便捷式轨道检测小车结构研究设计

黄勤芳，黄丹华，吴宝睿

（1.广西职业技术学院，广西 南宁530023；2.广西沿海铁路股份有限公司，广西 南宁535000）



便捷式轨道检测小车结构研究设计

黄勤芳1，黄丹华2，吴宝睿2

（1.广西职业技术学院，广西 南宁530023；2.广西沿海铁路股份有限公司，广西 南宁535000）

摘 要：以铁路轨道轨距检测装备为研究对象，通过分析常用轨距尺特点及现有检测技术及检测标准，拟定检测技术方案，分析研究设计一种便捷式轨道检测小车。

关键词：轨道检测；便捷；机架

我国幅员辽阔、内陆深广、人口众多，资源分布及工业布局不平衡，大量的长距离物资运输和中长途旅客运输主要由铁路承担。铁路是国家的重要基础设施，是大众化交通工具，是国家经济流通的大动脉。目前，中国铁路用占世界6%的营业里程，换算密度为世界平均水平的4倍，是世界上最繁忙的铁路［1］。铁路运输的高速发展，促使其正常运行需要更严格的日常检测与维护来保证。轨道几何状态检测内容包括轨距、水平、高低、轨向等，其几何状态的质量影响铁路运输的运行安全。

本文中，提出研制一种高效、便捷、准确的轨道检测小车，以满足铁路轨道日常巡检及临时维修维护提供依据。

1　便捷式轨道小车研制的必要性及可行性

正在实施的铁道检测与维修可分为日常巡检、临时补修和综合维修等阶段。其中，日常巡检是基础，其对铁路轨道几何体状态的监控非常重要，日常巡检能便捷、真实、准确、高效地检测轨道的轨距、水平、超高等几何状态指标，一方面可以判定轨道结构是否处于合理状态及铁路运输是否能安全运行，另一方面也为判定铁路轨道临时维修和维护提供依据。

1.1现有的检测标准轨距尺效率低

目前最常用铁路轨道检测是轨距尺，其是一种窄轨轨道检测装置［1］，是用于测量铁路线两股钢轨间的轨距、水平度以及超高等的专用计量器具。其结构由尺身、标度尺及尺身上的游标框组成。尺身为双工形型材结构，呈方管形，在型材上下两边外沿带有向外延伸，在外沿内侧开有槽口，将其不锈钢标度尺插入在槽口内，然后在其端头用销钉固定，尺身中间装有游框，游框上固定有副尺和侧板，侧板上固定有调整螺栓，尺身端头装有十字板和测头，整个轨距尺呈丁字形结构。

国标规定轨距尺为强检器具，检定周期为三个月，轨距尺的检定工作中，最费时、费力的工作主要集中在对机械刻线机构的维修和更换，包括测头磨损超标的更换、轨距刻度尺刻线、度轮盘刻线、放大镜变模糊的处理，度轮盘机械转动不灵活的修理，水准泡零位正确性的调整等。其检测时，需注意如下事项：

（1）使用轨距尺时，必须调节度轮盘、对准水准泡零位、看超高刻度，再从放大镜刻线正上方看轨距刻度。

（2）使用时，严禁生拉硬拽，防止碰坏轨距尺的两个测头，减少测量时带来的误差。

（3）要爱护好轨距尺上的刻度盘，一旦损坏将无法使用。

（4）使用后要及时上交，进行保管，及时轻擦轨距尺上的污迹。

从上述分析可知，标准轨距尺受人为因素影响较大，效率低，工作强度大等等。

1.2标准轨距检定尺新标准

资料研究表明，早期的铁路轨道检测仪的研究技术，提供了一种用数字显示轨道轨距水平、超高和道岔几何尺寸等项技术指标，超限能自动报警的铁路轨距尺，该轨距尺由轨距检测机构、水平检测机构和尺三部分组成，轨距检测机构由固定量块、活动量块、操作手柄、传动杆、A/D转换器和数字显示器容栅式传感器和轨距指示灯组成。水平检测机构由水平传感器三角滑块、水平表示灯、手柄和水平杆组成。尺身由主尺杆、绝缘套和垫块组成。其提供了一种高效率、不受人为因素限制的轨距检测技术。

JJG219-2008《标准轨距铁路轨距尺》（新规程）中，进一步补充和修改了轨距检定尺计量检定项目和检定方法。新规程中，对数显轨距尺“有显示时间，测量重复性”等检测项目，其显示时间是指数显轨距活动测头自停止机械运动至稳定显示测量结果的时间，要求显示不小于2 s.

