Профиль колеса

Высота профиля шины: что это такое?. Car tyres TD KAMA of Russia

1. Что такое высота профиля шины и как её вычислить?

2. На что влияет профиль шины?

3. Увеличение профиля шины: плюсы и минусы

4. Уменьшение профиля шины: плюсы и минусы

5. Нужно ли менять высоту профиля?

Профиль шины – один из ключевых параметров, на который нужно обращать внимание при выборе автомобильных покрышек. Для каждого автомобиля производитель, как правило, разрабатывает рекомендации касательно того, какого размера должна быть шина и какие отклонения в этих размерах допустимы. Отступления от заданного особенно часто касаются высоты профиля шины. На что влияет профиль шины, и так ли необходимо его менять? Разбираемся.

Что такое высота профиля шины и как её вычислить?

Если говорить просто, то высота профиля шины – это практически её толщина, то есть расстояние от диска до самой внешней поверхности протектора.

Загвоздка в том, что в маркировке на самой автомобильной покрышке высота профиля не указывается непосредственно в миллиметрах – она зависит от ширины покрышки.

Например, маркировка сообщает, что перед нами покрышка размерности:

215/50 R17

Ширина составляет 215 мм, высота профиля – 50% от этой ширины, а значит: 215*0,5=107,5 мм. Что важно в этой системе расчёта? Что при разной ширине покрышек с тем же значением высоты в процентах, высота на самом деле будет разной. Так, у шин 225/50 высота профиля будет составлять уже 225*0,5=112,5 мм. Так что пусть совпадение чисел после дробной черты на маркировке вас не вводит в заблуждение – при разной ширине высота тоже будет разная.

Маркировку R17 в разговорной речи нередко называют радиусом колеса, однако это не верно. R означает радиальную конструкцию (каким способом укладывается корд в шине), а цифра – посадочный или внутренний диаметр покрышки в дюймах. Значит, перед нами 17-дюймовые радиальные шины.

Маркировка американских автомобильных шин отличается от европейских. Она представляется в виде

35×12.50 R15

Данных о высоте профиля тут нет, а все размеры измеряются в дюймах. 35 дюймов – внешний диаметр шины, 12,50 – ширина покрышки, ну а R15 – уже знакомые нам 15 дюймов посадочного диаметра. Чтобы высчитать профиль, подключаем к арифметике геометрию: из внешнего диаметра вычитаем внутренний, получаем «толщину» покрышки по обе стороны от диска, делим её на два и получаем профиль. (35-15)/2= 10 дюймов. Перевести в метры можно по схеме 1 дюйм = 2,54 см. Таким образом профиль шины – 25,4 см или 254 мм.

На что влияет профиль шины?

Как показывает практика, даже небольшое отступление от заданных производителем параметров шин может оказать влияние на то, как автомобиль поведёт себя на дороге. Так, шины с низким профилем и более крупными дисками легче управляются на поворотах, а высокий профиль шины увеличивает проходимость. Получается, даже небольшими изменениями высоты профиля можно немного, но адаптировать автомобиль под свой стиль вождения и дорожные условия.

Насколько далеко можно отходить от оптимальной размерности – это уже другой вопрос. Уменьшать и увеличивать профиль шины можно и без изменений диаметров колеса, достаточно выбирать соответственно больший или меньший диск. Если же весь диаметр шины увеличится, то могут возникнуть проблемы: при движении покрышка будет задевать колесую арку или подкрылок, что грозит повреждениями. Да и само колесо станет ощутимо тяжелее, что ляжет дополнительной нагрузкой на подвеску. Подобные изменения хорошо выносят внедорожники, поскольку они рассчитаны на допнагрузку, а вот владельцам обычных легковых авто стоит лишний раз подумать.

Увеличение профиля шины: плюсы и минусы

Плюсы:

- при сохранении ширины покрышки, небольшое увеличение профиля сделает вождение более мягким, особенно при проезде препятствий;

- снижается риск пробоя боковины шины;

- шины с большим диаметром (на 1-2 размера) дают более высокую посадку, что повышает проходимость шины.

Минусы:

- слишком высокий профиль шины плохо скажется на показателях торможения и прохождения поворотов;

- при увеличении диаметра шины есть риск задеть покрышками детали кузова, особенно при полном повороте руля;

- шины с высоким профилем весят больше, что даёт дополнительную нагрузку на подвеску и сами покрышки при движении.

Уменьшение профиля шины: плюсы и минусы

К уменьшению профиля шины прибегают не так часто. Обычно это связано с желанием придать автомобилю более стильный и агрессивный вид. Шины с низким профилем и широким диском обычно удел спортивных автомобилей и автомобилей высокого класса со спортивным уклоном. И не зря.

Плюсы:

- низкопрофильные шины улучшают отзывчивость автомобиля на управление и показатели торможения;

- шины с низким профилем более устойчивы к деформации при манёврах и на поворотах;

- лучшее сцепление с ровной дорогой.

Минусы:

- низкопрофильные шины требовательны к качеству дороги, поскольку на неровной ухабистой поверхности комфорт вождения на таких покрышках резко падает;

- шины с низким профилем более шумные;

- риск деформации при длительной стоянке из-за высокого давления и увеличенного пятна контакта шины с поверхностью.

Нужно ли менять высоту профиля? Выводы

1. Низкопрофильные шины приспособлены к скоростной езде на трассах и ровных магистралях, на отечественных дорогах они вряд ли покажут себя с лучшей стороны.

