便携式双L型测头钢轨外形测量仪的研究

　　1 引言

　　钢轨作为承载部件，在列车运行时必然产生磨耗，其外形会发生变化，强度逐步下降，与车轮之间形成的导向关系也逐步恶化，特别是轴重的增高，轮轨出现的磨耗加快。采用高效准确的仪器测量钢轨外形的变化，是研究轮轨关系、降低磨耗、保证安全运行的基础[1]。目前便携式钢轨外形及磨耗测量仪主要有：丹麦某公司的MINIPROF便携式外形曲线测量仪[7];采用计算机+接口+串联二连杆机构的方案，其测量精度能够达到(±54)μm;重复精度能够达到(±20)μm，技术成熟;上海同济大学研制的便携式铁路钢轨轨头外形磨耗测量装置[6]，采用二连杆+编码器的方案测量钢轨轨头外形曲线及磨耗等关键参数。

　　目前这两种测量仪都是是采用二连杆机构，在连架杆端部放置光电编码器，手工测量需要的操作力较大，引起的弯曲变形会导致角度测量误差;同时其数据传输方式采用的是有线传输的方式，影响了测量的灵活性;并且目前都只能测量钢轨顶端工作面的外形数据。西南交通大学牵引动力国家重点实验室研制的便携式双测头T型钢轨外形磨耗测量仪，改进设计出T型五连杆测量机构，采用拟合曲线的数码定位和PDA的无线蓝牙传输，操作简单，数据传输方便。此测量仪能够测量钢轨非工作面下颚及钢轨顶端工作面。

　　将介绍一种可测量钢轨两侧下颚及钢轨顶端工作面的便携式双L型测头的五连杆机构钢轨外形磨耗测量仪，相比较现有的测量仪，其测量范围更大。

　　2 仪器结构及测量模型

　　2.1仪器结构

　　测量仪器的机械结构设计图，如图1所示。双侧L型五连杆带动编码器滑过测量对象，可测量钢轨顶端的工作面及两侧下颚，测量范围宽。数据采集盒采集编码器数据并通过蓝牙无线传输;PDA接受数据并对数据进行处理、存储和显示。

　　2.2 测量模型

　　为了能够测量出钢轨轨头断面以及钢轨两侧下颚面，采用的是双L型测头的五连杆机构。整个测量过程分两段测量进行，通过左右两侧的L型测头对测量面进行测量[2]。

　　2.2.1 钢轨左侧五连杆测量模型(左侧L测头)

　　仪器测量左侧数据模型，如图2所示。其中OA=L1，O1B=L2，BC=L3，ER=L4，AR=L5，AC=L6，CD=L7，CE=L8，BL=L9，DL=L10(左侧和右侧标注一致)。已经两编码器之间距离以及五连杆各杆的杆长，以左侧编码器O作为坐标原点建立平面坐标系，其中，α，β分别为连杆L1、连杆L2与X轴正向的夹角。由此得到A，B点坐标：

　　由A、B两点的坐标可以得到：