葛文斌
郑州中建深铁轨道交通有限公司 河南省郑州市 450000
摘 要：本文阐述了郑州地铁目前所使用对地铁车辆轮对几何参数的测量方法，重点研究分析了完成轮对几何参数接触式自动测量的不落轮镟床测量系统工作原理，提出其存在的不足，并提出优化方案，达到提高轮对镟修质量的目的。
关键词：不落轮镟床；测量系统；工作原理；镟修质量
1郑州地铁列车轮对情况介绍
郑州地铁目前已运行七条线路，一号线、二号线、四号线、十四号线、城郊线五条线路均采用 B 型车，三号线、五号线采用A型车，都采用同种整体辗钢轮。郑州地铁一号线采用的是轮缘厚度为 32mm、轮缘高度为 28mm 的磨耗型轮对，二号线、三号线、四号线、五号线、十四号线、城郊线采用的是轮缘厚度为 32mm、轮缘高度为 27mm 的磨耗型轮对。
2轮对几何参数测量方式
到目前为止，轮对几何参数的测量主要有以下几种方式：
（1）便携式人工测量方式
该种测量方式具有操作简单、方便等优点，但存在测量参数不够全面、测量自动化程度低、不能消除人为误差等问题，采用的工具主要有第四种检查器、轮径尺等。
（2）接触式自动测量方式
该种测量方式测量精度高、稳定性好，但只适用于地铁列车的静态测量。目前，国内地铁行业使用的不落轮镟床均采用这种方式，郑州地铁七条线的不落轮镟床也都采用这种测量方式。
（3）非接触式自动测量方式
该种测量方式可实现在线动态测量，主要有超声波测距法、激光测距法、图像法和光学法，但超声波反射信号对轮对踏面材质、光滑度要求较高；而图像法、光学法利用激光器、摄像机等获取轮廓图像进行分析、系统要求复杂。目前，这种测量方式在地铁车辆段内安装的轮对踏面及受电弓检测装置运用比较多，普遍存在测量数据准确度不高，数据容易丢失，服务器死机等情况。
3郑州地铁轮对测量方式
郑州地铁在对轮对几何参数的检测中，根据地铁列车的维修模式采用日常对轮对进行检查的特点，采用了以上三种测量方式相结合的方式，即采用传统的轮对测量工具，在电客车三月检以上修程中进行检测，又采用轮对踏面及受电弓检测设备的在线测量相结合，能很好的掌握轮对的几何参数。根据测量数据情况，及时使用不落轮镟床设备完成相关几何参数的再次测量确认和轮对修复工作。
4不落轮镟床测量系统工作原理
郑州市轨道交通一号线、三号线使用的不落轮镟床是青海科特，二号线使用的是四川广汉数控机床，四号线、城郊线使用的是德国哈根赛特，五号线使用的是北京北一机床。目前，使用最多的是青海科特不落轮镟床，本文以三号线的 TUP650H 型不落轮镟床和三号线轮对（图 1）为例，分析轮对几何参数接触式测量原理。
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图 1 三号线轮对磨耗型踏面
4.1TUP650H 型不落轮镟床的组成
TUP650H 型不落轮镟床是一种集轮对几何参数测量、分析、修复加工于一体的先进设备，是一种在列车上就可以直接将磨损或擦伤的车轮修复回原形的大型机床。因为不需要拆卸列车轮对,大大缩短了列车轮对的维修时间,非常适合于备用车很少的地铁企业使用。它主要包括床身、轨道系统、轮对定位和参数测量装置、轮对支撑驱动系统、轮对固定和夹紧装置、轮对镟修刀架刀具装置等，其控制系统采用西门子 840D 数控系统，可以镟修轮对直径为650mm到840mm的轮对，并且安装有2套镟修程序，既可以镟修欧标轮对，又可以镟修铁标轮对，程序切换也非常方便。该设备采用接触式自动测量方式，当系统测量时，轮对以最小转速转动，可以对列车轮对的轮缘高度、轮缘厚度、轮对内侧距、轮对踏面直径、轮对径向跳动、QR 值进行自动测量。
4.2TUP650H 型不落轮镟床自动测量方式
TUP650H 型不落轮镟床轮对几何参数自动测量装置安装在刀架滑轨上，它通过气压系统实现其沿纵向（x 轴方向）的伸缩功能，由伺服刀架滑轨系统实现其横向（Z 轴方向）运动。这套测量装置主要包括左、右 2 套相同的测量轮组和 1 个红外线光电开关组成（图 2）。测量轮组由测量支座及其支撑的大、小测量轮和旋转编码器组成。测量头在测量时使用滑板行走的方式完成。测量头包含有安装在机床体头的激光感应器，一个用于测量端面直径的轮盘通过配置有旋转转换器的联轴器连接。轮盘沿着滚轮导轨从机床体头延伸，通过液压缸压下轮对以测量端面直径。
