基于坐标测量机的铁路轮对参数的测量方案

1 引 言

    车轮作为机车车辆走行部的重要部件, 直接关系到行车安全。在实际使用过程中,由于轮轨外形及轮对几何状态的偏差, 转向架技术状态不良和偏载等原因, 会导致车轮踏面和轮缘的磨耗加剧而影响机车车辆的正常运转, 降低机车车辆的利用率。目前, 我国各车辆段检修车轮的轮缘厚度、踏面磨耗等参数基本上是手工进行, 劳动强度大, 准确度低, 劳动效率也较低。目前有不少基于 CCD 技术的非接触式轮对测量仪[1-2], 它可实现在线测量, 但是精度不高, 均在±0.2mm 左右, 难以准确掌握轮对的几何尺寸。对各铁路车辆段, 要及时准确地掌握轮辋几何参数, 就必须采用一种高精度、高效率全自动检测方案来完成整个轮对检测。

    三坐标测量机以其测量原理简单、精度高、通用性好等优点广泛应用于各种几何量测量领域[5-8], 但是传统坐标测量机的高精度是以牺牲测量速度为代价的, 测量速度慢, 工作强度大。如果配套有优秀自动控制系统和测头系统, 则可以克服这一缺点, 实现快速、准确地测量。基于悬臂式三坐标机行程大的特点, 可实现大尺寸、批量化和自动化检测。

2 测量系统结构及轮对参数

2.1 轮对几何参数定义

    车轮踏面外形参数[3-4]定义如图 1 所示, 图 1 中的曲线 1 表示轮辋原形轮廓线, 2 表示轮辋磨耗后轮廓线的一种形式, 轮辋厚度定义为 A, 车轮踏面磨耗为 B, 车轮直径为 R, 轮缘厚度为 D, 轮辋宽度为E, 其中轮缘厚度 D 极为关键,但是最难测量的, 实际测量时, 上述参数通过间隔 120°的 3 个断面就平均值来确定。此外, 轮对内侧距 L 如图 2。

2.2 轮对测量系统结构

    根据轮对检测工艺和悬臂式测量机的特点, 自动测量系统的结构主要包括测量机主机结构、电气控制柜、工业控制计算机、自动测头装置、带转系统和升降系统等，在测景机行程内，每付轮对都各自需要一套升降系统和带转系统; 图 3 为测量系统的机械结构, 图中只表示出一付轮对及对应的升降系统和带转系统。在测量开始以前, 把坐标测量机置于停靠位, 轮对沿车间轨道进入轮对测量位后固定, 启动坐标测量机, 在各子系统的协调动作下, 自动完成多付轮对几何参数的测量。

2.3 轮辋参数测量系统工作原理

    轮对几何参数自动测量系统的工作原理是: 以工业控制计算机为核心, 通过精密测头装置、光栅传感器、交流伺服电机细分驱动以及各种先进的测试和控制技术, 实现轮对几何参数的测量。并由此可得踏面擦伤, 局部凹下深度和剥离长度等参数。

    轮对几何参数测量系统的电气部分主要由运动控制、数据采集及处理、检测结果输出部分组成, 并通过工控机组成一个整体, 其系统如图 4。测量装置通过控制系统各个部分的协调运动完成轮对参数的测量。下面通过系统的运动控制部分来论述轮对参数测量的工作原理。