2. Увеличение профиля шины с сохранением диаметра диска повышает проходимость автомобиля; увеличение профиля при соответственном уменьшении диска увеличивает комфорт вождения по неровным дорогам.

3. Производители советуют отступать от рекомендованных размеров профиля шины не более чем на 3% для легковых автомобилей. У грузовых и легкогрузовых авто разброс может быть более гибким.

4. Изменение профиля шины влияет на то, как поведёт себя на дороге ваш автомобиль. Изменится отзывчивость, мягкость движения, скорость разгона и торможения и многие другие характеристики, к которым придётся заново привыкать.

Что это такое и на что она влияет

Высота профиля шины, что это такое?

Простыми словами, высота профиля шины - это расстояние от диска до поверхности протектора колеса.

• Как выбрать летние шины для авто?
• Высота профиля шины
• Ширина профиля шины
• Жесткость и мягкость резины шины
• Жесткая или мягкая боковина шины
• - Что выбрать - жесткую или мягкую боковину летней шины
• Типы рисунков протектора шин
• - Симметричный ненаправленный рисунок протектора шин
• - Симметричный направленный рисунок протектора шин
• - Асимметричный ненаправленный рисунок протектора шин
• - Асимметричный направленный рисунок протектора шин
• Классификация автомобильных шин
• Индекс нагрузки шин
• Индекс скорости шин

Высота профиля - Метрический размер шин

Высота профиля шины в метрическом размере маркируется на колесе в виде значения, которое говорит о процентном соотношении к ширине покрышки. Например, размерность 215/65 R16, говорит о том, что высота профиля шины равна 65% от ширины 215 мм и составляет 139,75 мм, при радиусе колеса 16 дюймов. Метрическая размерность наиболее распространена среди ассортимента автомобильных шин магазинов, поэтому высчитать высоту профиля шины труда не составит. Для пересчета метрической в дюймовую размерность: 1 дюйм = 2,54 см.

Высота профиля - Дюймовые размеры шин

Дюймовые размеры шин не показывают высоту профиля в маркировке, указывается общая высота колеса, ширина колеса и радиус шины в дюймах, например, 31х10,5 R15. Перевод шин из дюймов в метрический размер. Чтобы высчитать метрическую высоту профиля, необходимо из общей высоты колеса вычесть его радиус, полученное значение общей высоты профиля шины поделить пополам и получается высота профиля. (31-15):2=8 дюймов высота профиля, теперь 8х2,54см=20,32см метрическая высота профиля.

Высота профиля шины на что влияет?

Как правило, автомобильными производителями рекомендуется оптимальная размерность покрышки для каждой конкретной модели и модификации авто, с пределами возможных отклонений в размерах. Тем не менее, практика показывает, что даже выход за эти рамки размеров, способен улучшить ходовые качества автомобиля для каждого конкретного случая, в зависимости от условий эксплуатации и требований владельца. Меняя стандартную размерность автопокрышки, необходимо понимать, на что влияет высота профиля шины, чтобы быть готовым к изменениям в поведении автомобиля и возможным последствиям. Увеличивая или уменьшая профиль шины, меняются такие показатели, как: жесткость, комфорт, нагрузка и надежность.

Увеличение высоты профиля

Увеличивая в разумных пределах профиль шины (1-2 размера без увеличения ширины), машина будет становиться мягче и комфортнее, за счет большего диаметра колеса увеличится посадка автомобиля и практически не ухудшится его управление. Если превысить допустимые значения высоты профиля, то у автомобиля появится валкость в управлении, ухудшение торможения и прохождения поворотов, за счет увеличения центра тяжести и залома резины по высоте профиля, повышение расхода топлива, возможное задевания за элементы кузова и подвески в момент полного выворота руля или при полной загрузке. А также, появится дополнительная нагрузка на детали ходовой, что снизит срок их службы.

Уменьшение высоты профиля

Уменьшение профиля шины автомобиля без изменения ширины и радиуса, позволит получить улучшение в управлении и улучшение торможения. Чем ниже профиль резины, тем меньше комфорта, машина становится жестче, увеличивается нагрузка на детали ходовой, повышаются шансы на пробой колеса от удара об диск и поломка диска за счет уменьшившегося бублика шины, увеличивается расход топлива за счет уменьшения диаметра покрышки (исправляется увеличением радиуса колеса). Двигаясь по пути уменьшения профиля и увеличения радиуса для выравнивания общего диаметра колеса, расход топлива останется без увеличения, тем не менее, остальные нюансы эксплуатации низкопрофильной резины останутся.

Владельцам автомобилей рекомендуется:

• Шинный онлайн калькулятор для удобного и наглядного подбора размерности шин и дисков по параметрам.
• Сервис расстояний и маршрутов по автодорогам, чтобы рассчитать расстояние и проложить маршрут между населенными пунктами.
• Онлайн проверка наличия штрафов ГИБДД с возможностью их оплаты, для контроля задолженности по штрафам за нарушение ПДД.
• Тест онлайн на знание правил дорожного движения для самостоятельного изучения и проверки своих знаний ПДД.
• Руководства по ремонту и эксплуатации автомобилей с 70 годов выпуска в лучшем онлайн магазине авто литературы.

Профиль колеса следующего поколения: AAR-2A

• 12 июня 2020 г.
• Грузовые перевозки

Написано Скотт Каммингс, научный сотрудник Центра транспортных технологий, Inc.

