轮对参数接触式检测的试验研究

　　1 引言

　　铁路轮对的几何参数和踏面形状对车辆的运行安全性和舒适性的影响极大,因此各国对车轮磨耗的限制均有明确规定。随着我国铁路的提速,部件磨耗加快,检修周期缩短,检修量增加。目前我国的车辆段对货车轮对的检修采用流水线作业方式,其流水节奏已经提高到3分钟左右,但对轮对等其它重要部件的几何参数检测大多仍采用机械量具进行尺寸测量。这种传统检测方法效率低、劳动强度大,并容易产生人为的检测误差,同时也不便于信息管理。

　　车轮踏面外形参数主要有:车轮直径、轮缘厚度、踏面磨耗和垂直磨耗等,其中以轮缘厚度最为关键。实际测量时,上述参数可通过对间隔的三个断面进行测量求平均值而获得。国内外对轮对几何参数的测量主要有以下几种方法:

　　①便携式测量方式[1]。主要采用各种传感器测量轮对的单一或几个几何尺寸。这类测量方法具有操作简单方便等优点,但存在测量参数不全面,测量自动化程度低等问题。

　　②接触式自动测量方式[2]。

　　③非接触测量方式[3~5]。主要包括CCD技术和激光传感技术。前者对测量现场环境的要求较高,其光学系统结构复杂,成本较高。文献[6]认为用激光传感器的成本比CCD更高,而且激光传感器线性度、角度特性、温度特性等对测量结果影响较大。

　　近年来国内外出现的接触式测量装置,主要有便携式测量仪器和接触式传感器自动检测系统。后者具有测量轮对参数全面,测量精度高、成本较低等优点。论述采用并联式伸缩机构和旋转测头作为传感器的执行机构,通过定长测量臂的磁性滚轮对轮辋表面进行连续扫描,计算机分析处理数据,实现铁路轮对在车辆段检修的快速自动测量。

　　2 接触式检测方案

　　2.1 检测系统测量原理

　　检测系统机械结构如图1所示的并联伸缩机构,带磁性滚轮的定长测量臂铰接在D点的旋转机构测头上,检测时使用测量臂的磁性滚轮快速扫描测量轮辋表面,其原理是通过检测测量臂的摆动角获得滚轮圆心的轨迹线,其外侧的包络线就是被测量轮辋表面的轮廓。

　　在图1中,A、B为检测机构的两个铰接点,设距离固定为c。以A为坐标原点建立图示的坐标系,AB连线与X轴的夹角为A。C为测量杆AD与横推杆BC的铰接点,AD可绕A点转动,其中AC的长度为b,可以测量和控制,CD的距离固定为d,杆BC的另一端铰接于B点,其的长度a也可测量和控制。

　　根据a、b、c可确定杆AD与X轴的夹角A+C。测量臂DE的长度固定为e,D点铰接轴上安装光电编码器来精确测定AD与DE的夹角H,从而确定磁性滚轮轮心E的坐标。