淺析不落輪鏇床測量系統(tǒng)工作原理

閆建

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

關(guān)鍵詞：不落輪鏇床;測量系統(tǒng);工作原理

一、鄭州地鐵列車輪對情況介紹

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

二、輪對幾何參數(shù)測量方式

到目前為止，輪對幾何參數(shù)的測量主要有以下幾種方式：

（1）便攜式人工測量方式

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

（2）接觸式自動測量方式

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

（3）非接觸式自動測量方式

該種測量方式可實現(xiàn)在線動態(tài)測量，主要有超聲波測距法和光學(xué)法，但超聲波反射信號對輪對踏面材質(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、鄭州地鐵輪對測量方式

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

四、 UGL-15D/CNC型不落輪鏇床測量系統(tǒng)工作原理

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

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幾何參數(shù)測量、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)、輪對定位和參數(shù)測量裝置、輪對支撐驅(qū)動系統(tǒng)、輪對固定和夾緊裝置、輪對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)備采用接觸式自動測量方式，當(dāng)系統(tǒng)測量時，輪對以100%的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，可以對列車輪對的輪緣高度、輪緣厚度、輪對內(nèi)側(cè)距、輪對踏面直徑、輪對徑向跳動、QR值等進(jìn)行自動測量。

4.2 UGL-15D/CNC型不落輪鏇床自動測量方式

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

4.2.1 輪對直徑測量原理

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

πdn=πDN? ? ? ? ? ?D= dn/N

D：輪對踏面直徑? d：測量輪直徑? N：輪對旋轉(zhuǎn)圈數(shù)? n測量輪旋轉(zhuǎn)圈數(shù)

4.2.2 輪對廓形測量原理

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

輪對踏面徑向跳動：由圖3中的4點來實現(xiàn)，在確定測量探頭Z軸基準(zhǔn)點后，測量探頭沿+Z軸方向移動到70mm滾動圓處，輪對開始轉(zhuǎn)動，輪對旋轉(zhuǎn)一周，測量探頭采集6個位置的數(shù)據(jù)傳送至PLC/CNC數(shù)據(jù)存儲器，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將每側(cè)測量輪徑向跳動測量獲得的非圓度數(shù)據(jù)，以最大值與最小值之間的絕對差值計算得到踏面徑向跳動值，并在CNC顯示屏上顯示。

輪緣高度：由圖3中的1點來實現(xiàn)，在測量探頭Z軸、X軸基準(zhǔn)點（Z基、X基）的基礎(chǔ)上，測量探頭向+Z方向移動15mm后，向-X軸方向移動找到輪緣最高點1測量點的機(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)存儲器，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將計算出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測量點實現(xiàn)，在測量探頭找到1測量點X1的基礎(chǔ)上，沿廓形移動，當(dāng)測量輪向-X方向移動到距離X1點2mm時，記錄下測量點2坐標(biāo)（Z2、X2）。當(dāng)測量探頭向-X方向移動到距離X幾點10mm時，記錄下測量點3坐標(biāo)（Z3、X3），并將測量點2、3的坐標(biāo)值傳送至PLC/CNC數(shù)據(jù)存儲器，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將計算出Z2、Z3之間的距離為QR值，計算出Z3與Z基之間的距離為輪緣厚度，并將以上兩個參數(shù)在CNC顯示屏上顯示。

輪對內(nèi)側(cè)距及軸向跳動：由圖3中的0測量點實現(xiàn)，測量程序開始后，測量探頭伸出并分別向左、右輪對內(nèi)側(cè)端面靠近，定位在0測量點后，測量裝置記錄下此點采集6個不同坐標(biāo)傳送至PLC/CNC數(shù)據(jù)存儲器，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將測量得到的左、右測量探頭內(nèi)部間距數(shù)據(jù)計算，得到最終的輪對內(nèi)側(cè)距和軸向跳動，并在CNC顯示屏上顯示。

結(jié)語

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

參考文獻(xiàn)：

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

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

[3]李學(xué)雷. 輪對參數(shù)全自動測量系統(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號線UGL-15D/CNC型不落輪鏇床技術(shù)規(guī)格書.