Уильям С. Вантуоно фото

TTCI R&D, RAILWAY AGE ИЮНЬ 2020 Г. ПРОБЛЕМА: AAR-2A, новый стандартный профиль колеса, недавно внедренный для использования на грузовых железнодорожных перевозках в Северной Америке, как ожидается, улучшит эксплуатационные характеристики колесных пар. Эта оценка основана на анализе, моделировании и тестировании, проведенном Transportation Technology Center, Inc. (TTCI).

Новый профиль колеса AAR-2A был разработан для обеспечения почти конформного контакта с типичным рельсом на высокой стороне кривой, чтобы обеспечить такие преимущества, как улучшенное управление и минимизированное сопротивление качению, износ, расход топлива и повреждение поверхности. По сравнению со старым профилем AAR-1B, профиль AAR-2A обеспечивает более равномерное распределение износа по фланцу колеса и протектору, так что форма профиля существенно не меняется в течение срока службы колеса.

Аналитическая оценка, компьютерное моделирование и эксплуатационные испытания использовались в течение нескольких лет, чтобы убедиться, что проектные цели профиля AAR-2A были выполнены. Каждый метод оценки показал улучшенные характеристики кривой профиля AAR-2A по сравнению с профилем AAR-1B. Начиная с точеных колес, внедрение профиля AAR-2A ведется с 2016 года, и в январе 2020 года он стал основным стандартным профилем для грузовых перевозок в Северной Америке.

Испытания в налоговой службе показали, что профиль AAR-2A лучше сохраняет свою проектную форму и обеспечивает меньшую скорость износа как полки, так и протектора по сравнению с профилем AAR-1B. Иллюстрация TTCI.

Хотя изношенные профили колес и рельсов грузовых вагонов имеют широкое распространение по общей форме, они, как правило, изнашиваются до тех же форм в корневой части гребня колеса и в углу высокой колеи рельса. Ежегодные темпы замены колес и рельсов убедительно свидетельствуют о том, что большинство колес и рельсов, находящихся в эксплуатации в любое время, будут иметь изношенные профили, которые потенциально могут существенно отличаться от их заводских форм. Шлифование рельсов используется для контроля формы профилей рельсов, но шаблоны для шлифования не предназначены для восстановления рельсов до заводской формы.

Разработка профиля колеса AAR-2A началась со сбора измеренных профилей изношенных колес и рельсов, чтобы помочь в исследовании распределения и закономерностей форм изношенных колес и рельсов. Кривые были приспособлены, чтобы соответствовать наиболее часто изнашиваемым формам углов высокой колеи рельсов и оснований гребней колес. По сравнению с профилем AAR-1B, профиль AAR-2A содержит больше материала в галтели фланца, чтобы уменьшить и/или устранить сильный двухточечный контакт, который возникает, когда колесо контактирует фланцем с обычно изношенным высоким рельсом на повороте. . Устранение этого двухточечного контакта снижает первоначальный высокий износ гребня колеса, возникающий в течение первых 25 000–100 000 миль пробега, в зависимости от типа вагона и маршрута обслуживания. Несмотря на то, что толщина фланца была изменена в течение периода оценки, форма области основания фланца осталась неизменной. Другие важные особенности профиля AAR-2A включают максимальный угол фланца 75 градусов и наклон протектора колеса 1:20.

Динамические характеристики первоначально оценивались с помощью моделирования с новым профилем колеса, контактирующим с репрезентативными профилями рельсов через криволинейные и прямые пути. Ограниченные испытания на трассе были проведены в контролируемых условиях, прежде чем начать тесты коммерческого обслуживания с участием более 200 автомобилей. Эксплуатационные испытания показали, что колеса AAR-2A сохранили в основном ту же форму основания фланца, поскольку они подвергались эксплуатационному износу, в то время как колеса AAR-1B претерпели существенное изменение формы основания фланца.

Колеса AAR-2A также показали снижение общего износа во всех случаях. Когда новые колеса AAR-2A имели преимущества перед колесами AAR-1B с точки зрения разбрасывающей силы, хотя это преимущество постепенно уменьшалось по мере того, как профили сходились из-за естественного износа, чтобы стать более похожими по форме. Несмотря на более высокую конусность профиля AAR-2A, не было выявлено проблем с устойчивостью на высоких скоростях.

Уильям С. Вантуоно фото

Теги: Профиль колеса AAR-2A, Последние новости, Центр транспортных технологий, TTCI

Прикладной метод измерения профиля железнодорожного колеса вследствие износа с использованием методов обработки изображений

Прикладной метод измерения профиля железнодорожного колеса вследствие износа с использованием методов обработки изображений

Скачать PDF

Скачать PDF

Связанный контент

Часть коллекции:

Инжиниринг: механическое проектирование в промышленных приложениях

• Исследовательская статья
• Открытый доступ
• Опубликовано: 18 января 2021 г.

