钢轨平直度测量仪的研制

　　1 引 言

　　钢轨顶面短波不平顺对噪音、振动、安全和轮轨冲击荷载均有很大影响。一方面轨面短波不平顺引起车轮对钢轨的冲击荷载, 导致轮轨间形成巨大的作用力, 可能会引发钢轨、车轮及部件的伤损断裂, 导致安全事故; 另一方面钢轨所受的冲击振动增大, 会导致道碴破碎、道床路基产生不均匀沉降, 从而形成较大波长的轨道不平顺。因此, 严格控制钢轨顶面短波不平顺可有效减少轮轨之间的冲击作用, 降低噪音, 对延长钢轨、车辆部件的使用寿命、减少轨道维修费用、减轻噪音污染均有重要意义。

　　我国准高速线路、高速铁路试验段的钢轨焊接接头不平顺幅值也存在较严重的超限问题。造成这一现象的原因除了焊接工艺水平因素之外, 另外一个重要因素就是缺乏高精度的检测手段来指导焊接、修理, 以前依靠人工塞尺的检测方法显然不能满足精度要求, 而且检查效率低下。因此, 开发轻便、高精度的轨面短波不平顺测量装置—钢轨焊接接头平直度测量仪就很有必要。

　　2 用 途

　　钢轨焊接接头平直度测量仪主要用途体现在以下几方面:

　　1) 检测钢轨顶面短波不平顺;

　　2) 检测钢轨工作边短波不平顺;

　　3) 检查钢轨焊接接头厂焊、现场焊接质量;

　　4) 根据波形图指导焊接接头修理, 有针对性地进行打磨, 提高作业效率。

　　3 总体结构

　　钢轨焊接接头平直度测量仪主要由机架、便携电脑两大部分组成, 而传感器、信号处理接口板、电源模块等都安装在机架上, 机架和便携电脑之间通过可插拔接头的电缆连接。正式检测时, 首先将机架固定在测点钢轨顶面, 然后用电缆连接机架与电脑, 最后开机检测。

　　1) 机架: 机架通过机座固定在钢轨顶面。机架部分包括导轨、测量装置、支座、附属部分等。

　　2) 传感器: 采用多个高分辨率的位移传感器。传感器在机架上1m长的导轨上滑动时, 就能测量钢轨顶面、内侧工作边两个方向的短波不平顺。

　　3) 信号处理接口板: 首先对传感器的微弱信号进行大、滤波处理; 其次进行数字化转换; 还提供与计算机的接口。

　　4) 电源模块: 为传感器、信号处理接口板等提供较长时间、稳定的电源。

　　5) 便携电脑: 对数字化的信号进行处理、存储, 实时显示测量数据, 判断是否超限, 还显示不平顺的波形, 为有针对性的打磨提供直观依据。

　　4 测量原理、技术指标和特点

　　4.1 测量原理

　　(1) 钢轨顶面测量

　　采用接触测量, 测量轮与钢轨顶面的接触点位于轨顶中线。测量轮通过弹簧的预压力与轨顶面紧密接触, 当测量轮在轨顶面滚动时, 测量轮轴心的运动轨迹就反映了钢轨顶面的凹凸不平, 轴心的位移通过摇杆带动扇形齿条、齿轮传给高精度、非接触的光电传感器; 位移信号在采集器内经过处理, 数字信号通过串口进入笔记本电脑, 采集处理软件实时显示波形、最大值、最小值, 还可显示详细数据列表等信息。采样信号由安装在测量轮轴上的光电编码器提供, 采样间隔为1mm。