由上述得出，带数字显示的轨距尺在创新应用技术及计量标准上有了突破，但仍未打开推广应用局面。主要原因仍无法实现操作简单，便于捷带，且存在测量数据显示时间不保时等问题。

2　铁路轨道小车的设计思路

由前述分析可知，可在数字显示轨距尺的技术基础上，结合目前国内外轨距小车的应用特性，设计一种便捷式的轨道小车，该轨道小车的检测技术以电子传感技术为检测体系。其传感器检测体用系另文研究。本文主要研究设计联接传感器及数据处理据并进行铁路轨道几何状态检测的机架部分，该机架相当于一部推行小车，主体部分为含车身主梁，检测轮、安装数据处理器的升降机构等。其具有测量简便，测量范围满足标准规定，重量轻，捷带方便，便于拆装，装配质量可靠稳定等功能。

2.1测量范围及测量精度应满足标准规定

（1）轨道小车的测量标准。轨距、水平测量范围［7］（轨距：1 340～1 470 mm、水平±250 mm）大于国内同类项目的产品。能够检测目前所有检测仪不能解决的道岔检测，可检测道岔的查照间隔（辙叉心作用面至护轨头部外测的距离，不得小于1 391 mm），护背距离（辙叉心作用面至护轨头部外侧的距离，不得大于1 348 mm），校准精度达到1/1 500以上，现场检测精度满足TB/T3147-2007《中华人民共和国铁道行业标准》规定。

（2）轨道小车的测量参数。轨道小车需检测的几何参数有：直道轨距1 435 mm如图1所示，岔道护轨作用边至心轨作用边的查照间隔1 391+3（允许0 ～+3正误差）如图2所示；岔道护轨作用边至翼轨作用边的查照间隔1 348～-2（允许0～2负误差）如图2所示，水平如图1所示。

图1　铁路轨距

图2　岔道轨距1391，1348

2.2小车部件材料满足质量轻力学性能好的要求

（1）车身材料应具有强度好，质量轻，机械性能稳定，不容易变形等特点。铁路轨道检测工作环境多为野外作业，交通运输不便，日常检修作业需要人力捷带检测小车，因此，该检测小车整体质量要轻巧；检测小车是精密设备，精度要求较高，在检定周期内，其检测精度误差小，因此机架部分机械性能要求稳定性高，材料机械性能好。

（2）轨道测轮材料应具有机械稳定性好，耐磨，不导电等特点。轨距测轮和水平测轮是重要的检测部件，检测周期内保持尺寸稳定才能确保检测精度准确，故要求测轮机械性能稳定，耐磨；铁路轨道本身有电路，轨道电路是列车运行信息的通道，轨道检测小车的测轮直接跟轨道接触，为了不响检测效果，测轮应该具有耐磨，绝缘的功能。

（3）小车各部件结构应该具有制造工艺简单，易于实施，维护调试方便。目前国内国外同类产品价格贵，维护周期长，维护成本高，除其检测技术技术含量高外，机架部分的结构工艺性差，制造成本高也是原因之一。在具体应用中，部件间的装配互换性差，配件制造难度大，造价昂贵，更换周期长，维护成本高，设备维护等待配件周期长达1-2个月甚至半年，先进检测仪的没有了推广优越性。

所设计的小车部件结构应考虑所选材料加工性能好，结构加工工艺性好，部件互换性能好，装配质量稳定性好，可实现快速调整和互换等。

2.3应满足收放容易，便于捷带的功能

铁路轨道检测作业场所为野地作业，普通交通受限，因此本设计的检测仪搬运过程为人工提捷。正常作业中，作业组为俩人一组。野外作业捷带工具不方便俩人扛抬。而单人扛抬的合理重量不超过20kg.具体设计中，可考虑数电脑安装升降台满足搬运时快速拆下，使用时快速安装的结构，且有升降调节功能；推手可多角度旋转，利于推行和搬运等。

3　轨道检测小车的设计方案

3.1小车材料选用

常用的机械部件材料有钢材、铝合金，铜合金等。根据上述分析，所选材料要求具备力学性能、加工工艺性好质量轻、方便加工制造的功能。故选密度较低的铝合金（铝合金密度≈2.75 g/cm3，钢的密度≈7.8 g/cm3，铜合金的密度≈8.9 g/cm3）。而检测小车属于测量工具，构件材料力学性能要求较高。故可以考虑采用7075-T6.

3.2测轮材料选用

前述分析得知，测轮需要用具有耐磨，绝缘的特性的材料，查阅相关资料，用于制作构件的材料中，一般有PPS、尼龙46、尼龙66及ABS.这些材料均具有绝缘功能，可用于制作齿轮等，其性能如下：

聚醚酮（PEEK）：在高温具有较好性能，化学腐蚀性和极强的机械应力，同时本身具有一定的阻燃性和难燃性。

聚苯硫醚（PPS）：具有耐高温性、化学性能和抗疲劳性、在2300仍有较好的尺寸稳定性。

尼龙聚酰胺PA（46、66）：尼龙的摩擦系数较低、耐化学性和良好的电性能，具有卓越的机械性能和耐磨性。

分析决定，可采用增强尼龙66来制作测轮，保证其绝缘耐磨特性等。

3.3结构方案分析设计

所设计的轨道小车，是一部利用传感技术检测轨道轨距、水平、超高的检测设备，是铁路轨道日常检测作业用的设备。工作是两人一组协助作业，工作环境和交通运输条件受限，需人工携带轨道小车，数据数理器（电脑）等检测设备到待检测的轨道上进行作业。