• Хесам Сулеймани ¹ ,
• Маджид Моавенян ¹ ,
• Реза Масуди Неджад ² и
• …
• Чжилян Лю ²  

SN Прикладные науки том 3 , Номер статьи: 147 (2021) Процитировать эту статью

• 1771 доступ

• 3 Цитаты

• Сведения о показателях

Abstract

Точное прогнозирование износа железнодорожных колес и изменение профиля железнодорожных колес могут повлиять на планирование технического обслуживания. Целью данной статьи является предоставление нового прикладного метода измерения профиля железнодорожного колеса с фотографированием с железнодорожного колеса для измерения с помощью методов обработки изображений. Целью этого нового прикладного метода является измерение профиля колеса по изображениям железнодорожных колес и сравнение его с исходным планом. Для этого были сделаны снимки с помощью фотоаппарата. В этом исследовании все параметры автоматической коррекции были отключены, а яркость и контрастность были в нормальных условиях. Данные пикселей преобразуются в данные двойного типа и помещаются в диапазон от нуля до единицы. Затем входное изображение, которое обычно представляет собой трехканальное или RGB-изображение, преобразуется в одноканальное изображение или изображение серой поверхности. Изображения, полученные из профилей колес, обрабатываются с использованием методов обработки изображений. Затем линии, кривые и формы изображения извлекаются в виде поперечных и непрерывных кривых. Результаты нового прикладного метода, полученные методом обработки изображений, показывают хорошее соответствие с результатами, полученными в натурных измерениях.

Введение

Во многих железнодорожных системах проверки парка и инфраструктуры выполняются вручную. Поэтому использование старой модели, которая, с одной стороны, из-за человеческой ошибки, а в ряде случаев и отсутствия точной проверки со стороны инспектора, приводит к авариям и тяжелым повреждениям [1]. С другой стороны, медленный процесс ручного контроля снижает эффективность и увеличивает затраты. Следовательно, некоторые железнодорожные системы с технологическими достижениями в этой области используют систему автоматизации для диагностики неисправностей с целью повышения безопасности, снижения затрат и повышения эффективности на основе оборудования и оценки потребностей [2]. Взаимодействие между колесом и рельсом и соответствующие явления, такие как износ, являются одним из наиболее важных вопросов в железнодорожных системах, по которым ежегодно проводится множество исследований и мероприятий [3]. Это связано с тем, что неправильный контакт колеса с рельсом всегда приводит к серьезным повреждениям колес и поезда [4]. Рассматривая затраты на техническое обслуживание железнодорожных систем по всему миру, мы обнаруживаем, что многие расходы тратятся на покупку, замену и установку колес и рельсов в железнодорожных системах [5]. Железнодорожные колеса имеют специфическую геометрию и несовместимость ее с геометрическими характеристиками профиля рельса может привести к значительным негативным последствиям, таким как сильный износ колеса и рельса и динамическая неустойчивость транспортного средства, так как от колеса зависит устойчивость транспортного средства и комфорт пассажиров. и износ рельсов [6]. С развитием технологии промышленных изделий ощущается потребность в автоматических методах измерений с сохранением требуемой точности [7, 8]. Одним из наиболее эффективных подходов является использование машинного зрения в измерении [9].]. Системы машинного зрения, основанные на методах обработки изображений, которые имеют простые необходимые инструменты, способны повысить точность системы, используя эффективные приемы программного обеспечения и доступные эффективные алгоритмы. Преимуществом этого метода является то, что он является бесконтактным методом измерения. Измерения посредством контакта с деталью, когда она мала, могут вызвать вероятное относительное перемещение из-за контактного скольжения, что может привести к ошибке в измерении. Кроме того, если деталь мягкая или жесткая, это может повлиять на результаты измерения. Объем данных, полученных методами измерения образцов на основе машинного зрения, намного превышает объем данных, полученных другими методами. Эти методы также требуют меньше времени для обработки. Еще одним преимуществом бесконтактности этих методов является возможность их проверки на движущихся производственных, ремонтных и ремонтных линиях и конвейерах [10].

По сравнению с механическими методами измерения, основанные на методах компьютерного зрения, являются относительно новыми. В этих методах образец помещается в поле зрения одной или нескольких камер. Если рассматривается трехмерная характеристика образца, необходимо использовать не менее двух камер, но для плоских образцов или образцов, считающихся их внешней границей, измерение можно проводить одной камерой. В методе, представленном Гейзером, с использованием соответствующей системы освещения была достигнута точность от 1 до 10 микрон [11]. Однако в такой системе длина экземпляров не превышает 5 см. Кроме того, измеряются только длина и диаметр цилиндрических образцов с радиальной симметрией. Сюй и Вендель также ввели систему, которая должна определять геометрические дефекты на изображении, и задачей системы является определение точного местоположения этого дефекта [12]. Иногда требуется сделать снимок с разных ракурсов. Пример таких случаев можно найти в ссылке [13]. В этом случае используется вращающееся основание, и, вращая основание, можно получать изображения образца под разными углами. Все вышеперечисленные случаи можно осуществить с помощью одной камеры. Преобладает использование двух или даже трех камер при измерении, когда эти камеры работают параллельно друг с другом [14]. Это увеличивает возможности системы и, безусловно, требует более точных и сильных программных методов.

Было проведено множество исследований для определения износа профиля железнодорожного колеса. Но новый прикладной метод измерения профиля железнодорожного колеса из-за износа с использованием методов обработки изображений не привлек достаточного внимания в железнодорожных системах. В данной статье представлен новый метод измерения и оценки профиля железнодорожного колеса с использованием методов обработки изображений. Оставшаяся часть статьи структурирована следующим образом: в следующем разделе мы исследуем большую группу соответствующей литературы и обсудим разумные механизмы, определяющие наши результаты. Раздел 2 дает краткое описание методов измерения профиля железнодорожного колеса. Раздел 3 описывает экспериментальную программу и метод измерения профиля колеса. Раздел 4 содержит подробное описание метода обработки изображения для измерения профиля колеса. В разд. 5 дает подробное описание данных, полученных в способе обработки изображений. Наконец, разд. 6 – заключение статьи.

