轨道轮外形测量仪的研究

　　1 前言

　　当机车或车辆在滚动试验台上试验时，轨道轮要向车轮传递力并产生相对滚动，必然产生磨耗。轨道轮以(3~6)m左右的圆周长模拟线路钢轨，其磨耗累计效应高。由于轨道轮硬度低，因此其磨耗要比线路上的钢轨快几十倍。同时由于不可避免的机械振动会造成轨道轮外形磨耗不均匀，这些因素造成车轮—轨道轮接触斑的形状和位置变化，最终导致试验结果产生误差。

　　为了对轨道轮磨耗产生的不良影响加以限制，铁标TB/T3115-2005规定：轨头型面的磨损不大于0.2mm;滚动台左右轨道轮的轮径差不大于0.5mm;同一转向架的轨道轮轮径差不大于1mm;所有轨道轮在滚动圆处的径向跳动不大于0.2mm。这些指标与新出厂机车车轮的要求是相当的。要贯彻实施该标准，保证试验结果的可靠与准确性，对轨道轮踏面外形及直径实施经常测量是必要的。

　　基于轨道轮的特殊性，目前还没有测量轨道轮踏面外形的仪器。本文设计五连杆测量模型，对此模型在轨道轮踏面的运行轨迹进行仿真，期望五连杆模型能够移植到轨道轮的测量，开发出能够测量轨道轮和钢轨踏面外形的综合测量仪。

　　2 测量仪组成与原理

　　2.1 测量仪的组成与结构：

　　测量机构主要有机械部分，电子部分和终端PDA组成，系统组成，如图1所示。

　　机械结构如图2所示，1为数据采集盒，2为五连杆，3为测量轮，4为轨道轮，5为支撑杆(做成双头测量时使用)，6为编码器。其中，五连杆机构为测量的执行机构，采用滚轮测量法。测量轨道轮踏面形状，属于平面自由曲线的测量，2个自由度即可。

　　2.2 测量仪的测量模型

　　如图3所示，已知AB和各连杆的长度，以编码器A为原点建立坐标系，α、β分别为连杆1、连杆2与x轴的夹角。测量过程中，五连杆上测量轮在轨道轮踏面上滚动，带动连杆1和连杆2转动;编码器A、B分别采集连杆1、2 相对x轴的转角;数据采集系统通过蓝牙，将采集的数据发送给终端PDA进行处理、存储、计算及显示。二维坐标测量机构与传感器密切配合，通过运动实现几何信息变换，将测量轮的位置变换成便于测量的广义坐标，将二维平面信息，转换成便于测量的一维角度电信号。计算上，五连杆机构运动存在多解。补充限制条件：运动中五连杆始终保持凸多边形结构，这样算法的解就唯一了。已知转角α、β，杆长L1，L2和 A、B两点的坐标，可算出 C、D两点的坐标值：

　　CD的长度s0为：

　　2.3 测量轮半径补偿原理