研制轮对自动测量机 - 图文

参加局2006年QC 成果发表会评审材料

郑州铁路局郑州北车辆段 月山设备管理QC小组

研制轮对自动测量机 郑州北车辆段月山设备管理QC小组

小组概况 小组名称 课题名称 成 立 日 期 姓 名 性别 年龄 杨勤志 李广文 任 军 张 旭 白志平 关红霞 樊金鑫 张德凯 韩合星 魏乐天 男 男 男 男 男 女 男 男 男 男 41 30 44 36 44 30 45 45 56 54 职务 主任 副主任 技教 副主任 副主任 干事 记工 调度 质检 采购 郑州铁路局郑州北车辆段 月山设备管理QC小组 研制轮对自动测量机 2005.01.10 文化程度 组内职务 中专 大学 大专 本科 本科 大学 大专 大专 初中 大专 组长 组员 组员 组员 组员 组员 组员 组员 组员 组员 注册登记号 课题类型 05-42 创新型

重新注册日期 2005.01.10 小组分工 方案策划 方案策划 全面负责 方案实施 活动指导 活动指导 方案实施 方案实施 方案实施 方案实施 受QC教育时间 60小时 60小时 60小时 60小时 60小时 60小时 60小时 60小时 60小时 60小时 制表人：关红霞 时间：2005年1月16日

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轮对是列车的走行部分，在实际运行中,由于轮轨间的相互作用和频繁制动、单方面使用铁鞋等原因引起的车轮踏面剥离、擦伤、凹入、缺损、轮缘过限等故障将会对列车的安全和平稳性产生极大的影响,严重时将会导致钢轨损坏或脱轨。这种问题在发展高速列车时显得尤为突出；在对轮对进行检修时，准确测量其各部分尺寸不仅是判别轮对技术状态，实施加修的依据，而且是保证列车运行安全的关键问题。当前，全路各检修部门主要采用传统的四种检查器、轮径尺、内距尺、卡钳和钢板尺等量具进行轮对各部尺寸的测量，该方式由于是人工检查，存在速度慢，效率低，精度差，工人劳动强度大，测量结果受主观影响较大，使检查出来的产品质量标准不统一。在轮对段修过程中需要检测的参数多达20多个，都是直接影响车辆运行安全的重要参数，必须及时、准确地给予检查测量。因此段领导决定设备车间牵头成立专门的攻关小组，对提出的以上问题利用高新技术研制出一种自动化程度较高的复合型测量系统。解决上述问题。

1）目前，采用人工收入轮对时需要4名工作者，而一名劳动力按12000元的年收入工资，每年支出48000元的工资。而且人工收入轮对时，每条轮对需要6分钟左右。我段平均每天检修货

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车20辆80多条轮对，劳动强度大，四名检测工每天满负荷工作八小时，有时还经常加班加点。

2）随着铁路的跨越式发展，车辆检修现代化程度越来越高，计算机网络化管理的快速发展，HMIS网络投入使用后，人工测量货车轮对的技术参数已不适应铁路货车信息化管理的发展的要求。

因此课题选定：研制轮对自动测量机

1、实现轮对测量自动化，提高轮对收入效率：由原来的每条平均检测时间6分钟降低到3分钟。

6543210研制前目标值轮对平均检测时间研制前后目标对比柱状图

2、提高测量精度，实现检测数据共享。

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轮对参数的自动检测、提高轮对检测可靠性、稳定性及可追溯性，是铁路系统的重要研究课题之一。它对于提高轮对的检测质量、配合铁路系统的计算机管理、实现数据共享、减员增效保障铁路车辆的安全运行具有重要的现实意义。目前较为先进的测量方法分为两大类：

第一类是非接触式，如线阵CCD成像、激光位移传感器、电涡流传感器等测量方式。

第二类是接触式，如光栅位移传感器和电感传感器等测量方式。

采用非接触式测量方法；

采用接触式测量方法；

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小组查阅了大量的文献资料并经对比、分析认为：非接触类方法先进、精度高，有着广阔的应用领域，经过调研我们认为非接触类测量方式适宜于产品的新造；当用于车辆检修时，由于环境条件，如温度、光线、磁场、非加工面、加工面的表面粗糙度差异大、磨擦挤压面和配合面磨损后尺寸变化大时，其高精度、稳定性、可靠性大打折扣，无法显示其优越的性能。并且结构复杂，费用高。就目前小组的技术力量来完成难度较大。

而接触式测量方式用于车辆检修时，对非加工面、加工面的表面粗糙度的包容性较非接触类测量方式显示出相当的优势。接触式测量对工件表面的要求不高，光线的强弱与它无关，具有较强的抗干扰能力。

当然接触式测量也存在一些问题，如压感的问题，有接触就有压感。如果检测系统选用相对测量原理，对标准样件和被测工件均产生压感。经调查并查阅相关文献发现，日本东京精密PULCOM ∑系列测量仪，它对于被测表面只有60克左右的接触力，被测表面所产生的变形是微乎其微，可以忽略不计。