Обзор методов измерения профиля

Различные области профиля колеса указаны на рис.  1, и некоторые из них представлены следующим образом [15].

Рис. 1

Профиль железнодорожного колеса; ( a ) полевое наблюдение, ( b ) схема профиля колеса [15]

Изображение полного размера

Угол фланца – это угол фланца, который соединяет внутренний угол с носком фланца. Чтобы избежать явления схода с рельсов, рекомендуется, чтобы это значение составляло от 68 до 70 градусов. Угол конусности — это внутренний угол и внешняя часть качения профилей колес. Большая конусность повышает управляемость и повышает вероятность нестабильности на высоких скоростях. Верхний и нижний пределы величины угла конусности зависят от геометрических и кинематических особенностей транспортного средства. Верхний предел позволяет избежать нестабильности транспортного средства, а нижний предел подходит для дугового перемещения [13]. Эквивалентная конусность для оптимального профиля колес должна быть по возможности в пределах (0,2–0,4). Значения конусности должны быть пропорциональны следующим факторам: конструкции автомобиля (для прохождения кривой и устойчивости на высоких скоростях), условий эксплуатации и состояния линии (количество и степень кривизны линии).

Расстояние по вертикали между верхом полки и горизонтальной линией, проходящей через контрольную точку, является высотой полки. Чтобы свести к минимуму износ и обеспечить безопасность, высота фланца считается равной 28 мм. Радиус кривизны внутреннего угла полки называется корневым радиусом полки. В большинстве стандартных профилей это значение составляет 12,7 мм. Более низкие значения приводят к двухточечному контакту, а более высокие значения создают более высокие контактные напряжения, которые образуют трещины в этой области. Также контрольной точкой колеса является точка на поверхности качения колеса, расстояние до которой от него по горизонтали за колесом составляет 70 мм. Габариты и размеры колес оцениваются относительно их точки отсчета. Связь между общими характеристиками профилей колес и динамическими явлениями показана в таблице 1 [15]. Параметры железнодорожного колеса, используемые в железнодорожной системе, показаны на рис. 2.

Таблица 1 Взаимосвязь между общими характеристиками профилей колес и динамическими явлениями [15]

Полноразмерная таблица

Рис. 2

Различные параметры профиля колеса [10]

Изображение в натуральную величину датчик для быстрой бесконтактной записи геометрических данных объектов практически любой формы. С помощью этого устройства эти параметры измеряются примерно за 5 с: профиль колеса, датчик диаметра колеса и датчик зазора колеса. Все данные измерений и профилей доступны для обработки в формате XML или CSV. Все измерения могут быть визуализированы и проанализированы. Создание индивидуальных отчетов представляет собой еще одну функцию (рис. 3). Это влечет за собой отправку данных измерений в четком виде непосредственно на принтер или создание документа в формате PDF. Лазерный прибор Calipri измеряет различные параметры профиля колеса, включая высоту, ширину, профиль рельса и диаметр колеса. После измерения устройство попыталось нарисовать профиль и сообщить о вероятном сбое в соответствии с исходным размером профиля. Основные характеристики, полученные с помощью лазерной установки Calipri, представлены на рис. 4.

Рис. 3

Измерение профиля железнодорожного колеса прибором для бесконтактного измерения профиля Calipri

Увеличенное изображение

Рис. 4 измерение профиля колеса

В этом исследовании снимки колеса проводились в экспериментальном положении без использования базы. Результат показал, что этот метод имеет ошибки. Итак, чтобы показать возможности нового применяемого метода и уменьшить количество ошибок при получении наилучшего положения для визуализации, обработка изображения колеса проводилась в 10 различных положениях с использованием штатива для камеры. На рис. 5 показана экспериментальная тестовая установка и схема расположения стойки камеры относительно колеса, где расстояние от центра объектива камеры до земли с высотой колеса (А) равны. Снимок был сделан в 3-х разных позициях и под разными углами. Классификация изображений представлена ​​в таблице 2.

Рис. 5

Новый прикладной метод измерения профиля колеса; ( a ) Экспериментальная испытательная установка, ( b ) схема положения колеса, стенда и камеры

Полноразмерное изображение

Таблица 2. Различные положения съемки изображения

Полноразмерный стол

Метод обработки изображения для измерения колеса profile

Сначала изображения были сделаны с помощью камеры. Учитывая, что большинство цифровых камер имеют автоматические параметры цвета и яркости, в этом исследовании все параметры автоматической коррекции были отключены, а яркость и контрастность были в нормальных условиях. В этом исследовании изображения размером 9Используются 60 * 540 пикселей, поэтому этот размер и характеристики камеры были одинаковыми для всех изображений, таких как мгновенные и немгновенные изображения. {2} }} - 1,$$ 9{2} }}} - 1,$$

(2)

где a и b составляют половину диаметра большого и малого эллипсов соответственно. Кроме того, (x ₀ , y ₀ ) — координаты центра эллипса, а (x _k , y _k ) — координаты пикселей краев выделения. Эти пиксели расположены близко к овальному окружению с хорошим приближением [16].

