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1、研制轮对自动测量机 郑州北车辆段月山设备管理QC小组参加局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 小组概况小组名称郑州铁路局郑州北车辆段月山设备管理QC小组注册登记号05-42课题名称研制轮对自动测量机课题类型创新型成 立 日 期2005.01.10重新注册日期2005.01.10姓 名性别年龄职务文化程度组内职务小组分工受QC教育时间杨勤志男41主任中专组长方案策划60小时李广文男30副主任大学组员方案策划60小时任 军男44技教大专组员全面负责60小时张 旭男36副主任本科组员方案实施60小时白志平男44副主任本科组员活动指导60小时关红霞女30干事大学
2、组员活动指导60小时樊金鑫男45记工大专组员方案实施60小时张德凯男45调度大专组员方案实施60小时韩合星男56质检初中组员方案实施60小时魏乐天男54采购大专组员方案实施60小时制表人：关红霞 时间：2005年1月16日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
3、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
4、左右。我段平均每天检修货车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。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。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
5、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；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
6、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。我们经过方案论证、分析最终确定，针对RD
7、2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。对策表序号对策目标措施完成时间负责人1学习全接触式测量技术掌握传统的接触测量方法和现代传感
8、器技术及其原理、组成及应用1、外出学习2、内部学习交流2005.3任军2基本特性、基本工作原理及工作过程的设计选取性能可靠的传感器，确定工作原理、工作程序及系统主要部分的功能设计，完成轮对各部尺寸的测量。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3设计整机构成自行设计一套组件及检测装置解决轮对对中定位、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2005.8李广文4确定主要技术参数完成各系统所需零部件、各部测量参数的选定。指定专人负责，按程序设定和技术要求逐步完成2005.10李广文任军5效果试验依据标准轮对对设备校准测量,保证系统工作的正确性
9、和各部尺寸测量的准确性试验测试数据结果2005.12李广文任军张旭 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51C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
10、检修规则工艺标准(铁辆(1998)2号)、车统51C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。 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46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，
11、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。轮座测量驱动显示器打印机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控制卡轮对旋转驱动轮对升降驱动出轮驱动数据采集卡放大电路多路高精度大量程传感器轮对自动检测机工作程序流程图3、完成
12、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、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
13、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
14、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；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
