基于激光检测技术兼容大轴重转向架通用 正位检测台研究

谭兆海

（中国铁路兰州局集团有限公司，兰州 730000）

目前，国内外对交叉支撑装置转向架的正位检测，大部分为人工手动测量或单一类型转向架接触式测量。人工测量时，需将转向架放置在支撑工装上，采用量具进行测量。转向架本身尺寸较大，量具多为连接杆式结构[1]，组合工作较为复杂，测量工作至少需要两个人配合才能完成，测量耗时长，且测量数据受人为因素影响较大。同时，测量数据无法直接存储至数据库及铁路货车技术管理系统中，生产效率低下，检修质量很难得到保证。由于检测装置空间限制，检修维护工作很不方便，且无法兼容各型转向架，往往一个使用单位需要配置多台不同型号的正位检测台，占地空间较大，人员配备较多，资源浪费严重。

铁路货车转向架是车辆的关键部件之一，转向架交叉支撑装置是在原三大件式转向架的基础上，在两个侧架上增加一套交叉装置，这种交叉支撑装置通过4个弹性橡胶节点和侧架交叉支撑座连接，可以有效改善转向架的抗菱刚度，减少转向架的蛇形运动，提升转向架的蛇形失稳临界速度和直线运行稳定性[2]。

1 正位检测台整体结构及基础数据分析

转向架正位检测台是根据转K2、K6型、大轴重DZ型转向架结构，以及既有单一类型转向架接触式测量正位检测台样式，将原有检测装置进行改进使其能够兼容检测以上3种转向架的正位检测。

基于激光检测技术兼容大轴重转向架通用正位检测台和原有正位检测台结构形式相同，包括基座、正位检测头支撑部分、计算机测量系统、软件系统以及标定装置5个部分组成。

通过对转K2型、转K6型、大轴重DZ型转向架检测原理及位图重叠分析，影响正位检测装置结构的主要尺寸为导框长度、导框宽度、导框内侧面宽度、轴距以及跨距5个尺寸，对比见表1。其中跨距、导框长度与轴距尤为重要。

2 正位检测台主要部件结构及应用分析

2.1 转向架的定位分析

根据转向架正位检测原理，需进行正位检测的转向架，在检测前需要将转向架定位，即将待检测转向架一侧的侧架推靠在检测台的定位板上（正位检测台定位板结构见图1），然后经过传感器测量，计算出转向架对角线差与跨距差。经各型转向架结构分析，只有转K2的转向架定位面在侧架导框内部，其到侧架导框外铸造面距离为17 mm，定位板加工制作成不同层次定位面，实现兼容多种转向架的定位需求。跨距测量装置则通过在测头部位更换补偿测杆实现不同类型转向架的跨距方向测量。

2.2 轴距、导框重叠部分长度分析

通过对种3种转向架位图重叠轴距与导框长度的分析，导框内距公共重叠部分为184 mm，两侧预留5 mm，检测装置的外型尺寸可用空间为174 mm，经计算该尺寸与原转K2型检测装置相同，满足转K2型与转K6型两种转向架的测量要求[3]。

2.3 传感器量程选择分析

根据轴距、导框重叠部分长度分析检测装置的外型尺寸可用空间为174 mm，同时由图2可以看出，大轴重DZ型转向架导框测量基面距离正位检测台支撑装置最远距离，为120.5 mm，所以选择传感器量程为150 mm，完全满足3种转向架正位检测。

2.4 测量传感器选择分析

目前，测量位移的传感器分为接触式测量传感器和激光式非接触式测量传感器两种。根据轴距、导框重叠部分长度分析，其正位检测头支撑部分整体宽度为174 mm，如果采用接触式位移传感器进行测量，需安装驱动气缸，由于气缸行程加上气缸本体长度，无法满足结构尺寸要求。

如果考虑将测量及驱动机构不放置检测头支撑内部，现有传感器的测量精度为±0.2%F.S.，按照150 mm 量程计算，其实际精度为150×0.002=0.3 mm。《简明检验工手册》中规定，测量精度应为被测工件公差的1/10；《铁路货车段修规程》中要求，转向架正位检测台上进行正位状态检测，4个导框中心的对角线长度之差不大于5 mm，即测量精度需小于0.5 mm。按照以上要求传感器的测量精度满足应用，但机构外移势必将机械结构变得复杂，测量头在测量过程中形变量将会加大，重复误差以及长时间使用造成的磨损，将直接导致测量精度大于0.5 mm，从而影响实际测量结果，使得产品的合格率下降，因此不建议采用接触式测量方式。

采用激光非接触式传感器测量，其外形尺寸如图3所示，其宽度为25 mm，含连接线插头也不会大于50 mm，完全可以放入正位检测头支撑部分内部，且不需要气缸以及检测头等外属配件即可完成测量，其测量精度0.3 mm也完全满足检测要求，而且目前激光非接触式位移传感器的普及，其价格也已经接近普通接触式位移传感器，同时省略了复杂的机械机构，其优势显而易见，建议采用该种模式[4]。

2.5 检测装置结构分析

由于采用激光位移传感器，所有的机械测量机构将全部取消，只需要将激光位移传感器固定在正位检测头支撑部分的内部，同时在响应的激光测量位置开个孔洞即可，正位检测头支撑部分机械结构将变得非常简单，同时增加了支撑的整体强度[5]，具体样式如图4所示。

2.6 计算机检测系统及软件系统分析

计算机采用目前主流工控机配置，液晶显示器与主机分体设计，利于系统升级与维护；数据采集板卡采用16位PCI总线采集卡，可以有效满足高精度传感器要求。软件操作系统采用Windows7系统，数据库选用Access数据库。

3 解决的主要技术难题

基于激光检测技术兼容大轴重转向架通用正位检测台解决了以下技术难题：1）实现一机多能，能够兼容完成转K2型、转K6型、大轴重DZ型3种转向架正位检测；2）能够在转K2型或转K6型转向架正位检测台的基础上进行兼容性改造；3）软件统一，更新升级方便，便于管理；4）新制或改造费用低，一次性投入少，维修方便；5）优化工艺布局，节省占地面积。

4 结语

该项目投入使用后，极大地提高了设备利用率，优化了工艺布局，节省了设备重复投资费用，提升了设备功能，在车辆新造、厂修、段修均可采用该方式对原有转K2型或转K6型正位检测台进行改造或直接采购基于激光检测技术兼容大轴重转向架通用正位检测台，实现一机多用的模式，有效降低设备的采购成本，节约50%～70%的费用，免去原有同一类设备多种型号维护的困难繁杂问题，有效缩短设备检测节拍、提高设备检修效率，具有很大的推广意义。