| 标题 | 铁路道岔AT尖轨加工断面轨廓自动化检测技术研究 |
| 范文 | 郭思敏 摘要：随着铁路事业快速发展，道岔产品的制造水平不断提高，对道岔制造质量提出了新的要求。AT尖轨是道岔转辙器中的重要部件，其制造标准日益严格，其检测方式也需不断提高。本文详细介绍一种新型的AT尖轨机加工轨廓自动化检测技术，通过采用传感器自动测量，以解决人工测量误差导致测量不准确的问题，实现测量方便快捷、精确可靠。 Abstract： With the rapid development of the railway industry， the manufacturing level of turnkey products is constantly improving， and new requirements have been put forward for the quality of turnstile manufacturing. AT tip rail is an important part in the switch， its manufacturing standard is becoming more and more strict， and its detection method needs to be improved. In this paper， a new automatic testing technology for processing track of AT tip rail machine is introduced in detail. The automatic measurement of sensor is adopted to solve the problem that the error of manual measurement leads to the inaccuracy of measurement， and the measurement is convenient， fast， accurate and reliable. 关键词：铁路道岔；AT尖轨；传感器；自动化检测 Key words： railway turnouts；AT tip rail；sensor；automatic measurement 中图分类号：U213.6 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）18-0123-02 0 引言 尖軌是转辙器中经过切削的可动钢轨，是道岔的一个重要组成部分，其具有弯度大、承载力大等特点，是轨道上易损坏的部件之一。尖轨通常以AT（矮型特种断面）钢轨作为坯料制造，采用藏尖式设计，轨底置于滑床台上，以保持轨顶面与基本轨平齐，其跟端与标准断面钢轨连接。AT尖轨的加工质量要求较高，其成形质量直接影响着轨道的质量和使用寿命，进而影响列车的行驶速度和行车安全。AT尖轨各断面几何尺寸测量的准确度越高，其加工质量越高，因此提高其检测方法，实现道岔制造过程的自动化检测意义重大。 1 AT尖轨检测难点 AT尖轨铣削加工时，为保证其各断面几何尺寸符合标准要求需多次测量数值，但由于传统检测手段限制，个别AT尖轨仍存在断面尺寸超差的问题，从而导致钢轨件返工或报废，造成不必要的浪费。目前，AT尖轨加工后几何尺寸，由操作者使用游标卡尺进行各断面尺寸的测量，其测量的准确性直接影响产品质量，如图1所示。人工测量时因个人的操作手法不同、测量位置的误差均可能存在读数偏差，导致测量不准确、加工尺寸出现偏差，产品质量无法保证。道岔制造过程的检测仍处在比较原始的阶段，大量采用常规量具进行手工检测，不但检测精度无法保证，检测效率也相对较低，占用大量人力资源、限制了生产效率，严重制约了道岔制造的发展。 2 自动化检测技术方案 随着传感器技术的发展，传感器在各领域的应用越来越多，自动测量技术在生产中也得到了广泛应用。经实践检验，采用传感器进行测量准确度高，方便快捷。设计研发了一种基于激光传感器的AT尖轨轨廓在线测量装置，该装置随着数控铣床龙门架纵向移动可在加工过程中通过激光扫描AT尖轨轨廓直接完成AT尖轨各特征断面尺寸的测量，并对其轮廓尺寸实时分析，如图2所示。 该AT尖轨轨廓在线测量装置主要由支架、二维激光位移传感器、数据分析处理系统等三大部分组成。支架、二维激光位移传感器设计成一个整体激光传感器组合机构，该机构固定在数控铣床龙门架上，如图3所示。