浅谈城市轨道交通数控不落轮镟床测量系统的结构及工作原理

金 宁

（兰州市轨道交通有限公司运营分公司，甘肃兰州730050）

1 不落轮镟床的功能

数控不落轮镟床是轨道交通车辆基地的配套设备。设备安置在车辆段不落轮镟轮库地面以下基坑中，机床的活动轨/固定轨与车间地面固定轨道相连接。通过遥控公铁两用车牵引地铁列车，使待镟修的车辆轮对运行到机床上，在地铁列车整列编组不解列、车下转向架轮对不落轮的条件下，对车辆单个轮对受损或擦伤的车轮踏面和轮缘进行镟削加工的设备。

2 不落轮镟床测量系统的结构及工作原理

不落轮镟床测量系统由测量探头、直径测量轮、测量盖板二部分组成。测量探头主要是测量轮对的径向跳动量、横向QR值、轴向偏差、轮缘厚度、轮缘高度；直径测量轮主要测量轮对直径；测量盖板主要用于保护测量探头及直径测量轮，避免镟修作业时铁屑进入测量盒对测量探头及直径测量轮造成损坏。测量系统的结构如图1、图2所示。

图1 测量系统结构图（俯视）

图2 测量系统结构图（侧视）

测量系统的驱动源为气动和电机。其中，测量探头的伸出和缩回动作由电机控制，直径测量轮的伸出缩回动作由气动控制，测量盖板的打开关闭动作由气动控制。测量系统的气动和电气控制结构图如图3所示。

图3 气动/电气控制结构图

2.1 测量盖板

测量盖板由盖板、盖板转轴组成。其驱动源为气动系统。控制方式为plc程序通过电信号控制电磁换向阀（二位五通双控）动作，控制气路的通断，实现测量盖板的打开与关闭。联锁保护方式为上下限位电磁传感器保护。

自动模式下，选择测量程序，plc程序通过电信号Q53.1控制电磁换向阀53Y1A线圈得电（如图4所示），阀芯向左侧移动（如图5所示），气路打开，在气动系统的驱动下，气源通过电磁换向阀、流量调节阀，推出测量盖板至打开位，触发上限位开关，给plc 反馈信号I37.5（如图6所示），直径测量轮及测量探头伸出进行参数测量，测量完成后，待直径测量轮缩回触发下限位传感器，测量探头回到标定原点（216.500）后，给plc信号，plc程序通过电信号Q53.2控制电磁换向阀53Y1A线圈失电，53Y1B线圈得电（如图4所示），阀芯向右侧移动（如图5所示），左边气路关闭，右边气路打开，关闭测量盖板，触发下限位开关，给plc反馈信号I37.6（如图6所示），执行下一步动作。电气-气路控制如图4所示，气路图如图5所示，电路图如图6所示。

图4 测量盖板电气-气路控制

图5 测量盖板电路图

图6 测量盖板电路图

手动操作模式下，无须选择测量程序，直接按下操作面板上的“测量盖板打开/关闭”按钮后，即可实现测量盖板的打开、关闭动作。

2.2 直径测量轮

直径测量轮由测量滚轮、安装基座组成，其驱动源为气动系统。控制方式为plc程序通过电信号控制电磁换向阀（二位五通单控）动作，实现直径测量轮的伸出与缩回动作。联锁保护方式为下限位传感器保护。其位移计数方式采用增量型编码器计数。即每转过单位角度发出一个脉冲信号（脉冲数1024），采用A相、B相、C相二相输出，其中A相、B相为相位差90°的脉冲输出，用于位移计数及判断电机的正反转，C相为单圈脉冲，即每转一圈发出一个脉冲，用于零位标记。电机旋转时，增量编码器的输出脉冲信号直接输入给PLC，利用PLC的高速计数器对其脉冲信号进行计数，以获得位移测量结果。

自动操作模式下，选择测量程序，测量系统首先对轮对直径进行测量，plc程序通过电信号Q53.3控制电磁换向阀53Y2A线圈得电（如图7所示），阀芯向左侧移动（如图8所示），气路打开，在气动系统的驱动下，气源依次通过电磁换向阀，减压阀，流量调节阀，再推出直径测量轮伸出测量盒，测量轮在初始位置时，编码器C相发出一个脉冲，用于零位标记，A相、B相依次发出脉冲，用于编码器计数，在电机旋转过程中，增量编码器的脉冲信号直接输入给plc，plc高速计数器完成计数并计算出测量轮的纵向位移。当测量轮接触到轮对时，气源压力稳定，测量滚轮随轮对一起转动，同时旋转传感器（如图9所示）计数，完成轮对的直径测量，测量完毕后，旋转传感器给plc信号，plc程序通过电信号Q53.3控制电磁换向阀53Y2A线圈失电（如图7所示），在弹簧弹力的作用下（如图8所示），控制电磁换向阀换向，阀芯向右侧移动（如图8所示），左边气路关闭，右边气路打开，直径测量轮缩回，触发下限位开关，给plc反馈信号I37.7（如图6所示），执行下一步动作。直径测量轮电气-气路如图7所示，气路图如图8所示，电路图如图9所示。

图7 直径测量轮电气-气路控制

图8 直径测量轮气路图

图9 直径测量轮电路图

手动操作模式下，无需选择测量程序，直接按下操作面板上的“测量轮上升/下降”按钮后，即可实现直径测量轮的伸出、缩回动作。

2.3 测量探头

测量探头由测量探针、连接螺钉、测量探头以及测量探头安装座组成。其驱动源为带有刹车制动的二相电机。联锁保护方式为编码器计数，plc程序通过判断其U轴坐标是否回到标定原点（216.500）的程序保护。其U轴位移计数方式采用绝对值型编码器计数。即编码器对应一圈，每个基准角度发出一个唯一与该角度对应二进制的数值，通过测量编码器角位移，得出测量探头的起始位置和终止位置，其位移差就是U轴上升/下降高度。

自动操作模式下，直径测量轮完成轮对直径测量收回测量盒后，43KA继电器启动 （如图11所示），43KA继电器辅助触点12断开，14吸合 （如图9所示），同时测头使能Q33.3加载，U轴在初始位置时，绝对值型编码器计数（标定原点），二相电机启动，带动丝杠上升，测量探头伸出测量盒，当测量探针接触到轮对时，测量探头传感器常开开关闭合，至终止位置，绝对值型编码器再次计数（终止坐标），通过测量编码器起始位置和终止位置的角位移，得出U轴上升高度，NCU数控单元计算出轮对测量参数，一次测量完成，PLC控制信号，电机反转，探针回落，轮对旋转，进行下一点的参数测量。电路图如图10、图11所示。

图10 探头电机

图11 探头传感器

手动操作模式下，无须选择测量程序，直接按下操作面板上的“U1/U2”按钮后，长按“-/+”，即可实现测量系统U轴的伸出、缩回动作。

3 结束语

地铁车辆段不落轮镟床是五大检修工艺设备之一，其具有较高的加工精度和测量精度，在日常的运用中，我们应当在对数控不落轮镟床进行全面了解的基础上，保证其作用得到良好的发挥。