游彥輝，徐濟(jì)松，高春雷，王發(fā)燈

（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所，北京　100081）

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一種鋼軌平直度測(cè)量?jī)x的研制

游彥輝，徐濟(jì)松，高春雷，王發(fā)燈

（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所，北京100081）

摘要研制了一種鋼軌平直度測(cè)量?jī)x，該設(shè)備采用高精度的電渦流位移傳感器，可測(cè)量鋼軌頂面和工作面的不平順性，并可通過數(shù)據(jù)擬合得到長(zhǎng)達(dá)2 m的鋼軌的平順度，為線路養(yǎng)護(hù)維修提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。本文介紹該設(shè)備的測(cè)量原理、技術(shù)指標(biāo)和軟硬件設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞鋼軌；平直度；測(cè)量?jī)x

1　測(cè)量原理

鋼軌平直度測(cè)量?jī)x測(cè)量原理如圖1所示，其采用固定的測(cè)量基長(zhǎng)，軌頂面測(cè)量基準(zhǔn)線為軌頂中線，側(cè)面工作邊的測(cè)量基準(zhǔn)線則在鋼軌內(nèi)側(cè)軌頂面以下16 mm處。測(cè)量時(shí)，舵機(jī)驅(qū)動(dòng)測(cè)量模塊由滑動(dòng)導(dǎo)軌的一端走行至另一端。測(cè)量過程中，由脈沖編碼器測(cè)量走行距離，位移傳感器記錄各測(cè)量點(diǎn)的位移偏差值，最終由上位機(jī)提供測(cè)量結(jié)果，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要輸出曲線波形。

圖1　測(cè)量原理示意

通過1 m基長(zhǎng)便攜式鋼軌平直度測(cè)量?jī)x進(jìn)行3次測(cè)量，即分別從0，0. 5，1. 0 m處進(jìn)行測(cè)量，分別得到0～1 m，0. 5～1. 5 m，1～2 m這3段數(shù)據(jù)，對(duì)3段數(shù)據(jù)經(jīng)過交疊計(jì)算，即可得到2 m長(zhǎng)度鋼軌的平直度數(shù)據(jù)。

2　平直度測(cè)量?jī)x技術(shù)參數(shù)

①測(cè)量基準(zhǔn)長(zhǎng)度為1 000 mm；②擬合測(cè)量長(zhǎng)度為2 000 mm；③線性誤差為±0. 3％；④測(cè)量范圍為+ 1. 5 ～- 2. 5 mm；⑤分辨率為0. 01 mm；⑥每次測(cè)量時(shí)間＜15 s；⑦電池持續(xù)測(cè)量次數(shù)為300次。

3　系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)分為2個(gè)主要部分：測(cè)量尺身和掌上電腦。測(cè)量尺身是測(cè)量的主體，掌上電腦則用來操控測(cè)量?jī)x并顯示測(cè)量結(jié)果。

3. 1機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

鋼軌平直度測(cè)量?jī)x的結(jié)構(gòu)見圖2，主要由導(dǎo)軌、動(dòng)力裝置、測(cè)量單元以及定位裝置組成。

圖2　鋼軌平直度測(cè)量?jī)x結(jié)構(gòu)

3. 2硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)見圖3。單片機(jī)對(duì)電渦流傳感器的模擬量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并記錄當(dāng)前滑塊所處的位置。單片機(jī)通過藍(lán)牙模塊與掌上電腦進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊。編碼器用于測(cè)量傳感器移動(dòng)的位置，舵機(jī)則是用來帶動(dòng)電渦流傳感器移動(dòng)，限位開關(guān)用來限制舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，溫度傳感器用于對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

圖3　鋼軌平直度測(cè)量?jī)x硬件設(shè)計(jì)

3. 3軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)主要分2部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)和掌上電腦。單片機(jī)用于執(zhí)行掌上電腦的操控指令，并把測(cè)量結(jié)果發(fā)送到掌上電腦；掌上電腦用于分析、計(jì)算和顯示測(cè)量結(jié)果，并可把測(cè)量結(jié)果輸出到臺(tái)式機(jī)。軟件功能見圖4。

圖4　軟件功能

4　試驗(yàn)驗(yàn)證

利用鋼軌平直度測(cè)量?jī)x對(duì)鋼軌試驗(yàn)段軌頂面的平直度進(jìn)行了多次測(cè)量，其測(cè)量結(jié)果對(duì)比見圖5。

由圖5可知，3次測(cè)量結(jié)果最大值偏差和最小值偏差均＜0. 02 mm，滿足現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量精度要求。

圖5　測(cè)量結(jié)果對(duì)比

5　結(jié)語

在借鑒和吸收國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，研制了便攜式鋼軌平直度測(cè)量?jī)x。該產(chǎn)品特點(diǎn)：①利用高精度非接觸式的電渦流傳感器，顯著降低了測(cè)量數(shù)據(jù)的非線性度，提高了測(cè)量精度。②采用掌上電腦進(jìn)行測(cè)控，具有靈活便攜、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。③采用三段法測(cè)量方法，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合后，可以得到2 m長(zhǎng)鋼軌的平直度，為控制鋼軌焊接接頭加工工藝和現(xiàn)場(chǎng)鋼軌平直度評(píng)估提供了很好的測(cè)量方法。④能同時(shí)對(duì)鋼軌頂面和側(cè)面工作邊進(jìn)行平直度控制，顯著降低了現(xiàn)場(chǎng)工作強(qiáng)度，減小了人為因素帶來的測(cè)量誤差。

參考文獻(xiàn)

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（責(zé)任審編李付軍）

Research and Manufacture of Rail Straightness Measuring Instrument

YOU Yanhui，Xujisong，GAO Chunlei，WANG Dengfa
（Railway Engineering Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China）

AbstractT he paper studied and developed a rail straightness measuring instrument，which applied high precision eddy current displacement sensor to detect any irregularity at rail top or at any working face. It could obtain the smoothness of 2 m rails by data fitting. T he instrument provides valuable data to the task of track maintenance and repair. T he paper provided the measuring principle，the technical indicators and the software/hardware design.

Key wordsRail；Straightness；M easuring instrument

中圖分類號(hào)U216. 65

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

DOI：10. 3969 /j. issn. 1003-1995. 2016. 05. 34

文章編號(hào)：1003-1995（2016）05-0152-02

收稿日期：2015-10-02；修回日期：2016-04-20

作者簡(jiǎn)介：游彥輝（1983—），男，助理研究員，碩士。