黃勤芳，黃丹華，吳寶睿

（1.廣西職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧530023；2.廣西沿海鐵路股份有限公司，廣西 南寧535000）

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便捷式軌道檢測(cè)小車結(jié)構(gòu)研究設(shè)計(jì)

黃勤芳1，黃丹華2，吳寶睿2

（1.廣西職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧530023；2.廣西沿海鐵路股份有限公司，廣西 南寧535000）

摘 要：以鐵路軌道軌距檢測(cè)裝備為研究對(duì)象，通過(guò)分析常用軌距尺特點(diǎn)及現(xiàn)有檢測(cè)技術(shù)及檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，擬定檢測(cè)技術(shù)方案，分析研究設(shè)計(jì)一種便捷式軌道檢測(cè)小車。

關(guān)鍵詞：軌道檢測(cè)；便捷；機(jī)架

我國(guó)幅員遼闊、內(nèi)陸深廣、人口眾多，資源分布及工業(yè)布局不平衡，大量的長(zhǎng)距離物資運(yùn)輸和中長(zhǎng)途旅客運(yùn)輸主要由鐵路承擔(dān)。鐵路是國(guó)家的重要基礎(chǔ)設(shè)施，是大眾化交通工具，是國(guó)家經(jīng)濟(jì)流通的大動(dòng)脈。目前，中國(guó)鐵路用占世界6%的營(yíng)業(yè)里程，換算密度為世界平均水平的4倍，是世界上最繁忙的鐵路［1］。鐵路運(yùn)輸?shù)母咚侔l(fā)展，促使其正常運(yùn)行需要更嚴(yán)格的日常檢測(cè)與維護(hù)來(lái)保證。軌道幾何狀態(tài)檢測(cè)內(nèi)容包括軌距、水平、高低、軌向等，其幾何狀態(tài)的質(zhì)量影響鐵路運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)行安全。

本文中，提出研制一種高效、便捷、準(zhǔn)確的軌道檢測(cè)小車，以滿足鐵路軌道日常巡檢及臨時(shí)維修維護(hù)提供依據(jù)。

1　便捷式軌道小車研制的必要性及可行性

正在實(shí)施的鐵道檢測(cè)與維修可分為日常巡檢、臨時(shí)補(bǔ)修和綜合維修等階段。其中，日常巡檢是基礎(chǔ)，其對(duì)鐵路軌道幾何體狀態(tài)的監(jiān)控非常重要，日常巡檢能便捷、真實(shí)、準(zhǔn)確、高效地檢測(cè)軌道的軌距、水平、超高等幾何狀態(tài)指標(biāo)，一方面可以判定軌道結(jié)構(gòu)是否處于合理狀態(tài)及鐵路運(yùn)輸是否能安全運(yùn)行，另一方面也為判定鐵路軌道臨時(shí)維修和維護(hù)提供依據(jù)。

1.1現(xiàn)有的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)軌距尺效率低

目前最常用鐵路軌道檢測(cè)是軌距尺，其是一種窄軌軌道檢測(cè)裝置［1］，是用于測(cè)量鐵路線兩股鋼軌間的軌距、水平度以及超高等的專用計(jì)量器具。其結(jié)構(gòu)由尺身、標(biāo)度尺及尺身上的游標(biāo)框組成。尺身為雙工形型材結(jié)構(gòu)，呈方管形，在型材上下兩邊外沿帶有向外延伸，在外沿內(nèi)側(cè)開(kāi)有槽口，將其不銹鋼標(biāo)度尺插入在槽口內(nèi)，然后在其端頭用銷釘固定，尺身中間裝有游框，游框上固定有副尺和側(cè)板，側(cè)板上固定有調(diào)整螺栓，尺身端頭裝有十字板和測(cè)頭，整個(gè)軌距尺呈丁字形結(jié)構(gòu)。

國(guó)標(biāo)規(guī)定軌距尺為強(qiáng)檢器具，檢定周期為三個(gè)月，軌距尺的檢定工作中，最費(fèi)時(shí)、費(fèi)力的工作主要集中在對(duì)機(jī)械刻線機(jī)構(gòu)的維修和更換，包括測(cè)頭磨損超標(biāo)的更換、軌距刻度尺刻線、度輪盤(pán)刻線、放大鏡變模糊的處理，度輪盤(pán)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活的修理，水準(zhǔn)泡零位正確性的調(diào)整等。其檢測(cè)時(shí)，需注意如下事項(xiàng)：

