基于激光檢測(cè)技術(shù)兼容大軸重轉(zhuǎn)向架通用 正位檢測(cè)臺(tái)研究

譚兆海

（中國鐵路蘭州局集團(tuán)有限公司，蘭州 730000）

目前，國內(nèi)外對(duì)交叉支撐裝置轉(zhuǎn)向架的正位檢測(cè)，大部分為人工手動(dòng)測(cè)量或單一類型轉(zhuǎn)向架接觸式測(cè)量。人工測(cè)量時(shí)，需將轉(zhuǎn)向架放置在支撐工裝上，采用量具進(jìn)行測(cè)量。轉(zhuǎn)向架本身尺寸較大，量具多為連接桿式結(jié)構(gòu)[1]，組合工作較為復(fù)雜，測(cè)量工作至少需要兩個(gè)人配合才能完成，測(cè)量耗時(shí)長，且測(cè)量數(shù)據(jù)受人為因素影響較大。同時(shí)，測(cè)量數(shù)據(jù)無法直接存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫及鐵路貨車技術(shù)管理系統(tǒng)中，生產(chǎn)效率低下，檢修質(zhì)量很難得到保證。由于檢測(cè)裝置空間限制，檢修維護(hù)工作很不方便，且無法兼容各型轉(zhuǎn)向架，往往一個(gè)使用單位需要配置多臺(tái)不同型號(hào)的正位檢測(cè)臺(tái)，占地空間較大，人員配備較多，資源浪費(fèi)嚴(yán)重。

鐵路貨車轉(zhuǎn)向架是車輛的關(guān)鍵部件之一，轉(zhuǎn)向架交叉支撐裝置是在原三大件式轉(zhuǎn)向架的基礎(chǔ)上，在兩個(gè)側(cè)架上增加一套交叉裝置，這種交叉支撐裝置通過4個(gè)彈性橡膠節(jié)點(diǎn)和側(cè)架交叉支撐座連接，可以有效改善轉(zhuǎn)向架的抗菱剛度，減少轉(zhuǎn)向架的蛇形運(yùn)動(dòng)，提升轉(zhuǎn)向架的蛇形失穩(wěn)臨界速度和直線運(yùn)行穩(wěn)定性[2]。

1 正位檢測(cè)臺(tái)整體結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析

轉(zhuǎn)向架正位檢測(cè)臺(tái)是根據(jù)轉(zhuǎn)K2、K6型、大軸重DZ型轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)，以及既有單一類型轉(zhuǎn)向架接觸式測(cè)量正位檢測(cè)臺(tái)樣式，將原有檢測(cè)裝置進(jìn)行改進(jìn)使其能夠兼容檢測(cè)以上3種轉(zhuǎn)向架的正位檢測(cè)。

基于激光檢測(cè)技術(shù)兼容大軸重轉(zhuǎn)向架通用正位檢測(cè)臺(tái)和原有正位檢測(cè)臺(tái)結(jié)構(gòu)形式相同，包括基座、正位檢測(cè)頭支撐部分、計(jì)算機(jī)測(cè)量系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)以及標(biāo)定裝置5個(gè)部分組成。

通過對(duì)轉(zhuǎn)K2型、轉(zhuǎn)K6型、大軸重DZ型轉(zhuǎn)向架檢測(cè)原理及位圖重疊分析，影響正位檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)的主要尺寸為導(dǎo)框長度、導(dǎo)框?qū)挾取?dǎo)框內(nèi)側(cè)面寬度、軸距以及跨距5個(gè)尺寸，對(duì)比見表1。其中跨距、導(dǎo)框長度與軸距尤為重要。

2 正位檢測(cè)臺(tái)主要部件結(jié)構(gòu)及應(yīng)用分析

2.1 轉(zhuǎn)向架的定位分析

根據(jù)轉(zhuǎn)向架正位檢測(cè)原理，需進(jìn)行正位檢測(cè)的轉(zhuǎn)向架，在檢測(cè)前需要將轉(zhuǎn)向架定位，即將待檢測(cè)轉(zhuǎn)向架一側(cè)的側(cè)架推靠在檢測(cè)臺(tái)的定位板上（正位檢測(cè)臺(tái)定位板結(jié)構(gòu)見圖1），然后經(jīng)過傳感器測(cè)量，計(jì)算出轉(zhuǎn)向架對(duì)角線差與跨距差。經(jīng)各型轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)分析，只有轉(zhuǎn)K2的轉(zhuǎn)向架定位面在側(cè)架導(dǎo)框內(nèi)部，其到側(cè)架導(dǎo)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(shí)現(xiàn)兼容多種轉(zhuǎn)向架的定位需求。跨距測(cè)量裝置則通過在測(cè)頭部位更換補(bǔ)償測(cè)桿實(shí)現(xiàn)不同類型轉(zhuǎn)向架的跨距方向測(cè)量。

2.2 軸距、導(dǎo)框重疊部分長度分析

通過對(duì)種3種轉(zhuǎn)向架位圖重疊軸距與導(dǎo)框長度的分析，導(dǎo)框內(nèi)距公共重疊部分為184 mm，兩側(cè)預(yù)留5 mm，檢測(cè)裝置的外型尺寸可用空間為174 mm，經(jīng)計(jì)算該尺寸與原轉(zhuǎn)K2型檢測(cè)裝置相同，滿足轉(zhuǎn)K2型與轉(zhuǎn)K6型兩種轉(zhuǎn)向架的測(cè)量要求[3]。

