车轮踏面磨损将影响车轮与钢轨的相互作用,导致车轮对钢轨产生冲击、轮轨间粘着力下降、车轮容易打滑和制动性能降低等问题,影响列车运行安全。因此,需要对车轮踏面进行定期或定里程检测,判断是否需要旋修或更换,以减少安全隐患,确保行车安全。本文在对现有的车轮踏面检测方法和仪器进行综合分析的基础上,对基于激光位移传感器的便携式车轮踏面磨损检测装置进行研究。主要内容如下:首先,通过对直射式和斜射式激光位移传感器测量特点的分析比较,并结合车轮踏面轮廓特征及其检测技术要求,提出了采用直射式位移传感器的仿形测量方案。使传感器的扫描测量运动轨迹由直线变为车轮踏面标准轮廓曲线,减小了整个踏面测量对传感器有效测量范围的要求,有利于提高测量精度和分辨率。第二,根据仿形测量方案,设计了由标准踏面轮廓仿形导轨、轴承、丝杠螺母副和V型滚珠导轨组成的仿形运动机构。利用三维建模软件SolidWorks建立仿形运动机构实体模型,将实体模型导入ADAMS中进行动力学分析,给出了仿形运动在各个方向上的位移、速度及受力情况。在此基础上,确定有限元分析的边界条件,利用ABQUS对仿形机构的关键件—仿形导轨进行有限元分析,验证了导轨设计和材料选择的合理性。第三,设计制作仿形测量实验装置样机。仿形测量运动由步进电机驱动,螺母作直线运动;传感器在仿形运动机构的作用下,随螺母运动的同时,可沿垂直于螺母运动的方向运动,实现二维仿形测量。针对车轮踏面轮廓曲线斜率变化大特点,将传感器倾斜安装,使传感器测量光束相对踏面轮廓坐标系的Y轴倾斜θ角安装,并通过实验得出了传感器测量光束入射角α与测量误差的关系,为传感器倾斜安装提供了依据。第四,基于LabVIEW设计步进电机的控制程序和传感器测量数据采集程序,由NI ELVESⅡ~+实现信号传输。应用自主研制的踏面磨损仿形测量实验装置样机进行实物车轮踏面测量实验。在传感器安装角分别为30°、35°和40°的情况下,仿形测量实验结果与被测车轮实际踏面轮廓曲线吻合良好,验证了仿形检测装置的可行性和有效性,为实现仿形测量装置产品化奠定了基础。