（1）使用軌距尺時(shí)，必須調(diào)節(jié)度輪盤(pán)、對(duì)準(zhǔn)水準(zhǔn)泡零位、看超高刻度，再?gòu)姆糯箸R刻線正上方看軌距刻度。

（2）使用時(shí)，嚴(yán)禁生拉硬拽，防止碰壞軌距尺的兩個(gè)測(cè)頭，減少測(cè)量時(shí)帶來(lái)的誤差。

（3）要愛(ài)護(hù)好軌距尺上的刻度盤(pán)，一旦損壞將無(wú)法使用。

（4）使用后要及時(shí)上交，進(jìn)行保管，及時(shí)輕擦軌距尺上的污跡。

從上述分析可知，標(biāo)準(zhǔn)軌距尺受人為因素影響較大，效率低，工作強(qiáng)度大等等。

1.2標(biāo)準(zhǔn)軌距檢定尺新標(biāo)準(zhǔn)

資料研究表明，早期的鐵路軌道檢測(cè)儀的研究技術(shù)，提供了一種用數(shù)字顯示軌道軌距水平、超高和道岔幾何尺寸等項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，超限能自動(dòng)報(bào)警的鐵路軌距尺，該軌距尺由軌距檢測(cè)機(jī)構(gòu)、水平檢測(cè)機(jī)構(gòu)和尺三部分組成，軌距檢測(cè)機(jī)構(gòu)由固定量塊、活動(dòng)量塊、操作手柄、傳動(dòng)桿、A/D轉(zhuǎn)換器和數(shù)字顯示器容柵式傳感器和軌距指示燈組成。水平檢測(cè)機(jī)構(gòu)由水平傳感器三角滑塊、水平表示燈、手柄和水平桿組成。尺身由主尺桿、絕緣套和墊塊組成。其提供了一種高效率、不受人為因素限制的軌距檢測(cè)技術(shù)。

JJG219-2008《標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路軌距尺》（新規(guī)程）中，進(jìn)一步補(bǔ)充和修改了軌距檢定尺計(jì)量檢定項(xiàng)目和檢定方法。新規(guī)程中，對(duì)數(shù)顯軌距尺“有顯示時(shí)間，測(cè)量重復(fù)性”等檢測(cè)項(xiàng)目，其顯示時(shí)間是指數(shù)顯軌距活動(dòng)測(cè)頭自停止機(jī)械運(yùn)動(dòng)至穩(wěn)定顯示測(cè)量結(jié)果的時(shí)間，要求顯示不小于2 s.

由上述得出，帶數(shù)字顯示的軌距尺在創(chuàng)新應(yīng)用技術(shù)及計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)上有了突破，但仍未打開(kāi)推廣應(yīng)用局面。主要原因仍無(wú)法實(shí)現(xiàn)操作簡(jiǎn)單，便于捷帶，且存在測(cè)量數(shù)據(jù)顯示時(shí)間不保時(shí)等問(wèn)題。

2　鐵路軌道小車的設(shè)計(jì)思路

由前述分析可知，可在數(shù)字顯示軌距尺的技術(shù)基礎(chǔ)上，結(jié)合目前國(guó)內(nèi)外軌距小車的應(yīng)用特性，設(shè)計(jì)一種便捷式的軌道小車，該軌道小車的檢測(cè)技術(shù)以電子傳感技術(shù)為檢測(cè)體系。其傳感器檢測(cè)體用系另文研究。本文主要研究設(shè)計(jì)聯(lián)接傳感器及數(shù)據(jù)處理?yè)?jù)并進(jìn)行鐵路軌道幾何狀態(tài)檢測(cè)的機(jī)架部分，該機(jī)架相當(dāng)于一部推行小車，主體部分為含車身主梁，檢測(cè)輪、安裝數(shù)據(jù)處理器的升降機(jī)構(gòu)等。其具有測(cè)量簡(jiǎn)便，測(cè)量范圍滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，重量輕，捷帶方便，便于拆裝，裝配質(zhì)量可靠穩(wěn)定等功能。