Существуют различные методы обнаружения границ, в том числе дифференциальный метод первого порядка, дифференциальный метод второго порядка, метод оператора градиента и метод оператора логарифма. В этой статье оператор обнаружения края Робертса использует дифференциальный метод первого порядка, который использует пространственный дифференциал для обнаружения края. Оператор обнаружения края Робертса определяется по следующей формуле: 9{{{\raise0.7ex\hbox{$1$} \!\mathord{\left/ {\vphantom {1 2}}\right.\kern-\nulldelimiterspace} \!\lower0.7ex\hbox{$2$} }}} ,$$

(3)

где f (x, y) — значение серого входного изображения с правильными координатами пикселей [17].

Oxyz — система координат камеры. O _u x _u y _u — рамка координат изображения. О _s x _s y _s z _s is the coordinate frame of the light screen, where the O _s x _s y _s экран соответствует лазерному световому экрану. Z-координаты точек на световой плоскости в O _s x 9{2}\) are the coordinates of the point P on the light plane in O _s x _s y _s z _s , the coordinates of the homogeneous image of P in O _s x _s y _s z _s are equal to \( p = \left( {u,v,l} \right)^{T}\). По модели камеры имеем:

$$\rho \left( {\begin{array}{*{20}c} u \\ v \\ l \\ \end{array}} \right) = A\left( {R_{s} t_{s} } \right)\left( {\begin{array}{*{20}c} {x_{s}} \\ {y_{s}} \\ 0 \\ 1 \\ \end{массив } } \right),$$

(4)

где \(\rho\) — масштабный коэффициент, A — матрица параметров реальной камеры и R _s и t 0 0 s — матрица Дюррана и вектор возврата координат преобразования из 9{1}\) — вектор-столбец i R _s ^.

После доступа к изображениям и извлечения центральных точек световой полосы из профиля колеса трехмерные координаты точек профиля колеса в кадре координат камеры могут быть получены по уравнению. (5) [18].

Расстояние между лазерным источником и колесом измеряется лазерным измерителем. Но иногда расстояние от неисправной части колеса может быть таким же, как и до исправной части рельса. Нечеткая система может давать неверные результаты в этой области. Следовательно, вместе с информацией о расстоянии требуется информация об угле. Вибрация и шум могут повлиять на данные во время измерения. Фильтрация устраняет вибрацию и шум. Фильтр Гаусса используется для удаления шума изображения. Следующее уравнение использует серое изображение для каждого пикселя [19{2} }}}} ,$$

(6)

, где G представляет входное изображение, x и y — координаты изображения, а \(\сигма\) — стандартное отклонение.

Простым значением края является граница, где изменения уровня освещенности являются высокими. Идеальный край — это край, при котором изменения освещения происходят внезапно. Но на практике края в таком виде не проявляются, и переход освещения от одного уровня к другому происходит постепенно. Это вызвано несколькими причинами, которые можно обозначить следующим образом: окружающий шум и шум системы обработки изображений, рассеивание света по краям, плохое освещение, которое приводит к ослаблению света в одних областях и усилению в других областях или вызывает отражение света на некоторых участках. поверхности или делает тень в некоторых областях, угол и искривление некоторых краев, ошибки дискретизации и квантования. В дополнение к существующему краю, эта проблема приводит к тому, что определение местоположения края также имеет большое значение. Основные методы обнаружения границ основаны на производных первого и второго порядка. Но в основе этих методов лежит использование производных, применение этих методов увеличивает или усиливает шум. Потому что шум и края являются компонентами высокой частоты изображения. Существуют и другие методы определения местоположения ребра, которые действуют на основе интегрирования. Это действие ослабляет шум изображений. Некоторые из этих методов основаны на модели адаптации. Используя эти методы, границу можно оценить с меньшей точностью, чем размер пикселя. В методе обнаружения краев адаптация модели происходит с использованием моментов уровней серого [20]. В этой статье изображения сделаны при соответствующих условиях освещения. Проведена несложная предварительная обработка. Сначала данные пикселей преобразуются в данные двойного типа и помещаются в диапазон от нуля до единицы. Затем входное изображение, которое обычно представляет собой трехканальное изображение или изображение RGB, преобразуется в одноканальное изображение или изображение серой поверхности, и, наконец, используется фильтр Гаусса 3 × 3 с сигмой 0,9.{ - 1} \left( {\frac{{g_{x}}}{{g_{y} }}} \right).$$

Для определения верхней геометрии железнодорожного колеса используется следующий алгоритм предлагается. Этот алгоритм представлен семью шагами, которые показаны на рис. 6. Каждый шаг алгоритма описан ниже.

Рис. 6

Этапы нового прикладного метода

Изображение в полный размер

Делается снимок колеса сбоку (рис. 7). На данный момент угол камеры и расстояние между камерой и колесом не важны, потому что это необходимо для начальной проверки алгоритма.

Рис. 7

взято из профиля колеса

Изображение

Изображение в полный размер

Изображение, полученное с помощью камеры на первом этапе, представляет собой контур колеса. И это несмотря на то, что проблема, определенная в этом исследовании, касается только получения изображения верхней части профиля колеса. Ограничив изображение колеса в ограниченном пространстве, можно упростить обработку изображения для желаемой геометрии (рис. 8). При определении коэффициентов, доступных в алгоритме обнаружения границ, верхняя кривая показана зеленым цветом на рис. 9.. Как показано на рис. 10, показан фактический масштаб, полученный в предыдущем, что приводит к фактическим координатам профиля колеса.

