便捷式軌道檢測小車結構研究設計

黃勤芳，黃丹華，吳寶睿

（1.廣西職業技術學院，廣西 南寧530023；2.廣西沿海鐵路股份有限公司，廣西 南寧535000）

?

便捷式軌道檢測小車結構研究設計

黃勤芳1，黃丹華2，吳寶睿2

（1.廣西職業技術學院，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裝備為研究對象，通過分析常用軌距尺特點及現有檢測技術及檢測標準，擬定檢測技術方案，分析研究設計一種便捷式軌道檢測小車。

關鍵詞：軌道檢測；便捷；機架

我國幅員遼闊、內陸深廣、人口眾多，資源分布及工業布局不平衡，大量的長距離物資運輸和中長途旅客運輸主要由鐵路承擔。鐵路是國家的重要基礎設施，是大眾化交通工具，是國家經濟流通的大動脈。目前，中國鐵路用占世界6%的營業里程，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］。鐵路運輸的高速發展，促使其正常運行需要更嚴格的日常檢測與維護來保證。軌道幾何狀態檢測內容包括軌距、水平、高低、軌向等，其幾何狀態的質量影響鐵路運輸的運行安全。

本文中，提出研制一種高效、便捷、準確的軌道檢測小車，以滿足鐵路軌道日常巡檢及臨時維修維護提供依據。

1　便捷式軌道小車研制的必要性及可行性

正在實施的鐵道檢測與維修可分為日常巡檢、臨時補修和綜合維修等階段。其中，日常巡檢是基礎，其對鐵路軌道幾何體狀態的監控非常重要，日常巡檢能便捷、真實、準確、高效地檢測軌道的軌距、水平、超高等幾何狀態指標，一方面可以判定軌道結構是否處于合理狀態及鐵路運輸是否能安全運行，另一方面也為判定鐵路軌道臨時維修和維護提供依據。

1.1現有的檢測標準軌距尺效率低

目前最常用鐵路軌道檢測是軌距尺，其是一種窄軌軌道檢測裝置［1］，是用于測量鐵路線兩股鋼軌間的軌距、水平度以及超高等的專用計量器具。其結構由尺身、標度尺及尺身上的游標框組成。尺身為雙工形型材結構，呈方管形，在型材上下兩邊外沿帶有向外延伸，在外沿內側開有槽口，將其不銹鋼標度尺插入在槽口內，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板，側板上固定有調整螺栓，尺身端頭裝有十字板和測頭，整個軌距尺呈丁字形結構。

國標規定軌距尺為強檢器具，檢定周期為三個月，軌距尺的檢定工作中，最費時、費力的工作主要集中在對機械刻線機構的維修和更換，包括測頭磨損超標的更換、軌距刻度尺刻線、度輪盤刻線、放大鏡變模糊的處理，度輪盤機械轉動不靈活的修理，水準泡零位正確性的調整等。其檢測時，需注意如下事項：

（1）使用軌距尺時，必須調節度輪盤、對準水準泡零位、看超高刻度，再從放大鏡刻線正上方看軌距刻度。

（2）使用時，嚴禁生拉硬拽，防止碰壞軌距尺的兩個測頭，減少測量時帶來的誤差。

（3）要愛護好軌距尺上的刻度盤，一旦損壞將無法使用。

（4）使用后要及時上交，進行保管，及時輕擦軌距尺上的污跡。

從上述分析可知，標準軌距尺受人為因素影響較大，效率低，工作強度大等等。

1.2標準軌距檢定尺新標準

資料研究表明，早期的鐵路軌道檢測儀的研究技術，提供了一種用數字顯示軌道軌距水平、超高和道岔幾何尺寸等項技術指標，超限能自動報警的鐵路軌距尺，該軌距尺由軌距檢測機構、水平檢測機構和尺三部分組成，軌距檢測機構由固定量塊、活動量塊、操作手柄、傳動桿、A/D轉換器和數字顯示器容柵式傳感器和軌距指示燈組成。水平檢測機構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技術。

JJG219-2008《標準軌距鐵路軌距尺》（新規程）中，進一步補充和修改了軌距檢定尺計量檢定項目和檢定方法。新規程中，對數顯軌距尺“有顯示時間，測量重復性”等檢測項目，其顯示時間是指數顯軌距活動測頭自停止機械運動至穩定顯示測量結果的時間，要求顯示不小于2 s.

