接触式测量技术在铁路货车轮对外形尺寸测量中的应用

接触式测量技术在铁路货车轮对外形尺寸测量中的应用 接触式测量技术在铁路货车轮对外形尺寸 测量中的应用 现场经验铁道机车车辆工人第11期2006年11月 文章编号:1007—6042(2006)11—0007—05 接触式测量技术在铁路货车轮对 外形尺寸测量中的应用 王童'赵贺生 (1.郑州铁路局计量管理所河南郑州450015; 2.郑州华天机电装备有限公司河南郑州450001) 摘要:为了实现货车轮对踏面形状厦位置尺寸的自动化,开发了接触式贯 车轮时自动测量机 关键词:货车轮对;外形尺寸:接触式测量 中图分类号:U270.7文献标识码:B ? 铁路货车轮对在定期检修中,轮对踏面的几何尺寸能否被准确检测十 分重要,它关系着列车的运行速度和行车安全.目前的检测方式为人工使 用专用最具进行检测和非接触式测量机等.人工测量,T作效率低,劳动强 度大,测量值不稳定,差错率高,人为误差严重,同时也利_『现代化信息管 理;非接触式测量机对返修的轮对车轮踏面状况适应能力差,为此开发研制 了接触式货车轮对自动测量机. 1轮对轴颈自动测量机检测方法的确定 目前的测量方法主要分为2大类:第l类是非接触式;如线阵CCD,激 光位移传感器,电涡流位移传感器测量等;第2类是接触式,如光栅位移传 感器和电感位移传感器测量等. 非接触式测量方法较先进,检测精度高,检测仪器的灵敏度较高,对环 境要求也较高.由于车辆检修时,轮对轴颈的接触曲面磨损较大,采用非接 触式测量势必影响其检测精度,使其稳定性,可靠性大打折扣.『f『『接触式测 量方法通过测量触头直接接触轮埘曲面进行测量,对轮对轴颈面粗糙度 的包容性较大,并且接触式测量对光线的慢弱,检测环境等要求较低,具有 较强的抗干扰能力.由于现代传感器技术的日益发展,使检测设备日臻完 美.更加成熟,稳定,可靠.所以轮对轴颈自动测量机选择接触式测量方法 较为合适. ——1—— 现场经验铁道机车车辆工人第11期2006年11月 2测量原理 本机以工业控制计算机为核心,控制,协调各测量单元工作,自动完成 对轮对轴颈几何参数如车轮直径,车轮圆度,车轮偏心,轮对内侧距,轮对中 部直径,轮座直径,车轮踏面擦伤,凹陷,车轮踏面圆周磨耗,轮缘厚,轮辋宽 度等共15项26个数据进行自动检测.测量系统见图1所示. 图1测量系统框图 为了满足铁道部相关轮对检测工艺要求,该系统采用了17套高精度进 口位移传感器和12个接近开关,磁性开关.传感器以定位V形块为基准对 轮对两端所检测几何尺寸进行数据采集,随后输入到计算机进行数据处理, 并按《车统一51C,D》卡要求打印输出测量结果,测量结果还可以进入HMIS 网络,实现数据共享和计算机网络化管理. 测量全过程由多路传感器和压力开关监控;并设有电源,气源自动保护 装置,确保测量系统与轮对的安全.自动测量时,每一步的动作都会在状态 栏中有提示,当测量结果超差或测量动作故障时,显示器上有报警指示.如 果测量过程中气源压力不正常,或出现故障时,测量程序将会自动停止并有 故障报警提示. 3系统组成及主要参数 本测量机由机架总成,工控机,左测量部,右测量部,左,右轮座测量部, 轮对定位部,轮对驱动部,轮对提升部,气路系统,电控系统,电源箱部,轮对 进,出轮机构组成,系统软件包括测量和控制两部分.所有尺寸的测量为接 一 R一 现场经验铁道机车车辆工人第1J期2006年11月 触式相对测量,测头和工件的接触力只有60g,测头用特种合金高耐磨钢, 使用寿命长.设备动作的动力为气源,V形定位块是上制式,采用计算机监 控检测全过程,故障自诊断并报警. 