游彥輝，徐濟松，高春雷，王發(fā)燈

（中國鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所，北京　100081）

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一種鋼軌平直度測量儀的研制

游彥輝，徐濟松，高春雷，王發(fā)燈

（中國鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所，北京100081）

摘要研制了一種鋼軌平直度測量儀，該設(shè)備采用高精度的電渦流位移傳感器，可測量鋼軌頂面和工作面的不平順性，并可通過數(shù)據(jù)擬合得到長達(dá)2 m的鋼軌的平順度，為線路養(yǎng)護維修提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。本文介紹該設(shè)備的測量原理、技術(shù)指標(biāo)和軟硬件設(shè)計。

關(guān)鍵詞鋼軌；平直度；測量儀

1　測量原理

鋼軌平直度測量儀測量原理如圖1所示，其采用固定的測量基長，軌頂面測量基準(zhǔn)線為軌頂中線，側(cè)面工作邊的測量基準(zhǔn)線則在鋼軌內(nèi)側(cè)軌頂面以下16 mm處。測量時，舵機驅(qū)動測量模塊由滑動導(dǎo)軌的一端走行至另一端。測量過程中，由脈沖編碼器測量走行距離，位移傳感器記錄各測量點的位移偏差值，最終由上位機提供測量結(jié)果，并根據(jù)現(xiàn)場需要輸出曲線波形。

圖1　測量原理示意

通過1 m基長便攜式鋼軌平直度測量儀進(jìn)行3次測量，即分別從0，0. 5，1. 0 m處進(jìn)行測量，分別得到0～1 m，0. 5～1. 5 m，1～2 m這3段數(shù)據(jù)，對3段數(shù)據(jù)經(jīng)過交疊計算，即可得到2 m長度鋼軌的平直度數(shù)據(jù)。

2　平直度測量儀技術(shù)參數(shù)

①測量基準(zhǔn)長度為1 000 mm；②擬合測量長度為2 000 mm；③線性誤差為±0. 3％；④測量范圍為+ 1. 5 ～- 2. 5 mm；⑤分辨率為0. 01 mm；⑥每次測量時間＜15 s；⑦電池持續(xù)測量次數(shù)為300次。

3　系統(tǒng)設(shè)計

該系統(tǒng)分為2個主要部分：測量尺身和掌上電腦。測量尺身是測量的主體，掌上電腦則用來操控測量儀并顯示測量結(jié)果。

3. 1機械結(jié)構(gòu)設(shè)計

鋼軌平直度測量儀的結(jié)構(gòu)見圖2，主要由導(dǎo)軌、動力裝置、測量單元以及定位裝置組成。

圖2　鋼軌平直度測量儀結(jié)構(gòu)

3. 2硬件設(shè)計

系統(tǒng)的硬件設(shè)計見圖3。單片機對電渦流傳感器的模擬量數(shù)據(jù)進(jìn)行實時采集，并記錄當(dāng)前滑塊所處的位置。單片機通過藍(lán)牙模塊與掌上電腦進(jìn)行實時通訊。編碼器用于測量傳感器移動的位置，舵機則是用來帶動電渦流傳感器移動，限位開關(guān)用來限制舵機的轉(zhuǎn)動，溫度傳感器用于對測量結(jié)果進(jìn)行溫度補償。

圖3　鋼軌平直度測量儀硬件設(shè)計

3. 3軟件設(shè)計

軟件設(shè)計主要分2部分：單片機和掌上電腦。單片機用于執(zhí)行掌上電腦的操控指令，并把測量結(jié)果發(fā)送到掌上電腦；掌上電腦用于分析、計算和顯示測量結(jié)果，并可把測量結(jié)果輸出到臺式機。軟件功能見圖4。

圖4　軟件功能

4　試驗驗證

利用鋼軌平直度測量儀對鋼軌試驗段軌頂面的平直度進(jìn)行了多次測量，其測量結(jié)果對比見圖5。

由圖5可知，3次測量結(jié)果最大值偏差和最小值偏差均＜0. 02 mm，滿足現(xiàn)場測量精度要求。

圖5　測量結(jié)果對比

5　結(jié)語

在借鑒和吸收國內(nèi)外同類產(chǎn)品的先進(jìn)經(jīng)驗和先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，研制了便攜式鋼軌平直度測量儀。該產(chǎn)品特點：①利用高精度非接觸式的電渦流傳感器，顯著降低了測量數(shù)據(jù)的非線性度，提高了測量精度。②采用掌上電腦進(jìn)行測控，具有靈活便攜、操作簡單等優(yōu)點。③采用三段法測量方法，對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合后，可以得到2 m長鋼軌的平直度，為控制鋼軌焊接接頭加工工藝和現(xiàn)場鋼軌平直度評估提供了很好的測量方法。④能同時對鋼軌頂面和側(cè)面工作邊進(jìn)行平直度控制，顯著降低了現(xiàn)場工作強度，減小了人為因素帶來的測量誤差。

參考文獻(xiàn)

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（責(zé)任審編李付軍）

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

中圖分類號U216. 65

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

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

文章編號：1003-1995（2016）05-0152-02

收稿日期：2015-10-02；修回日期：2016-04-20

作者簡介：游彥輝（1983—），男，助理研究員，碩士。