3.基于结构光三角法测量技术的轨道车辆轮对尺寸动态检测系统
采用该技术的系统由室外设备及室内设备两大部分组成，室外设备主
要包