主要技术参数如下: (1)系统参数 检测时间:2.5rain; 轮对转速:2r/rain; 电源电压:AC380V/220V?10%,50Hz,三相四线制; 额定电流:lA/AC380V,3A/AC220V; 功率消耗:小于0-8kW; 气源种类:压缩空气,气源压力为0.40.7MPa; 检测精度:测量精度达微米级,重复精度0.004—01mm各项不等; 外形重量:长3100mm×宽1200mm×高1600mm,2600kg. (2)轮对各测量参数指标见表1. 表1轮对各测量参数指标 .—— 9-—— 现场经验铁道机车车辆工人第11期2006年11月 4被测参数的测量方法 本测量机的传感器分布见图2,测头分布见图3所示.各参数的测量 方法为: Al L一 ?旦]:?中广-盐◎I I| J? L, —一,一 1—17为各测量参数对应的传感器编号;A一测车轮直径,偏心,擦伤,局部凹陷;B一测轮 对内侧距;c一测轮对踏面磨耗;D测轮对轮缘厚度;E一测轮对轮辋宽度;F一测轮对 外碾宽度;c测轮对轮辋剩余厚度;日一测轮座直径;,一测轮轴中部直径. 图2各传感器分布示意图 外碾宽 轮辋宽 轮对 ( ,——— 头 图3测头分布 (1)左,右车轮踏面圆周磨耗深度c.由5,6传感器分别直接测量 左,右轮缘与踏面上规定截面处的高度差,获得车轮踏面圆周磨耗深度. (2)车轮踏面局部凹陷(擦伤,剥离).在测量车轮直径的同时由1, 2号传感器直接对踏面上规定截面的半径进行动态测量,全周共采样1024 点,选出踏面局部凹陷(擦伤,剥离)等数据;并同时计算出踏面擦伤,剥离深 度等数值. 一 l0一 现场经验铁道机车车辆工人第ll期2006年11月 (3)左,右车轮直径A.当轮对升起到位时,由位于左,右两侧立柱I===的 两v形块进行定位,1,2传感器直接对踏面上规定截面的半径进行动态 测量,全周共采样1024点,剔除踏面擦伤,剥离等数据,计算出平均直径 cD,车轮偏心,圆度,踏面擦伤,剥离深度等数据. (4)车轮圆度.由1,2传感器直接对踏面上规定截面的半径进行动 态测量,全周共采样1024点,测得数据后用最小二乘法计算. (5)同轮直径差.由1,2传感器直接对踏面上规定截面的半径进行 动态测量,全周共采样1024点. (6)同轮对直径差.取DL—DR的绝对值. (7)左,右车轮轮缘厚度,J.由7,8传感器分别直接测量左,右车轮 踏面与规定截面相距12mm处的轮缘厚度. (8)左,右车轮轮辋剩余厚度G.由13,14传感器分别测得轮辋内侧 内径d与参数A中的平均直径cD值,计算左,右车轮轮辋的剩余厚度. (9)左,右车轮轮辋宽度.由9,10传感器分别直接测餐左,右车 轮的轮辋宽度. (10)左,右车轮轮辋外测碾宽F.由ll,12传感器分别与9,10 传感器的差值测得左,右车轮的轮辋外侧碾宽. (11)轮对内侧距曰.由3,4传感器,经和,差演算进行动态测量,测 出最大内侧距,最小内侧距并计算出平均内侧距,最大内侧距差等数据. (12)轮对轴中部直径,.由15传感器直接测量轴中央直径. (13)左,右车轮轮座直径日.由l6,17测量装置分别测得左,右车轮 轮座的直径. (14)车轮偏心.取得相关数据后用最小二乘法计算车轮偏心,圆心坐 标:=2ZXIn,y;2Ey/n. (15)内侧距最大差.由3,4传感器,经和,差演算进行动态测量,测 出最大,最小内侧距并计算出最大内侧距差?=L一L. 5结束语 经过对7000副轮对的检测运用证明,本测量机完全能够满足铁路货车 轮对的检测工艺要求,大大改善了现场作业人员的工作状况,其检测精度, 稳定性,检测效率都有较大的提高,为轮对的修复提供了可靠的数据.该机 现已通过了铁道部技术评审并推广应用.口牧稿日期:2006—08—15 一 l1一