2.3 傳感器量程選擇分析

根據(jù)軸距、導(dǎo)框重疊部分長度分析檢測(cè)裝置的外型尺寸可用空間為174 mm，同時(shí)由圖2可以看出，大軸重DZ型轉(zhuǎn)向架導(dǎo)框測(cè)量基面距離正位檢測(cè)臺(tái)支撐裝置最遠(yuǎn)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(zhuǎn)向架正位檢測(cè)。

2.4 測(cè)量傳感器選擇分析

目前，測(cè)量位移的傳感器分為接觸式測(cè)量傳感器和激光式非接觸式測(cè)量傳感器兩種。根據(jù)軸距、導(dǎo)框重疊部分長度分析，其正位檢測(cè)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(jìn)行測(cè)量，需安裝驅(qū)動(dòng)氣缸，由于氣缸行程加上氣缸本體長度，無法滿足結(jié)構(gòu)尺寸要求。

如果考慮將測(cè)量及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)不放置檢測(cè)頭支撐內(nèi)部，現(xiàn)有傳感器的測(cè)量精度為±0.2%F.S.，按照150 mm 量程計(jì)算，其實(shí)際精度為150×0.002=0.3 mm?！逗?jiǎn)明檢驗(yàn)工手冊(cè)》中規(guī)定，測(cè)量精度應(yīng)為被測(cè)工件公差的1/10；《鐵路貨車段修規(guī)程》中要求，轉(zhuǎn)向架正位檢測(cè)臺(tái)上進(jìn)行正位狀態(tài)檢測(cè)，4個(gè)導(dǎo)框中心的對(duì)角線長度之差不大于5 mm，即測(cè)量精度需小于0.5 mm。按照以上要求傳感器的測(cè)量精度滿足應(yīng)用，但機(jī)構(gòu)外移勢(shì)必將機(jī)械結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，測(cè)量頭在測(cè)量過程中形變量將會(huì)加大，重復(fù)誤差以及長時(shí)間使用造成的磨損，將直接導(dǎo)致測(cè)量精度大于0.5 mm，從而影響實(shí)際測(cè)量結(jié)果，使得產(chǎn)品的合格率下降，因此不建議采用接觸式測(cè)量方式。

采用激光非接觸式傳感器測(cè)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(huì)大于50 mm，完全可以放入正位檢測(cè)頭支撐部分內(nèi)部，且不需要?dú)飧滓约皺z測(cè)頭等外屬配件即可完成測(cè)量，其測(cè)量精度0.3 mm也完全滿足檢測(cè)要求，而且目前激光非接觸式位移傳感器的普及，其價(jià)格也已經(jīng)接近普通接觸式位移傳感器，同時(shí)省略了復(fù)雜的機(jī)械機(jī)構(gòu)，其優(yōu)勢(shì)顯而易見，建議采用該種模式[4]。

2.5 檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)分析

由于采用激光位移傳感器，所有的機(jī)械測(cè)量機(jī)構(gòu)將全部取消，只需要將激光位移傳感器固定在正位檢測(cè)頭支撐部分的內(nèi)部，同時(shí)在響應(yīng)的激光測(cè)量位置開個(gè)孔洞即可，正位檢測(cè)頭支撐部分機(jī)械結(jié)構(gòu)將變得非常簡(jiǎn)單，同時(shí)增加了支撐的整體強(qiáng)度[5]，具體樣式如圖4所示。

2.6 計(jì)算機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)及軟件系統(tǒng)分析

計(jì)算機(jī)采用目前主流工控機(jī)配置，液晶顯示器與主機(jī)分體設(shè)計(jì)，利于系統(tǒng)升級(jí)與維護(hù)；數(shù)據(jù)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(tǒng)采用Windows7系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫選用Access數(shù)據(jù)庫。

3 解決的主要技術(shù)難題

基于激光檢測(cè)技術(shù)兼容大軸重轉(zhuǎn)向架通用正位檢測(cè)臺(tái)解決了以下技術(shù)難題：1）實(shí)現(xiàn)一機(jī)多能，能夠兼容完成轉(zhuǎn)K2型、轉(zhuǎn)K6型、大軸重DZ型3種轉(zhuǎn)向架正位檢測(cè)；2）能夠在轉(zhuǎn)K2型或轉(zhuǎn)K6型轉(zhuǎn)向架正位檢測(cè)臺(tái)的基礎(chǔ)上進(jìn)行兼容性改造；3）軟件統(tǒng)一，更新升級(jí)方便，便于管理；4）新制或改造費(fèi)用低，一次性投入少，維修方便；5）優(yōu)化工藝布局，節(jié)省占地面積。

4 結(jié)語

該項(xiàng)目投入使用后，極大地提高了設(shè)備利用率，優(yōu)化了工藝布局，節(jié)省了設(shè)備重復(fù)投資費(fèi)用，提升了設(shè)備功能，在車輛新造、廠修、段修均可采用該方式對(duì)原有轉(zhuǎn)K2型或轉(zhuǎn)K6型正位檢測(cè)臺(tái)進(jìn)行改造或直接采購基于激光檢測(cè)技術(shù)兼容大軸重轉(zhuǎn)向架通用正位檢測(cè)臺(tái)，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用的模式，有效降低設(shè)備的采購成本，節(jié)約50%～70%的費(fèi)用，免去原有同一類設(shè)備多種型號(hào)維護(hù)的困難繁雜問題，有效縮短設(shè)備檢測(cè)節(jié)拍、提高設(shè)備檢修效率，具有很大的推廣意義。