华东交通大学机电与车辆工程学院, 江西 南昌 330013
我国铁路跨度长、 运营时间长、 运行环境变化较大, 故对于车轮的磨损较大, 为保障高速铁路的安全运行, 高速列车车轮表面硬度就成为了一项重要参考指标。 激光诱导击穿光谱(LIBS)实验平台对8块不同硬度的HS7高铁车轮用钢样品进行击穿获取LIBS光谱数据, 发现基体元素(Fe)和合金元素(Cr, Mo, W)的谱线强度、 离子与原子线的强度比值(Ⅱ/Ⅰ)以及合金元素谱线强度与基体元素谱线强度的强度比值(A/M), 分别与样品硬度有着不同程度的相关关系。 利用此相关关系分别建立了以谱线强度和谱线强度结合谱线强度比值为变量的偏最小二乘法(PLS)定量分析模型, 在建立模型前采用标准正态变量变换(SNV)、 Savitzky-Golay卷积二阶导和高斯滤波(Gaussian filter)三种预处理方法来减小实验误差。 结果表明, 以谱线强度为变量的模型中采用SNV预处理后建立的PLS模型效果最佳, 校正集的确定系数为0.98, 均方根误差为1.30, 预测集的确定系数为0.90, 均方根误差为2.43; 以谱线强度结合谱线强度比值为变量的模型中采用原始数据建立的PLS模型效果最佳, 校正集的确定系数为0.99, 均方根误差为0.79, 预测集的确定系数为0.94, 均方根误差为2.44, 且通过对比发现以谱线强度结合谱线强度比值为变量的模型其预测精确度及其稳定性相比于以谱线强度为变量的模型均有所提升。 该结果表明, 利用谱线强度和离子与原子线的强度比、 合金元素谱线强度与基体元素谱线强度的强度比相结合的结果作为模型变量, 能显著提升PLS模型对于金属材料表面硬度预测的能力, 可以构建一种相关性更强的定量分析模型。 研究表明, 采用激光诱导击穿光谱技术结合偏最小二乘法定量分析高铁车轮硬度具有一定可行性, 可将该技术应用于现场诊断、 估算高速列车车轮表面硬度, 为维持高速列车安全运行提供一定的保障。
激光诱导击穿光谱 高速列车车轮表面硬度 谱线强度 偏最小二乘法 Laser-induced breakdown spectroscopy Surface hardness of high speed train wheels Spectral line intensity Partial least squares 光谱学与光谱分析
2022, 42(10): 3109
北京交通大学 发光与光信息技术教育部重点实验室, 北京 100044
提出一种激光扫描自动测量轮对几何参数的方法。传统方法将某一特定位置测量的踏面轮廓与标准轮廓进行比较，进而测量出各个参数；该方法采用两个线结构光视觉传感器对轮对进行三维扫描，通过计算机对点云数据进行处理，计算出直径、轮缘厚、踏面磨耗以及轮辋宽等参数，对线结构光视觉传感器与轮对的相对位置和姿态没有严格要求，提高了测量精度。实验结果证明了方法的可行性。
激光技术 自动测量 列车车轮 线结构光视觉传感器
北京交通大学发光与光信息技术教育部重点实验室, 北京 100044
列车速度的不断提高增大了车轮的磨损, 加快了车轮直径的变化, 给列车运行带来了安全隐患。提出了一种采用激光动态测量车轮直径的方法, 介绍了使用单个激光位移传感器和两个激光位移传感器动态测量车轮直径的工作原理, 并对影响测量精度的主要误差因素进行了分析和仿真计算。结果表明, 采用两个激光位移传感器的测量方案可有效克服车轮运动过程中定位误差对测量的影响。经过现场测试, 研制的激光测量装置的测量精度为±0.38 mm(σ)满足现场要求, 实现了列车在正常运行过程中对其直径进行动态在线测量。
激光技术 直径测量 动态测量 激光位移传感器 列车车轮
