浅析不落轮镟床测量系统工作原理

闫建

摘要：本文阐述了郑州地铁5号線目前所使用对地铁车辆轮对几何参数的测量方法，重点研究分析了完成轮对几何参数接触式自动测量的不落轮镟床测量系统工作原理。

关键词：不落轮镟床;测量系统;工作原理

一、郑州地铁列车轮对情况介绍

郑州地铁5号线采用A型车，都采用同种整体辗钢轮。郑州地铁5号线采用的是轮缘厚度为32mm、轮缘高度为27mm的磨耗型轮对，不落轮镟床为UGL-15D/CNC型不落轮镟床。

二、轮对几何参数测量方式

到目前为止，轮对几何参数的测量主要有以下几种方式：

（1）便携式人工测量方式

该种测量方式具有操作简单、方便等优点，但存在测量参数不够全面、测量自动化程度低、不能消除人为误差等问题。

（2）接触式自动测量方式

该种测量方式测量精度高、稳定性好，但只适用于地铁列车的静态测量。

（3）非接触式自动测量方式

该种测量方式可实现在线动态测量，主要有超声波测距法和光学法，但超声波反射信号对轮对踏面材质、光滑度要求较高;而光学法利用激光器、摄像机等获取轮廓图像进行分析、系统要求复杂。

三、郑州地铁轮对测量方式

郑州地铁在对轮对几何参数的检测中，根据地铁列车的维修模式采用日常对轮对进行检查的特点，采用了以上三种测量方式相结合的方式，即采用传统的轮对测量工具，在电客车三月检以上修程中进行检测，又采用轮对踏面及受电弓检测设备的在线测量相结合，能很好的掌握轮对的几何参数，及时使用不落轮镟床设备完成相关几何参数的修复工作。

四、 UGL-15D/CNC型不落轮镟床测量系统工作原理

以郑州地铁5号线的UGL-15D/CNC型不落轮镟床为例，分析轮对几何参数接触式测量原理。

4.1 UGL-15D/CNC型不落轮镟床的组成

UGL-15D/CNC型不落轮镟床是一种集轮对几何参数测量、分析、修复加工于一体的先进设备。它主要包括床身、轨道系统、轮对定位和参数测量装置、轮对支撑驱动系统、轮对固定和夹紧装置、轮对镟修刀架刀具装置等，其控制系统采用西门子840Dsl数控系统。该设备采用接触式自动测量方式，当系统测量时，轮对以100%的转速转动，可以对列车轮对的轮缘高度、轮缘厚度、轮对内侧距、轮对踏面直径、轮对径向跳动、QR值等进行自动测量。

4.2 UGL-15D/CNC型不落轮镟床自动测量方式

UGL-15D/CNC型不落轮镟床轮对几何参数自动测量装置安装在刀架滑轨上，它通过气压系统实现测量系统盖板的伸缩功能，由交流伺服电机实现探头与测量轮的升降（U轴），伺服刀架滑轨系统实现其横向（Z轴方向）运动。这套测量装置主要包括左、右2套相同的测量系统（图2）和1个红外线光电开关组成。测量轮组由测量支座及其支撑的探头、测量轮和旋转编码器组成。

4.2.1 轮对直径测量原理

直径的测量是通过测量装置中作用在车轮滚动圆MKE处的大测量轮和红外线光电开关完成。在进行测量之前，要贴1张反光标签到轮子前面正对着红外线光电开关的高度上，大测量轮与车轮MKE处的圆周线紧密接触，轮对通过驱动滚轮摩擦匀速转动，测量装置内部的旋转编码器记录下大测量轮转动的周长，并传送至PLC/CNC数据存储器中，由红外线光电开关接收反光标签反射光线检测轮对旋转的圈数，当轮对圈数到系统预先设定值时，测量装置沿+X轴方向收回，同时数据处理系统由PLC/CNC数据存储器中记录的数据自动推算出轮对踏面直径，公式如下：

πdn=πDN           D= dn/N

D：轮对踏面直径  d：测量轮直径  N：轮对旋转圈数  n测量轮旋转圈数

4.2.2 轮对廓形测量原理

在车轮轮廓上测量一定数量的点，将测量数据传输到数控系统中，从而计算出真实的轮廓，与存储于系统内的理论轮廓进行比对。

轮对踏面径向跳动：由图3中的4点来实现，在确定测量探头Z轴基准点后，测量探头沿+Z轴方向移动到70mm滚动圆处，轮对开始转动，轮对旋转一周，测量探头采集6个位置的数据传送至PLC/CNC数据存储器，数据处理系统将每侧测量轮径向跳动测量获得的非圆度数据，以最大值与最小值之间的绝对差值计算得到踏面径向跳动值，并在CNC显示屏上显示。

轮缘高度：由图3中的1点来实现，在测量探头Z轴、X轴基准点（Z基、X基）的基础上，测量探头向+Z方向移动15mm后，向-X轴方向移动找到轮缘最高点1测量点的机床机械坐标系X坐标值X1，并将X1坐标值传送至PLC/CNC数据存储器，数据处理系统将计算出X1到X基之间的距离为轮缘的高度值，并在CNC显示屏上显示。

轮缘厚度及QR值：由图3中的2、3测量点实现，在测量探头找到1测量点X1的基础上，沿廓形移动，当测量轮向-X方向移动到距离X1点2mm时，记录下测量点2坐标（Z2、X2）。当测量探头向-X方向移动到距离X几点10mm时，记录下测量点3坐标（Z3、X3），并将测量点2、3的坐标值传送至PLC/CNC数据存储器，数据处理系统将计算出Z2、Z3之间的距离为QR值，计算出Z3与Z基之间的距离为轮缘厚度，并将以上两个参数在CNC显示屏上显示。

轮对内侧距及轴向跳动：由图3中的0测量点实现，测量程序开始后，测量探头伸出并分别向左、右轮对内侧端面靠近，定位在0测量点后，测量装置记录下此点采集6个不同坐标传送至PLC/CNC数据存储器，数据处理系统将测量得到的左、右测量探头内部间距数据计算，得到最终的轮对内侧距和轴向跳动，并在CNC显示屏上显示。

结语

UGL-15D/CNC型不落轮镟床接触式自动测量系统采用的测量原理，是郑州地铁5号线目前检测轮对几何参数较为优化的系统，此系统采用探头接触式测量，采集测量径向跳动与轴向跳动的数据值较少，误差较大，可在测量系统中使用测量轮全接触式测量，提高轮对的测量精度。

参考文献：

[1]王雪. 地铁列车轮对几何参数接触式自动测量原理的分析[J]. 铁道技术监督，2008，08：20-22.

[2]左建勇. 轮对几何参数非接触式自动测量系统的研究[D].西南交通大学，2002.

[3]李学雷. 轮对参数全自动测量系统[D].西南交通大学，2005.

[4]郑州地铁集团有限公司. 郑州市轨道交通5号线UGL-15D/CNC型不落轮镟床技术规格书.