2.1測(cè)量范圍及測(cè)量精度應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定

（1）軌道小車的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。軌距、水平測(cè)量范圍［7］（軌距：1 340～1 470 mm、水平±250 mm）大于國(guó)內(nèi)同類項(xiàng)目的產(chǎn)品。能夠檢測(cè)目前所有檢測(cè)儀不能解決的道岔檢測(cè)，可檢測(cè)道岔的查照間隔（轍叉心作用面至護(hù)軌頭部外測(cè)的距離，不得小于1 391 mm），護(hù)背距離（轍叉心作用面至護(hù)軌頭部外側(cè)的距離，不得大于1 348 mm），校準(zhǔn)精度達(dá)到1/1 500以上，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)精度滿足TB/T3147-2007《中華人民共和國(guó)鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定。

（2）軌道小車的測(cè)量參數(shù)。軌道小車需檢測(cè)的幾何參數(shù)有：直道軌距1 435 mm如圖1所示，岔道護(hù)軌作用邊至心軌作用邊的查照間隔1 391+3（允許0 ～+3正誤差）如圖2所示；岔道護(hù)軌作用邊至翼軌作用邊的查照間隔1 348～-2（允許0～2負(fù)誤差）如圖2所示，水平如圖1所示。

圖1　鐵路軌距

圖2　岔道軌距1391，1348

2.2小車部件材料滿足質(zhì)量輕力學(xué)性能好的要求

（1）車身材料應(yīng)具有強(qiáng)度好，質(zhì)量輕，機(jī)械性能穩(wěn)定，不容易變形等特點(diǎn)。鐵路軌道檢測(cè)工作環(huán)境多為野外作業(yè)，交通運(yùn)輸不便，日常檢修作業(yè)需要人力捷帶檢測(cè)小車，因此，該檢測(cè)小車整體質(zhì)量要輕巧；檢測(cè)小車是精密設(shè)備，精度要求較高，在檢定周期內(nèi)，其檢測(cè)精度誤差小，因此機(jī)架部分機(jī)械性能要求穩(wěn)定性高，材料機(jī)械性能好。

（2）軌道測(cè)輪材料應(yīng)具有機(jī)械穩(wěn)定性好，耐磨，不導(dǎo)電等特點(diǎn)。軌距測(cè)輪和水平測(cè)輪是重要的檢測(cè)部件，檢測(cè)周期內(nèi)保持尺寸穩(wěn)定才能確保檢測(cè)精度準(zhǔn)確，故要求測(cè)輪機(jī)械性能穩(wěn)定，耐磨；鐵路軌道本身有電路，軌道電路是列車運(yùn)行信息的通道，軌道檢測(cè)小車的測(cè)輪直接跟軌道接觸，為了不響檢測(cè)效果，測(cè)輪應(yīng)該具有耐磨，絕緣的功能。

（3）小車各部件結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有制造工藝簡(jiǎn)單，易于實(shí)施，維護(hù)調(diào)試方便。目前國(guó)內(nèi)國(guó)外同類產(chǎn)品價(jià)格貴，維護(hù)周期長(zhǎng)，維護(hù)成本高，除其檢測(cè)技術(shù)技術(shù)含量高外，機(jī)架部分的結(jié)構(gòu)工藝性差，制造成本高也是原因之一。在具體應(yīng)用中，部件間的裝配互換性差，配件制造難度大，造價(jià)昂貴，更換周期長(zhǎng)，維護(hù)成本高，設(shè)備維護(hù)等待配件周期長(zhǎng)達(dá)1-2個(gè)月甚至半年，先進(jìn)檢測(cè)儀的沒(méi)有了推廣優(yōu)越性。

所設(shè)計(jì)的小車部件結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮所選材料加工性能好，結(jié)構(gòu)加工工藝性好，部件互換性能好，裝配質(zhì)量穩(wěn)定性好，可實(shí)現(xiàn)快速調(diào)整和互換等。

2.3應(yīng)滿足收放容易，便于捷帶的功能

鐵路軌道檢測(cè)作業(yè)場(chǎng)所為野地作業(yè)，普通交通受限，因此本設(shè)計(jì)的檢測(cè)儀搬運(yùn)過(guò)程為人工提捷。正常作業(yè)中，作業(yè)組為倆人一組。野外作業(yè)捷帶工具不方便倆人扛抬。而單人扛抬的合理重量不超過(guò)20kg.具體設(shè)計(jì)中，可考慮數(shù)電腦安裝升降臺(tái)滿足搬運(yùn)時(shí)快速拆下，使用時(shí)快速安裝的結(jié)構(gòu)，且有升降調(diào)節(jié)功能；推手可多角度旋轉(zhuǎn)，利于推行和搬運(yùn)等。

