閆建

摘要：本文闡述了鄭州地鐵5號(hào)線目前所使用對(duì)地鐵車輛輪對(duì)幾何參數(shù)的測(cè)量方法，重點(diǎn)研究分析了完成輪對(duì)幾何參數(shù)接觸式自動(dòng)測(cè)量的不落輪鏇床測(cè)量系統(tǒng)工作原理。

關(guān)鍵詞：不落輪鏇床;測(cè)量系統(tǒng);工作原理

一、鄭州地鐵列車輪對(duì)情況介紹

鄭州地鐵5號(hào)線采用A型車，都采用同種整體輾鋼輪。鄭州地鐵5號(hào)線采用的是輪緣厚度為32mm、輪緣高度為27mm的磨耗型輪對(duì)，不落輪鏇床為UGL-15D/CNC型不落輪鏇床。

二、輪對(duì)幾何參數(shù)測(cè)量方式

到目前為止，輪對(duì)幾何參數(shù)的測(cè)量主要有以下幾種方式：

（1）便攜式人工測(cè)量方式

該種測(cè)量方式具有操作簡(jiǎn)單、方便等優(yōu)點(diǎn)，但存在測(cè)量參數(shù)不夠全面、測(cè)量自動(dòng)化程度低、不能消除人為誤差等問題。

（2）接觸式自動(dòng)測(cè)量方式

該種測(cè)量方式測(cè)量精度高、穩(wěn)定性好，但只適用于地鐵列車的靜態(tài)測(cè)量。

（3）非接觸式自動(dòng)測(cè)量方式

該種測(cè)量方式可實(shí)現(xiàn)在線動(dòng)態(tài)測(cè)量，主要有超聲波測(cè)距法和光學(xué)法，但超聲波反射信號(hào)對(duì)輪對(duì)踏面材質(zhì)、光滑度要求較高;而光學(xué)法利用激光器、攝像機(jī)等獲取輪廓圖像進(jìn)行分析、系統(tǒng)要求復(fù)雜。

三、鄭州地鐵輪對(duì)測(cè)量方式

鄭州地鐵在對(duì)輪對(duì)幾何參數(shù)的檢測(cè)中，根據(jù)地鐵列車的維修模式采用日常對(duì)輪對(duì)進(jìn)行檢查的特點(diǎn)，采用了以上三種測(cè)量方式相結(jié)合的方式，即采用傳統(tǒng)的輪對(duì)測(cè)量工具，在電客車三月檢以上修程中進(jìn)行檢測(cè)，又采用輪對(duì)踏面及受電弓檢測(cè)設(shè)備的在線測(cè)量相結(jié)合，能很好的掌握輪對(duì)的幾何參數(shù)，及時(shí)使用不落輪鏇床設(shè)備完成相關(guān)幾何參數(shù)的修復(fù)工作。

四、 UGL-15D/CNC型不落輪鏇床測(cè)量系統(tǒng)工作原理

以鄭州地鐵5號(hào)線的UGL-15D/CNC型不落輪鏇床為例，分析輪對(duì)幾何參數(shù)接觸式測(cè)量原理。

4.1 UGL-15D/CNC型不落輪鏇床的組成

UGL-15D/CNC型不落輪鏇床是一種集輪對(duì)幾何參數(shù)測(cè)量、分析、修復(fù)加工于一體的先進(jìn)設(shè)備。它主要包括床身、軌道系統(tǒng)、輪對(duì)定位和參數(shù)測(cè)量裝置、輪對(duì)支撐驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、輪對(duì)固定和夾緊裝置、輪對(duì)鏇修刀架刀具裝置等，其控制系統(tǒng)采用西門子840Dsl數(shù)控系統(tǒng)。該設(shè)備采用接觸式自動(dòng)測(cè)量方式，當(dāng)系統(tǒng)測(cè)量時(shí)，輪對(duì)以100%的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，可以對(duì)列車輪對(duì)的輪緣高度、輪緣厚度、輪對(duì)內(nèi)側(cè)距、輪對(duì)踏面直徑、輪對(duì)徑向跳動(dòng)、QR值等進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量。

4.2 UGL-15D/CNC型不落輪鏇床自動(dòng)測(cè)量方式

UGL-15D/CNC型不落輪鏇床輪對(duì)幾何參數(shù)自動(dòng)測(cè)量裝置安裝在刀架滑軌上，它通過氣壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)測(cè)量系統(tǒng)蓋板的伸縮功能，由交流伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)探頭與測(cè)量輪的升降（U軸），伺服刀架滑軌系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其橫向（Z軸方向）運(yùn)動(dòng)。這套測(cè)量裝置主要包括左、右2套相同的測(cè)量系統(tǒng)（圖2）和1個(gè)紅外線光電開關(guān)組成。測(cè)量輪組由測(cè)量支座及其支撐的探頭、測(cè)量輪和旋轉(zhuǎn)編碼器組成。

4.2.1 輪對(duì)直徑測(cè)量原理

直徑的測(cè)量是通過測(cè)量裝置中作用在車輪滾動(dòng)圓MKE處的大測(cè)量輪和紅外線光電開關(guān)完成。在進(jìn)行測(cè)量之前，要貼1張反光標(biāo)簽到輪子前面正對(duì)著紅外線光電開關(guān)的高度上，大測(cè)量輪與車輪MKE處的圓周線緊密接觸，輪對(duì)通過驅(qū)動(dòng)滾輪摩擦勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，測(cè)量裝置內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)編碼器記錄下大測(cè)量輪轉(zhuǎn)動(dòng)的周長(zhǎng)，并傳送至PLC/CNC數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，由紅外線光電開關(guān)接收反光標(biāo)簽反射光線檢測(cè)輪對(duì)旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)，當(dāng)輪對(duì)圈數(shù)到系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定值時(shí)，測(cè)量裝置沿+X軸方向收回，同時(shí)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)由PLC/CNC數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中記錄的數(shù)據(jù)自動(dòng)推算出輪對(duì)踏面直徑，公式如下：