由上述得出，帶數字顯示的軌距尺在創新應用技術及計量標準上有了突破，但仍未打開推廣應用局面。主要原因仍無法實現操作簡單，便于捷帶，且存在測量數據顯示時間不保時等問題。

2　鐵路軌道小車的設計思路

由前述分析可知，可在數字顯示軌距尺的技術基礎上，結合目前國內外軌距小車的應用特性，設計一種便捷式的軌道小車，該軌道小車的檢測技術以電子傳感技術為檢測體系。其傳感器檢測體用系另文研究。本文主要研究設計聯接傳感器及數據處理據并進行鐵路軌道幾何狀態檢測的機架部分，該機架相當于一部推行小車，主體部分為含車身主梁，檢測輪、安裝數據處理器的升降機構等。其具有測量簡便，測量范圍滿足標準規定，重量輕，捷帶方便，便于拆裝，裝配質量可靠穩定等功能。

2.1測量范圍及測量精度應滿足標準規定

（1）軌道小車的測量標準。軌距、水平測量范圍［7］（軌距：1 340～1 470 mm、水平±250 mm）大于國內同類項目的產品。能夠檢測目前所有檢測儀不能解決的道岔檢測，可檢測道岔的查照間隔（轍叉心作用面至護軌頭部外測的距離，不得小于1 391 mm），護背距離（轍叉心作用面至護軌頭部外側的距離，不得大于1 348 mm），校準精度達到1/1 500以上，現場檢測精度滿足TB/T3147-2007《中華人民共和國鐵道行業標準》規定。

（2）軌道小車的測量參數。軌道小車需檢測的幾何參數有：直道軌距1 435 mm如圖1所示，岔道護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；岔道護軌作用邊至翼軌作用邊的查照間隔1 348～-2（允許0～2負誤差）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量輕力學性能好的要求

（1）車身材料應具有強度好，質量輕，機械性能穩定，不容易變形等特點。鐵路軌道檢測工作環境多為野外作業，交通運輸不便，日常檢修作業需要人力捷帶檢測小車，因此，該檢測小車整體質量要輕巧；檢測小車是精密設備，精度要求較高，在檢定周期內，其檢測精度誤差小，因此機架部分機械性能要求穩定性高，材料機械性能好。

（2）軌道測輪材料應具有機械穩定性好，耐磨，不導電等特點。軌距測輪和水平測輪是重要的檢測部件，檢測周期內保持尺寸穩定才能確保檢測精度準確，故要求測輪機械性能穩定，耐磨；鐵路軌道本身有電路，軌道電路是列車運行信息的通道，軌道檢測小車的測輪直接跟軌道接觸，為了不響檢測效果，測輪應該具有耐磨，絕緣的功能。

（3）小車各部件結構應該具有制造工藝簡單，易于實施，維護調試方便。目前國內國外同類產品價格貴，維護周期長，維護成本高，除其檢測技術技術含量高外，機架部分的結構工藝性差，制造成本高也是原因之一。在具體應用中，部件間的裝配互換性差，配件制造難度大，造價昂貴，更換周期長，維護成本高，設備維護等待配件周期長達1-2個月甚至半年，先進檢測儀的沒有了推廣優越性。

所設計的小車部件結構應考慮所選材料加工性能好，結構加工工藝性好，部件互換性能好，裝配質量穩定性好，可實現快速調整和互換等。

2.3應滿足收放容易，便于捷帶的功能

鐵路軌道檢測作業場所為野地作業，普通交通受限，因此本設計的檢測儀搬運過程為人工提捷。正常作業中，作業組為倆人一組。野外作業捷帶工具不方便倆人扛抬。而單人扛抬的合理重量不超過20kg.具體設計中，可考慮數電腦安裝升降臺滿足搬運時快速拆下，使用時快速安裝的結構，且有升降調節功能；推手可多角度旋轉，利于推行和搬運等。

3　軌道檢測小車的設計方案

3.1小車材料選用

常用的機械部件材料有鋼材、鋁合金，銅合金等。根據上述分析，所選材料要求具備力學性能、加工工藝性好質量輕、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）。而檢測小車屬于測量工具，構件材料力學性能要求較高。故可以考慮采用7075-T6.