支架上设有手动调节装置，用于调节激光位移传感器与被测AT尖轨之间的横向相对位置，保证每一次扫描AT尖轨时，均能准确无误检测到AT尖轨该特征断面的整个廓形数据。 本测量装置采用高精度的二维激光位移传感器，即在数控铣床龙门架上固定安装两个二维激光位移传感器。激光位移传感器随着数控铣床龙门架纵向移动，在此过程中，完成对尖轨的多次扫描，每扫描一次，便得到一组尖轨特征断面的廓形数据，如图4所示；再通过数据分析处理系统，进行每一组廓形数据的合并和AT尖轨几何参数的计算。测量结果中，还可提取对AT尖轨轨廓偏差、对被加工面接刀效果的评价等信息。 AT尖轨轨廓测量数据计算：在测量空间内建立虚拟直角坐标系，以横向为X轴，纵向为Y轴，垂直向上方向为Z轴，每次扫描得到的一组尖轨特征断面的廓形数据，数据分析处理系统自动在虚拟直角坐标系内生成线型坐标数据，再从线型坐标数据中提取多个测量点，根据每个测量点的高度和不同测量点之间的宽度得出尖轨断面的几何参数。 AT尖轨轨廓测量仪扫描时，H为测量时设定的固定高度值，h为AT尖轨轨头工作边轨距线固定高度值，AT尖轨整体廓形测量数据由扫描图像自动生成线型坐标数据，如图5所示，从数据中提取测量点，测量点分别为1、2、3、4、5、……，每个测量点的分别为（X1、Z1）、（X2、Z2）、（X3、Z3）、（X4、Z4）、（X5、Z5）、……，由此数据计算出的AT尖轨特征断面的廓形数据如下： AT尖轨轨头宽度：X48=X8-X4 AT尖轨轨高：L5=H-Z5 AT尖轨非工作边台高：L1=H-Z1 AT尖轨工作边台高：L12=H-Z12 AT尖轨非工作边斜率：α=（X4-X2）/（Z4-Z2） AT尖轨工作边斜率：β=（X10-X8）/（Z8-Z10） AT尖轨的每一个特征断面廓形数据均对应一个Y轴坐标数据，具体Y轴坐标值由数控铣床龙门架纵向移动速率和激光位移传感器的扫描频率决定。 激光位移传感器的主要参数，如表1所示，综合测量精度可达：高度0.2mm、廓形0.1mm、接刀0.05mm。 3 自动化检测效果 此套新型道岔AT尖轨轨廓在线测量仪通过对AT尖轨加工成型后全轨廓的扫描，可实现各项点尺寸的测量，自动输出测量值。解决了人工测量误差导致测量不准确的问题，降低了测量难度，提高了测量准确度，保证了产品质量，并适用于不同产品的轨廓尺寸测量。测量成果中，可实现铣削断面轮廓与设计轮廓对比，从而进行质量判定，可提取AT尖轨轨廓偏差、被加工面接刀效果的评价等信息，并能将数据实时上传至ERP系统进行质量追溯，智能化程度较高。 4 结论 铁路道岔AT尖轨加工断面轨廓自动化检测系统，其核心原理为利用激光传感器对检测部位进行扫描，由数据分析处理系统将扫描信息转化为检测数值。从传感器的选型、数据分析系统的开发、机械结构的设计、到现场调试安装，通过技术创新攻关克难，实现AT尖轨各特征断面尺寸的自动化检测。自动化检测技术与人工测量相比，即节约了人力，又提高了测量效率和测量精确度，并确保了道岔产品质量和使用寿命。此技术为全面实现道岔制造检测的自动化奠定了技术基础，为日后道岔钢轨件全自动化生产做好技术储备，将引领国内道岔行业新的发展方向，全面提高我国道岔制造综合水平。 参考文献： [1]中华人民共和国铁道行业标准.TB/T412-2014，标准轨距铁路道岔技术条件[S].2014. [2]中华人民共和国铁道行业标准.TB/T3307.1-2014，高速铁路道岔制造技术条件[S].2014. [3]杨强，林建辉，丁建明，等.基于二维激光位移传感器和遗传算法的钢轨磨耗动态检测系统[J].中国铁路，2012（06）：85-88. [4]王平，万方，李芳芳，赵宝华.高速铁路道岔设计理论与实践[M].西安交通大学出版社，2011，10. [5]孟佳，高曉蓉.钢轨磨耗检测技术的现状与发展铁道技术监督[J].2005（1）：34-35. [6]郑箭锋，董敏强，傅勤毅.钢轨轨头断面激光检测系统的研制[J].铁道技术监督，2006，36（10）：25-27. [7]魏世斌，李颖，赵延峰，等.GJ-6型轨道检测系统的设计与研制[J].铁道建筑，2012（02）：97-100. [8]华长权，寇东华，付石林，等.几种钢轨磨损检测方法和仪器的对比分析[J].中国铁路，2013（04）：67-70. [9]徐清霞.基于几何特征的钢轨磨耗检测算法研究[D].上海工程技术大学，2015. |
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