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浅析地铁车轮检测技术
发布时间:2018-11-15 11:21:00
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轨道交通作为一种方便快捷的出行方式,在日益繁忙的城市交通网络中正占据着越来越重要的地位。目前,针对车轮的参数检测主要包括:轮对尺寸、车轮踏面外形、踏面缺陷和内部探伤。


国内在地铁车辆维修中对大部分轮对参数的检测还停留在手工阶段,在实际测量中工作量大、效率低,同时不可避免存在人为因素干扰,直接影响了测量的准确性,这些都会对车轮镟修和车轮参数的分析产生很大的影响。


本文介绍一种高精度地铁车轮直径检测装置,实现对车轮直径直接测量,避免人为因素,兼容测量量程和测量精度,符合车轮参数的分析和车轮镟修的需求。


1 轮径检测装置的结构及原理


对于轮直径测量,要求直径的测量范围为500mm~900 mm,测量准确度要求为0.005mm。若根据间接测量的方法,测量的准确度不满足要求。为了保证准确度采用直接测量方法。根据测量要求,设计高精度轮径测量装置,该轮径测量装置包括滑动测头、光栅尺、基座、直线导轨、方管、V型铁、基架和固定测头等。


由于测量的量程比较大,采用直接测量必须对其分段测量,否则不满足精度要求。利用大数小数分开的测量原则,将直径的测量分为500mm~600mm、600mm~700mm、700mm~800mm、800mm~900mm四段,选用量程为100mm、分辨率为0.0005mm的光栅尺。设定测量的基准,将四段测量的初值分别设定在500mm、600mm、700mm、800mm并分别用量棒对其校准。基架由铝合金型材组成,可拧动铝合金型材之间的连接角码,可方便拆装相对移动,方管相对基架保持固定。测量时将基架调整至合适的位置进行标定。V型铁在测量时可架设于车轮之上,被用于纵向定位。电磁铁可吸附于车轮侧面,被用于侧向定位。


基座包括光栅尺、垫板、直线导轨、直线轴承、套筒、固定座和测头等。直线导轨与基座底板固定,套筒通过固定座固定于直线轴承上,直线轴承通过螺栓固定于套筒之中,测头上套有弹簧,測头可在直线导轨内滑动,测头尾部带动光栅尺副尺移动。在标定时,测头相对于直线导轨固定,固定座可沿直线导轨滑动,将标准量棒放置于固定测头和滑动测头之间,固定座会沿直线导轨一定位置定标。


在测量时,测量是在定标完成之后,固定座相对于直线导轨固定,滑动测头在受到车轮踏面挤压时,测头上弹簧会变形,滑动测头在直线导轨中滑动到一定位置,测头会同时带动光栅尺副尺同时移动。这就是大数小数测量原则,此时光栅尺的示数即为测量的小数部分,量棒的规格即为测量的大数部分。辅助测头、测头与车轮可以三点接触,保证测量的可靠性。


对于车轮直径采用直接测量的必须是车轮最长的弦,否则将会影响测量的结果。所以在设计轮直径测量装置时可将两端的测头一端固定,另一端滑动测头可沿轮缘踏面摆动,将测头沿车轮踏面摆动。方管包括滑座、滚珠丝杆、联轴器和电机固定板。步进电机通过联轴器与滚珠丝杆连接,滚珠丝杆的螺母与滑座连接,滑座可在铝合金方管内滑动,滑座与基座底板固定,测量时可带动基座上下移动。


在标定时,步进电机驱动滚珠丝杆,将基座升起,将滑动测头移至与固定在同一中心线,量棒两端与测头中心相接触,可方便量棒标定。测量时,基座同测头、光栅尺、直线导轨由步进电机驱动沿方管上下移动,在上下移动过程中,滑动测头在弹簧作用下,测头始终与车轮踏面紧密接触。


由于车轮踏面的外轮廓会对滑动测头产生压力,随着滑动测头的上下扫描,由于车轮踏面轮廓的变化,滑动测头也会在直线轴承内带动光栅尺移动。在滑动测头动态摆动扫描的过程中,测量光栅尺实时输出测头扫过轮缘各点的弦长,其中最大值即为车轮轮径。


在测头沿曲线摆动扫描的过程中,测量光栅尺会测出测头扫过的每点长度,将测量光栅尺采集的所有弦长值发送给PC机,PC机保存并显示所有测量数据,并对比前后数据,找到其拐点即为车轮轮径。


为保证测量的可靠性,利用三点接触,固定测头和滑动测头与车轮点接触,辅助测头紧靠车轮踏面。避免人为因素的影响,测量过程中,调节“V”型铁高度架设于车轮之上,电磁铁吸附在车轮内侧面,步进电机驱动测头上下摆动完成测量。


2 轮径检测装置标定测量过程


(1)根据车轮大小,将基架移动到合适位置并固定,选用500mm、600mm、700mm、800mm中合适的标准量棒,步进电机基座使滑动测头与固定测头在同一直线,移动直线导轨,标准量棒固定于固定测头和滑动测头之间,标定长度即为标准量棒的长度。


(2)调节“V”型铁高度架设于车轮之上,电磁铁吸附在车轮内侧面,固定测头紧靠一侧的车轮踏面,滑动测头和辅助测头紧靠另一侧车轮踏面,滑动测头压缩弹簧带动光栅尺副尺向后移动。


(3)方管中步进电机匀速驱动基座沿车轮踏面上下移动,滑动测头在车轮踏面上摆动扫描,在弹簧力和车轮踏面的压力作用下,滑动测头会前后移动,测量光栅尺输出一系列数据到PC机,其中最大值拐点即为车轮直径。


3 实验


已知直径为753.905mm标准车轮轮对为被检测车轮,利用700mm的标准量棒对检测装置标定,标定后将轮径检测装置架设于被检测车轮上,步进电机驱动基座沿滑动测头和固定测头的中心线上下移动20mm,当测头扫描车轮踏面采样出各点的弦长,其中最大的弦长53.904mm即为直径,被检车轮直径为753.904mm。该轮径测量装置兼容测量量程和测量精度,符合车轮参数的分析和车轮镟修的需求。在地铁轮对直径测试中,从机械系统到实验现场测试各个环节都影响测量的结果,其中误差主要包括以下几个方面的来源。


(1)制造误差:机械零部件加工会对测量装置精度有很大影响,机械零部件加工精度会带来系统误差


(2)机械装配误差:在轮径测量装置机械结构中,机械零部件装配精度也会带来系统误差。机械结构装配精度如测头与轴套的装配精度、轮径测量装置铝合金型材的支撑支架安装精度都会引入误差


(3)实验测试过程中也会引入误差,比如在标定过程中会产生误差,采样频率也会引入系统系统误差,在保证采样性能的情况下,可适当提高采样频率。


结语


本课题给出了阶梯式标准轮对的直径测量方案,通过设计的高精度轮直径测量装置,进一步提高车轮轮对轮直径的测量效率和精度,减小人为检测的误差,为车轮的镟修提供理论依据。


来源:设备管理网


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