πdn=πDN? ? ? ? ? ?D= dn/N

D：輪對(duì)踏面直徑? d：測(cè)量輪直徑? N：輪對(duì)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)? n測(cè)量輪旋轉(zhuǎn)圈數(shù)

4.2.2 輪對(duì)廓形測(cè)量原理

在車輪輪廓上測(cè)量一定數(shù)量的點(diǎn)，將測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)控系統(tǒng)中，從而計(jì)算出真實(shí)的輪廓，與存儲(chǔ)于系統(tǒng)內(nèi)的理論輪廓進(jìn)行比對(duì)。

輪對(duì)踏面徑向跳動(dòng)：由圖3中的4點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)，在確定測(cè)量探頭Z軸基準(zhǔn)點(diǎn)后，測(cè)量探頭沿+Z軸方向移動(dòng)到70mm滾動(dòng)圓處，輪對(duì)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，輪對(duì)旋轉(zhuǎn)一周，測(cè)量探頭采集6個(gè)位置的數(shù)據(jù)傳送至PLC/CNC數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將每側(cè)測(cè)量輪徑向跳動(dòng)測(cè)量獲得的非圓度數(shù)據(jù)，以最大值與最小值之間的絕對(duì)差值計(jì)算得到踏面徑向跳動(dòng)值，并在CNC顯示屏上顯示。

輪緣高度：由圖3中的1點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)，在測(cè)量探頭Z軸、X軸基準(zhǔn)點(diǎn)（Z基、X基）的基礎(chǔ)上，測(cè)量探頭向+Z方向移動(dòng)15mm后，向-X軸方向移動(dòng)找到輪緣最高點(diǎn)1測(cè)量點(diǎn)的機(jī)床機(jī)械坐標(biāo)系X坐標(biāo)值X1，并將X1坐標(biāo)值傳送至PLC/CNC數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將計(jì)算出X1到X基之間的距離為輪緣的高度值，并在CNC顯示屏上顯示。

輪緣厚度及QR值：由圖3中的2、3測(cè)量點(diǎn)實(shí)現(xiàn)，在測(cè)量探頭找到1測(cè)量點(diǎn)X1的基礎(chǔ)上，沿廓形移動(dòng)，當(dāng)測(cè)量輪向-X方向移動(dòng)到距離X1點(diǎn)2mm時(shí)，記錄下測(cè)量點(diǎn)2坐標(biāo)（Z2、X2）。當(dāng)測(cè)量探頭向-X方向移動(dòng)到距離X幾點(diǎn)10mm時(shí)，記錄下測(cè)量點(diǎn)3坐標(biāo)（Z3、X3），并將測(cè)量點(diǎn)2、3的坐標(biāo)值傳送至PLC/CNC數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將計(jì)算出Z2、Z3之間的距離為QR值，計(jì)算出Z3與Z基之間的距離為輪緣厚度，并將以上兩個(gè)參數(shù)在CNC顯示屏上顯示。

輪對(duì)內(nèi)側(cè)距及軸向跳動(dòng)：由圖3中的0測(cè)量點(diǎn)實(shí)現(xiàn)，測(cè)量程序開始后，測(cè)量探頭伸出并分別向左、右輪對(duì)內(nèi)側(cè)端面靠近，定位在0測(cè)量點(diǎn)后，測(cè)量裝置記錄下此點(diǎn)采集6個(gè)不同坐標(biāo)傳送至PLC/CNC數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將測(cè)量得到的左、右測(cè)量探頭內(nèi)部間距數(shù)據(jù)計(jì)算，得到最終的輪對(duì)內(nèi)側(cè)距和軸向跳動(dòng)，并在CNC顯示屏上顯示。

結(jié)語(yǔ)

UGL-15D/CNC型不落輪鏇床接觸式自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)采用的測(cè)量原理，是鄭州地鐵5號(hào)線目前檢測(cè)輪對(duì)幾何參數(shù)較為優(yōu)化的系統(tǒng)，此系統(tǒng)采用探頭接觸式測(cè)量，采集測(cè)量徑向跳動(dòng)與軸向跳動(dòng)的數(shù)據(jù)值較少，誤差較大，可在測(cè)量系統(tǒng)中使用測(cè)量輪全接觸式測(cè)量，提高輪對(duì)的測(cè)量精度。

參考文獻(xiàn)：

[1]王雪. 地鐵列車輪對(duì)幾何參數(shù)接觸式自動(dòng)測(cè)量原理的分析[J]. 鐵道技術(shù)監(jiān)督，2008，08：20-22.

[2]左建勇. 輪對(duì)幾何參數(shù)非接觸式自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的研究[D].西南交通大學(xué)，2002.

[3]李學(xué)雷. 輪對(duì)參數(shù)全自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)[D].西南交通大學(xué)，2005.

[4]鄭州地鐵集團(tuán)有限公司. 鄭州市軌道交通5號(hào)線UGL-15D/CNC型不落輪鏇床技術(shù)規(guī)格書.