基于激光檢測技術兼容大軸重轉向架通用 正位檢測臺研究

譚兆海

（中國鐵路蘭州局集團有限公司，蘭州 730000）

目前，國內外對交叉支撐裝置轉向架的正位檢測，大部分為人工手動測量或單一類型轉向架接觸式測量。人工測量時，需將轉向架放置在支撐工裝上，采用量具進行測量。轉向架本身尺寸較大，量具多為連接桿式結構[1]，組合工作較為復雜，測量工作至少需要兩個人配合才能完成，測量耗時長，且測量數據受人為因素影響較大。同時，測量數據無法直接存儲至數據庫及鐵路貨車技術管理系統中，生產效率低下，檢修質量很難得到保證。由于檢測裝置空間限制，檢修維護工作很不方便，且無法兼容各型轉向架，往往一個使用單位需要配置多臺不同型號的正位檢測臺，占地空間較大，人員配備較多，資源浪費嚴重。

鐵路貨車轉向架是車輛的關鍵部件之一，轉向架交叉支撐裝置是在原三大件式轉向架的基礎上，在兩個側架上增加一套交叉裝置，這種交叉支撐裝置通過4個彈性橡膠節點和側架交叉支撐座連接，可以有效改善轉向架的抗菱剛度，減少轉向架的蛇形運動，提升轉向架的蛇形失穩臨界速度和直線運行穩定性[2]。

1 正位檢測臺整體結構及基礎數據分析

轉向架正位檢測臺是根據轉K2、K6型、大軸重DZ型轉向架結構，以及既有單一類型轉向架接觸式測量正位檢測臺樣式，將原有檢測裝置進行改進使其能夠兼容檢測以上3種轉向架的正位檢測。

基于激光檢測技術兼容大軸重轉向架通用正位檢測臺和原有正位檢測臺結構形式相同，包括基座、正位檢測頭支撐部分、計算機測量系統、軟件系統以及標定裝置5個部分組成。

通過對轉K2型、轉K6型、大軸重DZ型轉向架檢測原理及位圖重疊分析，影響正位檢測裝置結構的主要尺寸為導框長度、導框寬度、導框內側面寬度、軸距以及跨距5個尺寸，對比見表1。其中跨距、導框長度與軸距尤為重要。

2 正位檢測臺主要部件結構及應用分析

2.1 轉向架的定位分析

根據轉向架正位檢測原理，需進行正位檢測的轉向架，在檢測前需要將轉向架定位，即將待檢測轉向架一側的側架推靠在檢測臺的定位板上（正位檢測臺定位板結構見圖1），然后經過傳感器測量，計算出轉向架對角線差與跨距差。經各型轉向架結構分析，只有轉K2的轉向架定位面在側架導框內部，其到側架導框外鑄造面距離為17 mm，定位板加工制作成不同層次定位面，實現兼容多種轉向架的定位需求?？缇鄿y量裝置則通過在測頭部位更換補償測桿實現不同類型轉向架的跨距方向測量。

2.2 軸距、導框重疊部分長度分析

通過對種3種轉向架位圖重疊軸距與導框長度的分析，導框內距公共重疊部分為184 mm，兩側預留5 mm，檢測裝置的外型尺寸可用空間為174 mm，經計算該尺寸與原轉K2型檢測裝置相同，滿足轉K2型與轉K6型兩種轉向架的測量要求[3]。

2.3 傳感器量程選擇分析

根據軸距、導框重疊部分長度分析檢測裝置的外型尺寸可用空間為174 mm，同時由圖2可以看出，大軸重DZ型轉向架導框測量基面距離正位檢測臺支撐裝置最遠距離，為120.5 mm，所以選擇傳感器量程為150 mm，完全滿足3種轉向架正位檢測。

2.4 測量傳感器選擇分析

目前，測量位移的傳感器分為接觸式測量傳感器和激光式非接觸式測量傳感器兩種。根據軸距、導框重疊部分長度分析，其正位檢測頭支撐部分整體寬度為174 mm，如果采用接觸式位移傳感器進行測量，需安裝驅動氣缸，由于氣缸行程加上氣缸本體長度，無法滿足結構尺寸要求。

如果考慮將測量及驅動機構不放置檢測頭支撐內部，現有傳感器的測量精度為±0.2%F.S.，按照150 mm 量程計算，其實際精度為150×0.002=0.3 mm?！逗喢鳈z驗工手冊》中規定，測量精度應為被測工件公差的1/10；《鐵路貨車段修規程》中要求，轉向架正位檢測臺上進行正位狀態檢測，4個導框中心的對角線長度之差不大于5 mm，即測量精度需小于0.5 mm。按照以上要求傳感器的測量精度滿足應用，但機構外移勢必將機械結構變得復雜，測量頭在測量過程中形變量將會加大，重復誤差以及長時間使用造成的磨損，將直接導致測量精度大于0.5 mm，從而影響實際測量結果，使得產品的合格率下降，因此不建議采用接觸式測量方式。

采用激光非接觸式傳感器測量，其外形尺寸如圖3所示，其寬度為25 mm，含連接線插頭也不會大于50 mm，完全可以放入正位檢測頭支撐部分內部，且不需要氣缸以及檢測頭等外屬配件即可完成測量，其測量精度0.3 mm也完全滿足檢測要求，而且目前激光非接觸式位移傳感器的普及，其價格也已經接近普通接觸式位移傳感器，同時省略了復雜的機械機構，其優勢顯而易見，建議采用該種模式[4]。

2.5 檢測裝置結構分析

由于采用激光位移傳感器，所有的機械測量機構將全部取消，只需要將激光位移傳感器固定在正位檢測頭支撐部分的內部，同時在響應的激光測量位置開個孔洞即可，正位檢測頭支撐部分機械結構將變得非常簡單，同時增加了支撐的整體強度[5]，具體樣式如圖4所示。

2.6 計算機檢測系統及軟件系統分析

計算機采用目前主流工控機配置，液晶顯示器與主機分體設計，利于系統升級與維護；數據采集板卡采用16位PCI總線采集卡，可以有效滿足高精度傳感器要求。軟件操作系統采用Windows7系統，數據庫選用Access數據庫。

3 解決的主要技術難題

基于激光檢測技術兼容大軸重轉向架通用正位檢測臺解決了以下技術難題：1）實現一機多能，能夠兼容完成轉K2型、轉K6型、大軸重DZ型3種轉向架正位檢測；2）能夠在轉K2型或轉K6型轉向架正位檢測臺的基礎上進行兼容性改造；3）軟件統一，更新升級方便，便于管理；4）新制或改造費用低，一次性投入少，維修方便；5）優化工藝布局，節省占地面積。

4 結語

該項目投入使用后，極大地提高了設備利用率，優化了工藝布局，節省了設備重復投資費用，提升了設備功能，在車輛新造、廠修、段修均可采用該方式對原有轉K2型或轉K6型正位檢測臺進行改造或直接采購基于激光檢測技術兼容大軸重轉向架通用正位檢測臺，實現一機多用的模式，有效降低設備的采購成本，節約50%～70%的費用，免去原有同一類設備多種型號維護的困難繁雜問題，有效縮短設備檢測節拍、提高設備檢修效率，具有很大的推廣意義。