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图 2 自动测量装
4.2.1轮对直径测量原理
直径的测量是通过测量装置中作用在车轮滚动圆 MKE 处的大测量轮和红外线光电开关完成。在进行测量之前，要贴 1 张反光标签到轮子前面正对着红外线光电开关的高度上，大测量轮与车轮 MKE 处的圆周线紧密接触，轮对通过驱动滚轮摩擦匀速转动，测量装置内部的旋转编码器记录下大测量轮转动的周长，并传送至 PLC/CNC 数据存储器中，由红外线光电开关接收反光标签反射光线检测轮对旋转的圈数，当轮对圈数到系统预先设定值时，测量装置沿+X 轴方向收回，同时数据处理系统由 PLC/CNC 数据存储器中记录的数据自动推算出轮对踏面直径，公式如下：
πdn=πDN D= dn/N
D:轮对踏面直径 d:测量轮直径 N:轮对旋转圈数 n 测量轮旋转圈数
4.2.2轮对廓形测量原理
轮对廓形测量原理装置是通过左、右 2 个相同测量轮组进行的，在与轮廓的接触中（图3）完成X 轴、Z 轴基准面的测量。
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图 3 X轴、Z轴基准面
廓形测量可通过在踏面上设定不同的测量点，数据处理系统将测量轮及各类传感器在不同测量点上得到的数据储存、分析、计算后，得出的结果在显示屏上显示。车轮除直径测量外的其他参数可通过在廓形面上设定的 5 个测量点来实现（图 4）。
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图 4 廓型测量原理图
轮对踏面径向跳动：由图 4 中的 4 点来实现，在确定测量轮 Z 轴基准点后，测量轮组收回，并沿+Z 轴方向移动到 70mm 滚动圆处，轮对开始转动，测量轮在滚动圆上采集到的不同数据传送至 PLC/CNC 数据存储器，数据处理系统将每侧测量轮径向跳动测量获得的非圆度数据，以最大值与最小值之间的绝对差值计算得到踏面径向跳动值，并在 CNC 显示屏上显示。
轮缘高度：由图 4 中的 1 点来实现，在测量轮 Z 轴、X 轴基准点（Z 基、X 基）的基础上， 测量轮向+Z 方向移动 15mm 后，向-X 轴方向移动找到轮缘最高点 1 测量点的机床机械坐标系X 坐标值 X1，并将 X1 坐标值传送至 PLC/CNC 数据存储器，数据处理系统将计算出 X1 到 X 基之间的距离为轮缘的高度值，并在 CNC 显示屏上显示。
轮缘厚度及 QR 值：由图 4 中的 2、3 测量点实现，在测量轮找到 1 测量点 X1 的基础上， 沿廓形移动，当测量轮向-X 方向移动到距离 X1 点 2mm 时，记录下测量点 2 坐标（Z2、X2）。当测量轮向-X 方向移动到距离 X 几点 10mm 时，记录下测量点 3 坐标（Z3、X3），并将测量点 2、3 的坐标值传送至 PLC/CNC 数据存储器，数据处理系统将计算出 Z2、Z3 之间的距离为QR 值，计算出 Z3 与Z 基之间的距离为轮缘厚度，并将以上两个参数在 CNC 显示屏上显示。
轮对内侧距：由图 4 中的 0 测量点实现，测量程序开始后，测量轮组伸出并分别向左、右轮对内侧端面靠近，定位在 0 测量点后，测量装置记录下此点采集到的不同坐标传送至PLC/CNC 数据存储器，数据处理系统将测量得到的左、右测量轮内部间距数据计算，得到最终的轮对内侧距，并在 CNC 显示屏上显示。
5结语
TUP650H 型不落轮镟床接触式自动测量系统采用的测量原理，是郑州地铁目前检测轮对几何参数较为优化的系统，累计测量轮对2000余条，准确性非常高，稳定性也很好。在实际使用过程中，发现此测量系统也存在一些需要改进的地方，该测量系统未能实现轮对端面跳动几何参数的测量，测量的数据还不全面。根据现场实际情况，建议设备厂家在测量系统中增加该参数的测量功能， 通过在图4的0点测量处增加一次测量程序来实现该功能，以提高轮对的镟修质量。
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[6] 郑州中建深铁轨道交通有限公司. 郑州市轨道交通3 号线一期TUP650H 型不落轮镟床技术规格书.