接触式测量是传统的测量方法，而且，它的控制部分相对简单。

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我们经过方案论证、分析最终确定，针对RD2轮对检修的相关参数采用高精度仪及其测量技术进行全接触式测量，整个检测过程由计算机控制自动完成。经过可行性分析，全接触式测量方案不仅技术成熟、先进，系统稳定可靠，而且性能与价格比值良好。

针对上述论证我们又进一步对二个方案的有效性、可靠性、可实施性、经济性运用综合打分法进行评估。

方 案 有效性 可靠性 经济性 可实施性 综合得分 选定方案 非接触式测量方法 ◎ ◎ △ ○ 14 不选 接触式测量方法 ◎ ○ ○ ◎ 16 选定 注：◎5分 ○3分 △1分 经过对两个方案的综合评估： 方案一综合评分为14分； 方案二综合评分为16分；

确定方案二为实施方案：即采用接触式测量方式。

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对策表

序号 对策 目标 掌握传统的接触1 学习全接触测量方法和现代传感1、外出学习 式测量技术 器技术及其原理、组2、内部学习交流 成及应用 选取性能可靠的基本特性、传感器，确定工作原2 基本工作原理、工作程序及系统理及工作过主要部分的功能设程的设计 计，完成轮对各部尺寸的测量。 设计整机构3 成自行设计一套组件及检测装置 确定主要技术参数 解决轮对对中定位、轮对送出、设备的基础及框架等 组织技术专职人员讨论，确定自动测量机的主要组成部分 李广文任军 2005.8 李广文 查阅相关文献做参考完成工作程序流程的设计 2005.6 杨勤志 2005.3 任军 措施 负责完成时间 人 完成各系统所需指定专人负责，零部件、各部测量参按程序设定和技数的选定。 依据标准轮对对设备校准测量,保证术要求逐步完成 2005.10 4 5 效果试验 系统工作的正确性和各部尺寸测量的准确性 试验测试数据结果 李广文2005.12 任军 张旭

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时间：2005年3月 步骤：

1、3月份车间派3名人员去石家庄车辆工厂学习全接触式测量技术、传统的接触测量方法和现代传感器技术的应用的相关知识；

2、段、车间组织学习中华人民共和国铁道部铁路货车轮对和滚动轴承组装及检修规则》工艺标准(铁辆(1998)2号)、《车统51—C》工艺卡片及RD2车轮、轮轴图纸等相关知识。

3、参考相关文献，并弄清其功能及在自动测量机中的作用，实现对轮对各部尺寸的精确测量。

效果检查：

1、通过对相关人员的培训，使他们对轮对自动测量机的工作原理有了初步的了解。

2、通过学习《中华人民共和国铁道部铁路货车轮对和滚动轴承组装及检修规则》工艺标准(铁辆(1998)2号)、《车统51—C》工艺卡片及RD2车轮、轮轴图纸，对各种硬件和软件及传感器的功能及在自动测量机中的作用，有了感性认识。使小组对轮对自动测量机有了一个基本的设计思路。

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3、通过对相关文献的学习和研究，认为实现对轮对各部尺寸的精确测量和网络接口实现与HMIS局域网的数据共享是完全可能的。

时间：2005年4～6月 步骤：

1、确定测量方式及主要技术构成

针对检修轮对非加工表面和已加工面表面粗糙度差异大、轮对磨损后尺寸变化大，并兼顾对提速轮对的适应性等，该测量系统采用了轴承外圈定位、设计了特制转换机构的接触式测量方式。

选用日本东京精密PULCOM∑系列测量仪和笔式大量程传感器，∑系列量仪由于采用了独特的片簧支点，无摩擦力，笔式传感器测量范围大，动态特性良好，耐用度高、刚性好、性能可靠，非常适合于静、动态的高精度测量。测头及磨擦部位采用了天然金刚石、硬质合金材料，辅以电、气动收张。

2、完成基本工作原理的设计

自动检测机工作原理是以工业控制计算机为核心，控制各部分工作，协调各测量部的动作，全部使用成熟可靠的接触式测量装置，完成对RD2轮对各参数的自动检测。如工作程序流程图所示。

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数据采集卡 显示器 放大电路 多路高精度大量程传感器 工业 控制 计算 机 数据采集卡 十多路位置传感器 测量部驱动 轮座测量驱动 轮对旋转驱动 轮座测 量驱动 打印机 控 制 卡 轮对升降驱动 出轮驱动 轮对自动检测机工作程序流程图

3、完成工作过程的设计

自动检测机工作过程是开启总电源、总气源开关，将轮对推入测量位置。选择各种专用、通用代号，输入轮对标志板上的内容。选择“是否切换左右端”；点击“启动测量(F3)”按钮，系统进入自动测量状态，定位气缸将轮对定位，升降气缸将轮对托起到测量位置，并由置传感器判断轮对的到位与否，各气缸分别推送左右轮座测量装置、左右车轮测量装置进入测量位置，进入预备测量状态。