3　軌道檢測(cè)小車的設(shè)計(jì)方案

3.1小車材料選用

常用的機(jī)械部件材料有鋼材、鋁合金，銅合金等。根據(jù)上述分析，所選材料要求具備力學(xué)性能、加工工藝性好質(zhì)量輕、方便加工制造的功能。故選密度較低的鋁合金（鋁合金密度≈2.75 g/cm3，鋼的密度≈7.8 g/cm3，銅合金的密度≈8.9 g/cm3）。而檢測(cè)小車屬于測(cè)量工具，構(gòu)件材料力學(xué)性能要求較高。故可以考慮采用7075-T6.

3.2測(cè)輪材料選用

前述分析得知，測(cè)輪需要用具有耐磨，絕緣的特性的材料，查閱相關(guān)資料，用于制作構(gòu)件的材料中，一般有PPS、尼龍46、尼龍66及ABS.這些材料均具有絕緣功能，可用于制作齒輪等，其性能如下：

聚醚酮（PEEK）：在高溫具有較好性能，化學(xué)腐蝕性和極強(qiáng)的機(jī)械應(yīng)力，同時(shí)本身具有一定的阻燃性和難燃性。

聚苯硫醚（PPS）：具有耐高溫性、化學(xué)性能和抗疲勞性、在2300仍有較好的尺寸穩(wěn)定性。

尼龍聚酰胺PA（46、66）：尼龍的摩擦系數(shù)較低、耐化學(xué)性和良好的電性能，具有卓越的機(jī)械性能和耐磨性。

分析決定，可采用增強(qiáng)尼龍66來(lái)制作測(cè)輪，保證其絕緣耐磨特性等。

3.3結(jié)構(gòu)方案分析設(shè)計(jì)

所設(shè)計(jì)的軌道小車，是一部利用傳感技術(shù)檢測(cè)軌道軌距、水平、超高的檢測(cè)設(shè)備，是鐵路軌道日常檢測(cè)作業(yè)用的設(shè)備。工作是兩人一組協(xié)助作業(yè)，工作環(huán)境和交通運(yùn)輸條件受限，需人工攜帶軌道小車，數(shù)據(jù)數(shù)理器（電腦）等檢測(cè)設(shè)備到待檢測(cè)的軌道上進(jìn)行作業(yè)。

3.4軌道小車結(jié)構(gòu)方案及特點(diǎn)

根據(jù)圖1、2所檢測(cè)參數(shù)，軌道小車結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)如圖3所示，由主梁，左右行走輪部件、左右軌距輪部件、推手部件、測(cè)軌距部件、電腦升降臺(tái)部件，抓手部件等組成。

圖3　軌道小車結(jié)構(gòu)示意圖

3.4.1技術(shù)要求

（1）各部件按要求組裝好后再總裝，并按各部裝圖要求檢測(cè)組裝質(zhì)量。合格后才能總裝。

（2）組裝好后，一是，按圖示要求檢測(cè)左右走行輪最低母線到輪中心高。二是，抓放抓手，檢測(cè)測(cè)桿的收縮情況，保證行走直線度不超過(guò)0.10，可通過(guò)軌道滑座的調(diào)整螺釘進(jìn)行微調(diào)；以保證測(cè)量1435、1448、1391軌距的有效性。三是，組裝好后，需要平臺(tái)上調(diào)試，找準(zhǔn)水平傳感器和軌距傳感器的0點(diǎn)位置，同時(shí)要檢測(cè)拉簧收縮的靈活性，用于檢測(cè)拉簧有效工作（拉簧有效工作是保證檢測(cè)數(shù)據(jù)的前提之一）。四是，外觀需經(jīng)過(guò)噴塑處理：顏色為H68桔黃色。

3.4.2軌道小車結(jié)構(gòu)方案有如下特點(diǎn)