Рис. 8

Обрезка изображения по нужной геометрии

Полноразмерное изображение

Рис. 9

Идентификация верхнего края изображения с помощью нового прикладного метода

Полноразмерное изображение

Фактический масштаб Рис. 10 9008 верхней кромки колеса

Изображение в полный размер

Результаты и обсуждение

По данным, полученным по новому прикладному методу, размер трех частей важнейших показателей профиля получен на основании рис.  11. В таблице 3 приведено сравнение результатов, полученных по новому прикладному методу и Лазерный прибор Калипри.

Рис. 11

Определение размеров, необходимых для изготовленного профиля

Изображение в полный размер

Таблица 3 Сравнение размеров различных частей колеса, полученных с помощью нового прикладного метода, лазерного устройства Calipri и документа колеса

Полноразмерный стол

Этот метод измерения имеет некоторые ошибки. Как показано в Таблице 3, только ошибка ширины фланца составляет около 11%, а ошибки других параметров допустимы. На основе экспериментального положения для получения изображений и необходимости выявления причин ошибок и их уменьшения представлен новый прикладной метод определения оптимального положения для получения изображений.

Результаты экспериментальных испытаний в 10 различных местах и ​​ошибки измерения показаны в таблице 4. На рисунках 12, 13, 14 показаны измерения различных частей колеса в разных положениях. Кроме того, результаты нового примененного метода для различных частей колеса в различных положениях для железнодорожного колеса сравниваются с лазерным устройством Calipri, что приводит к приемлемым достижениям.

Таблица 4 Измерение различных частей колеса в различных положениях новым прикладным методом и лазерным прибором Calipri

Таблица в натуральную величину

Рис. прикладной метод и лазерное устройство Calipri

Изображение в натуральную величину

Рис. 13

Сравнение результатов ширины фланца с точки зрения положения для колеса, полученного с помощью нового прикладного метода и лазерного устройства Calipri

Полноразмерное изображение

Рис. 14

Сравнение результатов ширины профиля с точки зрения положения колеса, полученного с помощью нового прикладного метода и лазерного устройства Calipri

Полноразмерное изображение

Результаты показывают, что наилучшее положение для использование камеры для минимизации ошибок - ситуация № 1 в таблице 4. При увеличении высоты основания до 2 см (позиция № 8 в таблице 4) погрешность высоты полки уменьшилась на 0,08 %, а погрешность ширины полки уменьшилась на 0,01%, при этом погрешность ширины профиля увеличивается. Для проверки измерений можно фотографировать в обоих положениях. В таблице 5 представлено сравнение результатов нового примененного метода с исходным размером колеса.

Таблица 5 Сравнение профилей различных размеров

Полноразмерная таблица

Заключение

В этом исследовании предлагается низкозатратный подход, основанный на теориях обнаружения краев в методах обработки изображений. Результаты были получены на основе использования экспериментального метода и методов обработки изображений. Тот факт, что для определения профиля железнодорожного колеса необходимо иметь только экспериментальный параметр, является важным и важным вопросом. На основе численного анализа и экспериментальных испытаний получен новый прикладной метод измерения профиля износа железнодорожного колеса, обладающий значительной точностью. Также рассмотрено влияние износа железнодорожного колеса на состояние его контакта с рельсом, поле контактных напряжений и соответствующее влияние контактной усталости качения. В новом прикладном методе геометрические характеристики профиля железнодорожного колеса разрабатываются в семь этапов. Сравнительное исследование с лазерным устройством Calipri рассматривается для оценки возможностей предлагаемой системы. Сравнение численных результатов с экспериментальными тестами показывает, что, хотя частота ошибок в отношении результата использования лазерного устройства Calipri составляет от 0,5 до 3% (это считается незначительным в промышленном применении), но наблюдается значительное снижение стоимости. . Это показывает, что новый применяемый метод может быть использован в качестве альтернативного метода в железнодорожных системах. В продолжение данного исследования рекомендуется повысить эффективность предлагаемого метода, например, использовать линейный лазерный источник света, чтобы границы кривизны профиля колеса были полностью дифференцированы и могли быть установлены на камеру, спроектировав базу и зафиксировав ее. камера в ремонтной станции, разработка методов и оборудования для непрерывной съемки железнодорожных колес без необходимости присутствия техников, разработка нового алгоритма, позволяющего измерять все размеры и параметры, необходимые для колес. Кроме того, можно надеяться, что путем обобщения применения этого метода в железнодорожных тормозных колодках могут быть получены более желательные результаты.

Ссылки

1. Неджад Р.М. (2017) Трехмерный анализ усталостных трещин в контакте качения и прогноз срока службы железнодорожных колес и рельсов в условиях остаточных напряжений и износа, докторская диссертация, Мешхедский университет Фирдоуси, Школа машиностроения

2. Ансари М., Аштияни И.Х. (2006) Моделирование и полномасштабное измерение износа криволинейных гусениц. В материалах совместной железнодорожной конференции IEEE / ASME 2006 г., стр. 97–101. ИЭЭЭ

3. Soleimani H, Masoudinejad R, Moavenian M (2016) Распространенные неисправности колес и рельсов и различные методы измерения их профилей, 1-я Международная конференция по машиностроению и аэрокосмической технике, Тегеран, Иран

4. Reddy V, Chattopadhyay G, Larsson -Kråik P-O, Hargreaves DJ (2007) Моделирование и анализ затрат на техническое обслуживание железных дорог. Int J Prod Econ 105(2):475–482