工控机接受位置传感器的到位信号后发出指令，电磁阀H5、

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H6、H7得电，释放所有测量装置，进行静态测量：检测持续2秒，采样结束，电磁阀H4、H5、H7换向，部分静态测量装置脱离工件回位；工控机发出指令，驱动电机得电，驱动轮对每次旋转1/3圈，共进行3次静态测量；静态测量装置脱离工件后，驱动电机得电，进行动态测量；动态测量结束，测量装置脱离工件，左右车轮测量装置退出测量位置：驱动部将轮对降回轨道，并白动将轮对送出测量位置。

测量完成后，数据经处理自动显示出来，并有超差(红色)、合格(绿色)指示。若立即打印轮对卡片，点击“打印轮对卡(F4)”按钮，最新一次测量数据将会由打印机输出。

检测下一轮对时，重复上述步骤。 效果检查：

1、自动检测机采用PentiumIII、高性能工控机，确保数据处理快速、准确。

2、系统采用电源滤波器、UPS电源、进口全屏蔽电缆线、特殊设计的电路板、抗干扰电路、抗震隔离基础等硬件，结合软件技术，较好地解决了电源、电磁、温度、震动等对测量结果的干扰。

3、车轮测量部分：分左、右两部分，分别装有精密测量单元及位置传感器，在工控机的控制下，对轮对左、右车轮的几何尺寸及轮对的内侧距、擦伤深度等参数进行静态或动态测量；

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4、车轴测量部分：用以测量轮对车轴中央的直径； 5、轮座测量部分：分左、右两部分，在工控机的控制下，通过气动装置进入测量位置，由两台∑20型测量装置对轮对左、右轮座的直径进行测量；

6、系统软件：本软件是基于Windows平台开发的专用应用软件。采用可视化界面，功能强，界面友好；具有单步运行、实时显示测量数据、超差报警、数据管理、打印等功能。

7、状态提示、故障自诊断功能，能自动校对标准轮对，操作、维护简单，使用方便。

8、安全与警示：系统设有十几个位置传感器，监控工作全过程；并设有电源、气源自动保护装置，确保测量系统与轮对的安全。自动测量时，每一步的操作都会在状态栏中提示，当测量结果超差或测量动作出现故障时，屏幕上有报警指示。如果测量过程中气源压力不正常，或出现故障，测量程序将会自动停止。并有气源异常报警提示，状态拦报警提示等。

时间：2005年7～8月 步骤：

组织小组技术专职人员讨论，确定自动测量机的主要组成部分。针对铁路RD2轮对各部尺寸，确定检测的尺寸包括车轮直径、

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车轮圆度、车轮偏心、轮对内侧距、车轴中央直径、轮座直径、车轮踏面擦伤、凹陷、车轮踏面圆周磨耗及车轮其它项目共15项26个参数数据的测量。确定轮对自动测量机主要由以下部分组成 ：

1、机架总成；2、左轮座测量装置；3、标准轮对样件4、左轮测量装置；5、护罩；6、车轴中央直径测量装置；7、右车轮测量装置；8、右车轮座测量装置；9、工控机；10、电源箱；11、出轮总成；12、驱动总成；13、升降总成；14、气路总成；15、定位总成。

效果检查：

经过层层把关，我们成功地完成了上述各组件的设计安装，各方面结构，性能均符合设计要求。 时间：2005年9～10月 步骤：

1、电气控制系统工作电源参数的确定

供电电源包括交流380V和220V两种，考虑到设备与人员的安全，采用交流380V三相四线制，保护接地。

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电源参数表

序号 1 2 3 4 名称 交流380V 型号 数量 1 l 1 1 技术参数 380V+l0％，0.3KW 功能 驱动交流电动机M 交流220V MT500 直流开关PMC30 电源 直流24VS-50-24 开关电源 220V，500VA BPB输Ui 300VA 工控机，打印机，测VAR输出 量电箱，控制电箱 12V，30W 24V，50W 驱动模拟放大电路 驱动继电器，电磁阀，接近开关 2、确定工控机配置及输入/输出信号

工控机是完成对测量全过程的控制及对测量数据的处理、显示、打印输出、数据贮存、远程通讯功能；工控机输入信号由17路高精度的大量程传感器，12路接近开关、磁性开关。输出信号由11路电磁阀，一路交流接触器。根据以上的控制信号，工控机主要配置如下：

工控机主要配置表

序号 l 2 板卡名称 主板 电感放大板 型号 PCA-6179VE CLZ/1-2 数量 1 5 技术参数 集成显卡、网卡 每板4路输入信号 32路单端／16路差分输入，12位转换精度 32路隔离I／0卡16路TTL输入 主要功能 CPU、驱动显示、打印机等 放大传感器的模拟信号 对电感放大板 送出的信号进行A/D转换 控制信号的输入／输出 3 A／D采集卡 PCL-813B 1 4 5 6 7 I/O卡 继电器板 端子板 信号输出板 PCL—730 TD—7894A ADAM—3920 CLZ／1—3 1 2 l 1 每板8路继电器输出信与PCL—730隔离输号 出 32路端子板 32路 与PCL—730隔离输入连接端子 信号输出

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