（1）質(zhì)量輕，便于捷帶。本便捷式軌道檢測(cè)儀包含如圖1所示的十大部件，不包含電腦在內(nèi)總共重量19 kg，適合一個(gè)人提捷。其中，推手部件可以收縮并調(diào)節(jié)角度，攜帶收入放在主梁部件Ⅲ上，測(cè)量時(shí)，調(diào)節(jié)到合適的角度和長(zhǎng)度當(dāng)推手用，方便工作；攜帶時(shí)，取下電腦，降豐電腦升降臺(tái)，以方便攜帶；工作時(shí)，調(diào)節(jié)好電腦升降臺(tái)高度，裝上電腦、接上連接水平傳感器和軌距傳感器的數(shù)據(jù)線，就可以進(jìn)行工作。

（2）方便檢測(cè)。檢測(cè)儀行走在鐵路軌道上，一次可以同時(shí)檢測(cè)軌面水面，直道軌距1435岔點(diǎn)1391、翼點(diǎn)1348軌距等多個(gè)參數(shù)。其中左右行走輪負(fù)責(zé)檢測(cè)鐵路軌道水平參數(shù)，左右軌距測(cè)負(fù)責(zé)檢測(cè)鐵路軌道軌距1435、1391、1348參數(shù)。

左右行走輪內(nèi)裝有水平傳感器的感應(yīng)器，左右行走輪在鐵路軌面上行走時(shí)，軌面水平誤差可以直接感應(yīng)并在水平傳感器顯示屏上顯示，其測(cè)量誤差為±0.20.

鐵路軌道軌距誤差，通過(guò)左右軌距輪測(cè)量。直道軌距1 435 mm的軌距用左右1435軌距測(cè)輪外側(cè)檢測(cè)；檢測(cè)岔道軌距1391、翼軌軌距1348，通過(guò)收緊抓手，通過(guò)軌距測(cè)量部件拉動(dòng)左活動(dòng)91.48軌距測(cè)輪，用其內(nèi)測(cè)檢測(cè)；當(dāng)直道軌距1 435、岔道軌距距離1 391、翼軌軌距距離1 348有誤差時(shí)，左活動(dòng)軌距輪就會(huì)移動(dòng)，移動(dòng)量也就是軌距變動(dòng)量將在軌距傳感器上顯示。

（3）制造工藝簡(jiǎn)單，成本低。小車機(jī)構(gòu)如主梁、走行梁、推手部件、升降臺(tái)部件材料是鋁合金，加工工藝性好，加工成本低，小車機(jī)架主體材料及加工成本為1萬(wàn)元；傳感器部件約2 000元，電腦（數(shù)據(jù)處理器）2萬(wàn)元，總成本為3.2～4萬(wàn)元。比國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品價(jià)格低5-6倍。其維修維護(hù)速度快，成本也低。

4　結(jié)束語(yǔ)

本文中，所研究設(shè)計(jì)的便捷式軌道檢測(cè)儀，其成本低，便于捷帶、維護(hù)方便，非常適合推廣應(yīng)用。但由于軌道檢測(cè)儀是強(qiáng)檢儀器，必須按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行定期檢定。為實(shí)現(xiàn)對(duì)軌道檢測(cè)儀的定期檢定，使其使用合法化，必須有的配套規(guī)程及工具：

（1）設(shè)計(jì)與制造標(biāo)準(zhǔn)檢定臺(tái)；

（2）便捷式軌道檢測(cè)儀的定期檢定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；

（3）便捷式軌道檢測(cè)儀操作規(guī)程。

其中，（1）（3）點(diǎn)可由研究小組成員來(lái)完成，同時(shí)，定期檢定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)則由行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)局來(lái)制定。

推動(dòng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)局制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是便捷式軌道檢測(cè)儀推廣應(yīng)用的最大難點(diǎn)，力求在今后的工作中尋求合適的途徑，盡快合法推廣應(yīng)用便捷式軌道檢測(cè)儀。

參考文獻(xiàn)：

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［3］TB/T3147-2007，中華人民共和國(guó)鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).鐵路軌道檢查儀［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

中圖分類號(hào)：TH122

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-545X（2016）03-0056-03

收稿日期：2015-12-04

作者簡(jiǎn)介：黃勤芳（1972-），女，廣西南寧人，工程師，講師，碩士研究生，研究方向：機(jī)械制造與自動(dòng)化；黃丹華（1973-），女，廣西欽州人，工程師，本科，研究方向：鐵路交通運(yùn)輸工程；吳寶睿（1974-），男，廣西欽州人，總工程師，高級(jí)工程師，本科，研究方向：鐵路交通運(yùn)輸工程。