一种钢轨平直度测量仪的研制

游彦辉，徐济松，高春雷，王发灯

（中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京　100081）



一种钢轨平直度测量仪的研制

游彦辉，徐济松，高春雷，王发灯

（中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京100081）

摘要研制了一种钢轨平直度测量仪，该设备采用高精度的电涡流位移传感器，可测量钢轨顶面和工作面的不平顺性，并可通过数据拟合得到长达2 m的钢轨的平顺度，为线路养护维修提供可靠的数据支撑。本文介绍该设备的测量原理、技术指标和软硬件设计。

关键词钢轨；平直度；测量仪

1　测量原理

钢轨平直度测量仪测量原理如图1所示，其采用固定的测量基长，轨顶面测量基准线为轨顶中线，侧面工作边的测量基准线则在钢轨内侧轨顶面以下16 mm处。测量时，舵机驱动测量模块由滑动导轨的一端走行至另一端。测量过程中，由脉冲编码器测量走行距离，位移传感器记录各测量点的位移偏差值，最终由上位机提供测量结果，并根据现场需要输出曲线波形。

图1　测量原理示意

通过1 m基长便携式钢轨平直度测量仪进行3次测量，即分别从0，0. 5，1. 0 m处进行测量，分别得到0～1 m，0. 5～1. 5 m，1～2 m这3段数据，对3段数据经过交叠计算，即可得到2 m长度钢轨的平直度数据。

2　平直度测量仪技术参数

①测量基准长度为1 000 mm；②拟合测量长度为2 000 mm；③线性误差为±0. 3％；④测量范围为+ 1. 5 ～- 2. 5 mm；⑤分辨率为0. 01 mm；⑥每次测量时间＜15 s；⑦电池持续测量次数为300次。

3　系统设计

该系统分为2个主要部分：测量尺身和掌上电脑。测量尺身是测量的主体，掌上电脑则用来操控测量仪并显示测量结果。

3. 1机械结构设计

钢轨平直度测量仪的结构见图2，主要由导轨、动力装置、测量单元以及定位装置组成。

图2　钢轨平直度测量仪结构

3. 2硬件设计

系统的硬件设计见图3。单片机对电涡流传感器的模拟量数据进行实时采集，并记录当前滑块所处的位置。单片机通过蓝牙模块与掌上电脑进行实时通讯。编码器用于测量传感器移动的位置，舵机则是用来带动电涡流传感器移动，限位开关用来限制舵机的转动，温度传感器用于对测量结果进行温度补偿。

图3　钢轨平直度测量仪硬件设计

3. 3软件设计

软件设计主要分2部分：单片机和掌上电脑。单片机用于执行掌上电脑的操控指令，并把测量结果发送到掌上电脑；掌上电脑用于分析、计算和显示测量结果，并可把测量结果输出到台式机。软件功能见图4。

图4　软件功能

4　试验验证

利用钢轨平直度测量仪对钢轨试验段轨顶面的平直度进行了多次测量，其测量结果对比见图5。

由图5可知，3次测量结果最大值偏差和最小值偏差均＜0. 02 mm，满足现场测量精度要求。

图5　测量结果对比

5　结语

在借鉴和吸收国内外同类产品的先进经验和先进技术的基础上，研制了便携式钢轨平直度测量仪。该产品特点：①利用高精度非接触式的电涡流传感器，显著降低了测量数据的非线性度，提高了测量精度。②采用掌上电脑进行测控，具有灵活便携、操作简单等优点。③采用三段法测量方法，对测量数据进行拟合后，可以得到2 m长钢轨的平直度，为控制钢轨焊接接头加工工艺和现场钢轨平直度评估提供了很好的测量方法。④能同时对钢轨顶面和侧面工作边进行平直度控制，显著降低了现场工作强度，减小了人为因素带来的测量误差。

参考文献

［1］徐济松.便携式钢轨表面短波不平顺测量仪的研制［R］.北京：中国铁道科学研究院，2010.

［2］孙桓，陈作模.机械原理［M］.北京：高等教育出版社，1995.

［3］吕恬生，沈乃勋.机械原理实验技术［M］.上海：上海科学技术文献出版社，1988.

［4］王振强.钢轨焊接接头平直度曲线分析及控制［J］.铁道技术监督，2012（9）：25-27.

［5］张丽波，李乾，傅勤毅.基于PDA的钢轨平直度检测仪的设计与实现［J］.铁路计算机应用，2010（5）：31-33.

［6］高彦嵩，晃俊才，张宪良，等.钢轨平直度电子测量仪应用比较［J］.设备管理与维修，2011（11）：21-23.

［7］张银花.中国高速铁路用钢轨的质量现状及分析［J］.钢铁，2011，46（12）：1-9.

［8］祁宝金.钢轨平直度测量仪的研制［J］.机械工程师，2006 （8）：115-117.

（责任审编李付军）

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

中图分类号U216. 65

文献标识码A

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

文章编号：1003-1995（2016）05-0152-02

收稿日期：2015-10-02；修回日期：2016-04-20

作者简介：游彦辉（1983—），男，助理研究员，硕士。