3.2測輪材料選用

前述分析得知，測輪需要用具有耐磨，絕緣的特性的材料，查閱相關資料，用于制作構件的材料中，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，化學腐蝕性和極強的機械應力，同時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、化學性能和抗疲勞性、在2300仍有較好的尺寸穩定性。

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

分析決定，可采用增強尼龍66來制作測輪，保證其絕緣耐磨特性等。

3.3結構方案分析設計

所設計的軌道小車，是一部利用傳感技術檢測軌道軌距、水平、超高的檢測設備，是鐵路軌道日常檢測作業用的設備。工作是兩人一組協助作業，工作環境和交通運輸條件受限，需人工攜帶軌道小車，數據數理器（電腦）等檢測設備到待檢測的軌道上進行作業。

3.4軌道小車結構方案及特點

根據圖1、2所檢測參數，軌道小車結構方案設計如圖3所示，由主梁，左右行走輪部件、左右軌距輪部件、推手部件、測軌距部件、電腦升降臺部件，抓手部件等組成。

圖3　軌道小車結構示意圖

3.4.1技術要求

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

（2）組裝好后，一是，按圖示要求檢測左右走行輪最低母線到輪中心高。二是，抓放抓手，檢測測桿的收縮情況，保證行走直線度不超過0.10，可通過軌道滑座的調整螺釘進行微調；以保證測量1435、1448、1391軌距的有效性。三是，組裝好后，需要平臺上調試，找準水平傳感器和軌距傳感器的0點位置，同時要檢測拉簧收縮的靈活性，用于檢測拉簧有效工作（拉簧有效工作是保證檢測數據的前提之一）。四是，外觀需經過噴塑處理：顏色為H68桔黃色。

3.4.2軌道小車結構方案有如下特點

（1）質量輕，便于捷帶。本便捷式軌道檢測儀包含如圖1所示的十大部件，不包含電腦在內總共重量19 kg，適合一個人提捷。其中，推手部件可以收縮并調節角度，攜帶收入放在主梁部件Ⅲ上，測量時，調節到合適的角度和長度當推手用，方便工作；攜帶時，取下電腦，降豐電腦升降臺，以方便攜帶；工作時，調節好電腦升降臺高度，裝上電腦、接上連接水平傳感器和軌距傳感器的數據線，就可以進行工作。

（2）方便檢測。檢測儀行走在鐵路軌道上，一次可以同時檢測軌面水面，直道軌距1435岔點1391、翼點1348軌距等多個參數。其中左右行走輪負責檢測鐵路軌道水平參數，左右軌距測負責檢測鐵路軌道軌距1435、1391、1348參數。

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

鐵路軌道軌距誤差，通過左右軌距輪測量。直道軌距1 435 mm的軌距用左右1435軌距測輪外側檢測；檢測岔道軌距1391、翼軌軌距1348，通過收緊抓手，通過軌距測量部件拉動左活動91.48軌距測輪，用其內測檢測；當直道軌距1 435、岔道軌距距離1 391、翼軌軌距距離1 348有誤差時，左活動軌距輪就會移動，移動量也就是軌距變動量將在軌距傳感器上顯示。

（3）制造工藝簡單，成本低。小車機構如主梁、走行梁、推手部件、升降臺部件材料是鋁合金，加工工藝性好，加工成本低，小車機架主體材料及加工成本為1萬元；傳感器部件約2 000元，電腦（數據處理器）2萬元，總成本為3.2～4萬元。比國內外同類產品價格低5-6倍。其維修維護速度快，成本也低。

4　結束語

本文中，所研究設計的便捷式軌道檢測儀，其成本低，便于捷帶、維護方便，非常適合推廣應用。但由于軌道檢測儀是強檢儀器，必須按相關標準對其進行定期檢定。為實現對軌道檢測儀的定期檢定，使其使用合法化，必須有的配套規程及工具：

（1）設計與制造標準檢定臺；

（2）便捷式軌道檢測儀的定期檢定行業標準；

（3）便捷式軌道檢測儀操作規程。

其中，（1）（3）點可由研究小組成員來完成，同時，定期檢定行業標準則由行業標準局來制定。

推動行業標準局制定行業標準是便捷式軌道檢測儀推廣應用的最大難點，力求在今后的工作中尋求合適的途徑，盡快合法推廣應用便捷式軌道檢測儀。

參考文獻：

［1］劉峽.淺談軌距尺的使用和檢定［J］.鐵路技術監督，2010，38（6）：32-33.

［2］五靈之.鐵路設備關鍵零部件的可靠性分析模型及其應用研究［J］.鐵道學報，2008，（8）：41-44.

［3］TB/T3147-2007，中華人民共和國鐵路行業標準.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：TH122

文獻標識碼：A

文章編號：1672-545X（2016）03-0056-03

收稿日期：2015-12-04

作者簡介：黃勤芳（1972-），女，廣西南寧人，工程師，講師，碩士研究生，研究方向：機械制造與自動化；黃丹華（1973-），女，廣西欽州人，工程師，本科，研究方向：鐵路交通運輸工程；吳寶睿（1974-），男，廣西欽州人，總工程師，高級工程師，本科，研究方向：鐵路交通運輸工程。