3.4轨道小车结构方案及特点

根据图1、2所检测参数，轨道小车结构方案设计如图3所示，由主梁，左右行走轮部件、左右轨距轮部件、推手部件、测轨距部件、电脑升降台部件，抓手部件等组成。

图3　轨道小车结构示意图

3.4.1技术要求

（1）各部件按要求组装好后再总装，并按各部装图要求检测组装质量。合格后才能总装。

（2）组装好后，一是，按图示要求检测左右走行轮最低母线到轮中心高。二是，抓放抓手，检测测杆的收缩情况，保证行走直线度不超过0.10，可通过轨道滑座的调整螺钉进行微调；以保证测量1435、1448、1391轨距的有效性。三是，组装好后，需要平台上调试，找准水平传感器和轨距传感器的0点位置，同时要检测拉簧收缩的灵活性，用于检测拉簧有效工作（拉簧有效工作是保证检测数据的前提之一）。四是，外观需经过喷塑处理：颜色为H68桔黄色。

3.4.2轨道小车结构方案有如下特点

（1）质量轻，便于捷带。本便捷式轨道检测仪包含如图1所示的十大部件，不包含电脑在内总共重量19 kg，适合一个人提捷。其中，推手部件可以收缩并调节角度，携带收入放在主梁部件Ⅲ上，测量时，调节到合适的角度和长度当推手用，方便工作；携带时，取下电脑，降丰电脑升降台，以方便携带；工作时，调节好电脑升降台高度，装上电脑、接上连接水平传感器和轨距传感器的数据线，就可以进行工作。

（2）方便检测。检测仪行走在铁路轨道上，一次可以同时检测轨面水面，直道轨距1435岔点1391、翼点1348轨距等多个参数。其中左右行走轮负责检测铁路轨道水平参数，左右轨距测负责检测铁路轨道轨距1435、1391、1348参数。

左右行走轮内装有水平传感器的感应器，左右行走轮在铁路轨面上行走时，轨面水平误差可以直接感应并在水平传感器显示屏上显示，其测量误差为±0.20.

铁路轨道轨距误差，通过左右轨距轮测量。直道轨距1 435 mm的轨距用左右1435轨距测轮外侧检测；检测岔道轨距1391、翼轨轨距1348，通过收紧抓手，通过轨距测量部件拉动左活动91.48轨距测轮，用其内测检测；当直道轨距1 435、岔道轨距距离1 391、翼轨轨距距离1 348有误差时，左活动轨距轮就会移动，移动量也就是轨距变动量将在轨距传感器上显示。

（3）制造工艺简单，成本低。小车机构如主梁、走行梁、推手部件、升降台部件材料是铝合金，加工工艺性好，加工成本低，小车机架主体材料及加工成本为1万元；传感器部件约2 000元，电脑（数据处理器）2万元，总成本为3.2～4万元。比国内外同类产品价格低5-6倍。其维修维护速度快，成本也低。

4　结束语

本文中，所研究设计的便捷式轨道检测仪，其成本低，便于捷带、维护方便，非常适合推广应用。但由于轨道检测仪是强检仪器，必须按相关标准对其进行定期检定。为实现对轨道检测仪的定期检定，使其使用合法化，必须有的配套规程及工具：

（1）设计与制造标准检定台；

（2）便捷式轨道检测仪的定期检定行业标准；

（3）便捷式轨道检测仪操作规程。

其中，（1）（3）点可由研究小组成员来完成，同时，定期检定行业标准则由行业标准局来制定。

推动行业标准局制定行业标准是便捷式轨道检测仪推广应用的最大难点，力求在今后的工作中寻求合适的途径，尽快合法推广应用便捷式轨道检测仪。

参考文献：

［1］刘峡.浅谈轨距尺的使用和检定［J］.铁路技术监督，2010，38（6）：32-33.

［2］五灵之.铁路设备关键零部件的可靠性分析模型及其应用研究［J］.铁道学报，2008，（8）：41-44.

［3］TB/T3147-2007，中华人民共和国铁路行业标准.铁路轨道检查仪［S］.

Research and Design of the Structure of the Convenient Rail Detecting Car

HUANG Qin-fang1，HUANG Dan-hua2，WU Bao-rui2
（1.Guangxi Vocational and Technical College，Nanning Guangxi 530023，China；2.Guangxi coastal railway Limited by Share Ltd，Nanning Guangxi 535000，China）

Abstract：In this paper，with the railway track gauge inspection equipment as the research object，analysis of common gauge characteristics and the existing detection technology and testing standards，the plan detection technology，design and analysis of a portable track inspection car.

Key words：track inspection；convenient；frame

中图分类号：TH122

文献标识码：A

文章编号：1672-545X（2016）03-0056-03

收稿日期：2015-12-04

作者简介：黄勤芳（1972-），女，广西南宁人，工程师，讲师，硕士研究生，研究方向：机械制造与自动化；黄丹华（1973-），女，广西钦州人，工程师，本科，研究方向：铁路交通运输工程；吴宝睿（1974-），男，广西钦州人，总工程师，高级工程师，本科，研究方向：铁路交通运输工程。