   Статья Google ученый

5. Теллискиви Т., Олофссон У. (2004) Моделирование износа колеса и рельса. Wear 257(11):1145–1153

   Артикул Google ученый

6. Kaewunruen S, Marich S (2015) Оценка жесткости и роста гофр рельсов на крутых поворотах с использованием взаимодействия колеса с рельсом. В материалах 20-й национальной конвенции по гражданскому строительству

7. Бахаром М. Б. (2014) Экспериментальное прогнозирование скорости износа материалов рельсов и колес при сухом скользящем контакте. В MATEC Web of Conferences, 13: 03013. EDP Sciences

8. Шарма С.К., Шарма Р.К., Кумар А., Палли С. (2015) Проблемы моделирования и моделирования железнодорожных транспортных средств. International Journal of Vehicle Structures and Systems 7(1):1–7

   Статья Google ученый

9. Kyrki V (2002) Извлечение локальных и глобальных признаков для распознавания инвариантных объектов, докторская диссертация, Лаппеенрантский технологический университет, факультет информационных технологий

10. Masoudi Nejad R (2013) Анализ контактной усталости при качении под влиянием остаточных напряжений. Магистерская диссертация, Технологический университет Шарифа, Школа машиностроения.

11. Гейзер М.Х., Виттманн С., Форнара Л. , Гласси М.-А. Высокоточное измерение размеров для производственного процесса при фрезерной обработке, в материалах Международного общества оптики и фотоники, стр. 157–162

12. Сюй С., Вендел П.Л. Точная локализация геометрически известных краев изображения в шумной среде, в материалах of, IEEE, стр. 346–350

13. Ким Т. Х., Мун Ю. С., Хан К. С. Эффективный метод оценки местоположения краев с точностью до субпикселя в зашумленных изображениях, в материалах, IEEE, стр. 589.–592

14. Li Y-S, Young T, Magerl J (1988) Обнаружение и оценка границ субпикселей с помощью камеры линейного сканирования с микропроцессорным управлением. Ind Electron IEEE Trans 35(1):105–112

    Статья Google ученый

15. Soleimani H (2015) Исследование и сравнение различных методов измерения износа колес и рельсов и предложение применимого локального метода, M. Sc. Диссертация, Мешхедский университет Фирдоуси, Школа машиностроения

16. Seyedeyn A, Rezaee H, Barakchi MJ (2003) Бесконтактное измерение плоских деталей с использованием методов цифровой обработки изображений., На 6-й конференции по технологии производства

17. Na W (2010) The Measurement of a Wheel- Износ фланцев на основе технологии цифровой обработки изображений. На национальной конференции высшего профессионального и технического образования по компьютерной информации

18. Liu Z, Sun J, Wang H, Zhang G (2011) Простой и быстрый метод измерения износа рельсов на основе структурированного света. Opt Lasers Eng 49(11):1343–1351

    Артикул Google ученый

19. Карадуман Г., Каракосе М., Акин Э. Алгоритм экспериментальной нечеткой диагностики, основанный на обработке изображений для измерения профиля рельса, В материалах IEEE, стр. 1–6

20. Канни Дж. (1986) Вычислительный подход к обнаружению краев . Pattern Anal Mach Intel IEEE Trans 6:679–698

    Статья Google ученый

Загрузить ссылки

Благодарности

Эта работа была поддержана Международной программой стипендий для постдокторантов (Программа внедрения талантов) КНР (фонд № 234384) и Национальным фондом естественных наук Китая (фонд № 61833002). ).

Информация об авторе

Авторы и организации

1. Кафедра машиностроения, инженерный факультет Мешхедского университета Фирдоуси, Мешхед, Иран

   Hesam Soleimani & Majid Moavenian

2. School of Mechanical and Electrical Engineering, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu, 611731, China

   Reza Masoudi Nejad & Zhiliang Liu

Authors

1. Hesam Soleimani

   Посмотреть публикации автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

2. Majid Moavenian

   Посмотреть публикации автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

3. Reza Masoudi Nejad

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

4. Zhiliang Liu

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

Автор, ответственный за переписку

Хесам Сулеймани.

Заявление об этике

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Дополнительная информация

Примечание издателя

Springer Nature остается нейтральной в отношении юрисдикционных претензий в опубликованных картах и ​​институциональной принадлежности.

Права и разрешения

Открытый доступ Эта статья находится под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License, которая разрешает использование, совместное использование, адаптацию, распространение и воспроизведение на любом носителе или в любом формате, при условии, что вы укажете соответствующую ссылку на оригинальный автор(ы) и источник, предоставьте ссылку на лицензию Creative Commons и укажите, были ли внесены изменения. Изображения или другие сторонние материалы в этой статье включены в лицензию Creative Commons на статью, если иное не указано в кредитной строке материала. Если материал не включен в лицензию Creative Commons статьи, а ваше предполагаемое использование не разрешено законом или выходит за рамки разрешенного использования, вам необходимо получить разрешение непосредственно от правообладателя.

---

Learn more

• Дизельное топливо арктика
• План радар
• Из кубических сантиметров в кубические метры
• Гараж мыльница
• Когда меняют масло в коробке автомат
• Редкие автомобили мира
• Где сцепление на механике
• Ускорение перевод
• Кнопка asr
• Замена сальника
• Вск анапа