游彥輝，徐濟松，高春雷，王發(fā)燈

（中國鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所，北京　100081）

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一種鋼軌平直度測量儀的研制

游彥輝，徐濟松，高春雷，王發(fā)燈

（中國鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所，北京100081）

摘要研制了一種鋼軌平直度測量儀，該設(shè)備采用高精度的電渦流位移傳感器，可測量鋼軌頂面和工作面的不平順性，并可通過數(shù)據(jù)擬合得到長達2 m的鋼軌的平順度，為線路養(yǎng)護維修提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。本文介紹該設(shè)備的測量原理、技術(shù)指標和軟硬件設(shè)計。

關(guān)鍵詞鋼軌；平直度；測量儀

1　測量原理

鋼軌平直度測量儀測量原理如圖1所示，其采用固定的測量基長，軌頂面測量基準線為軌頂中線，側(cè)面工作邊的測量基準線則在鋼軌內(nèi)側(cè)軌頂面以下16 mm處。測量時，舵機驅(qū)動測量模塊由滑動導(dǎo)軌的一端走行至另一端。測量過程中，由脈沖編碼器測量走行距離，位移傳感器記錄各測量點的位移偏差值，最終由上位機提供測量結(jié)果，并根據(jù)現(xiàn)場需要輸出曲線波形。

圖1　測量原理示意

通過1 m基長便攜式鋼軌平直度測量儀進行3次測量，即分別從0，0. 5，1. 0 m處進行測量，分別得到0～1 m，0. 5～1. 5 m，1～2 m這3段數(shù)據(jù)，對3段數(shù)據(jù)經(jīng)過交疊計算，即可得到2 m長度鋼軌的平直度數(shù)據(jù)。

2　平直度測量儀技術(shù)參數(shù)

①測量基準長度為1 000 mm；②擬合測量長度為2 000 mm；③線性誤差為±0. 3％；④測量范圍為+ 1. 5 ～- 2. 5 mm；⑤分辨率為0. 01 mm；⑥每次測量時間＜15 s；⑦電池持續(xù)測量次數(shù)為300次。

3　系統(tǒng)設(shè)計

該系統(tǒng)分為2個主要部分：測量尺身和掌上電腦。測量尺身是測量的主體，掌上電腦則用來操控測量儀并顯示測量結(jié)果。

3. 1機械結(jié)構(gòu)設(shè)計

鋼軌平直度測量儀的結(jié)構(gòu)見圖2，主要由導(dǎo)軌、動力裝置、測量單元以及定位裝置組成。

圖2　鋼軌平直度測量儀結(jié)構(gòu)

3. 2硬件設(shè)計

系統(tǒng)的硬件設(shè)計見圖3。單片機對電渦流傳感器的模擬量數(shù)據(jù)進行實時采集，并記錄當前滑塊所處的位置。單片機通過藍牙模塊與掌上電腦進行實時通訊。編碼器用于測量傳感器移動的位置，舵機則是用來帶動電渦流傳感器移動，限位開關(guān)用來限制舵機的轉(zhuǎn)動，溫度傳感器用于對測量結(jié)果進行溫度補償。

圖3　鋼軌平直度測量儀硬件設(shè)計

3. 3軟件設(shè)計

軟件設(shè)計主要分2部分：單片機和掌上電腦。單片機用于執(zhí)行掌上電腦的操控指令，并把測量結(jié)果發(fā)送到掌上電腦；掌上電腦用于分析、計算和顯示測量結(jié)果，并可把測量結(jié)果輸出到臺式機。軟件功能見圖4。

圖4　軟件功能

4　試驗驗證

利用鋼軌平直度測量儀對鋼軌試驗段軌頂面的平直度進行了多次測量，其測量結(jié)果對比見圖5。

由圖5可知，3次測量結(jié)果最大值偏差和最小值偏差均＜0. 02 mm，滿足現(xiàn)場測量精度要求。

圖5　測量結(jié)果對比

5　結(jié)語

在借鑒和吸收國內(nèi)外同類產(chǎn)品的先進經(jīng)驗和先進技術(shù)的基礎(chǔ)上，研制了便攜式鋼軌平直度測量儀。該產(chǎn)品特點：①利用高精度非接觸式的電渦流傳感器，顯著降低了測量數(shù)據(jù)的非線性度，提高了測量精度。②采用掌上電腦進行測控，具有靈活便攜、操作簡單等優(yōu)點。③采用三段法測量方法，對測量數(shù)據(jù)進行擬合后，可以得到2 m長鋼軌的平直度，為控制鋼軌焊接接頭加工工藝和現(xiàn)場鋼軌平直度評估提供了很好的測量方法。④能同時對鋼軌頂面和側(cè)面工作邊進行平直度控制，顯著降低了現(xiàn)場工作強度，減小了人為因素帶來的測量誤差。

參考文獻

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（責(zé)任審編李付軍）

Research and Manufacture of Rail Straightness Measuring Instrument

YOU Yanhui，Xujisong，GAO Chunlei，WANG Dengfa
（Railway Engineering Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China）

AbstractT he paper studied and developed a rail straightness measuring instrument，which applied high precision eddy current displacement sensor to detect any irregularity at rail top or at any working face. It could obtain the smoothness of 2 m rails by data fitting. T he instrument provides valuable data to the task of track maintenance and repair. T he paper provided the measuring principle，the technical indicators and the software/hardware design.

Key wordsRail；Straightness；M easuring instrument

中圖分類號U216. 65

文獻標識碼A

DOI：10. 3969 /j. issn. 1003-1995. 2016. 05. 34

文章編號：1003-1995（2016）05-0152-02

收稿日期：2015-10-02；修回日期：2016-04-20

作者簡介：游彥輝（1983—），男，助理研究員，碩士。