淺談城市軌道交通數控不落輪鏇床測量系統的結構及工作原理

金 寧

（蘭州市軌道交通有限公司運營分公司，甘肅蘭州730050）

1 不落輪鏇床的功能

數控不落輪鏇床是軌道交通車輛基地的配套設備。設備安置在車輛段不落輪鏇輪庫地面以下基坑中，機床的活動軌/固定軌與車間地面固定軌道相連接。通過遙控公鐵兩用車牽引地鐵列車，使待鏇修的車輛輪對運行到機床上，在地鐵列車整列編組不解列、車下轉向架輪對不落輪的條件下，對車輛單個輪對受損或擦傷的車輪踏面和輪緣進行鏇削加工的設備。

2 不落輪鏇床測量系統的結構及工作原理

不落輪鏇床測量系統由測量探頭、直徑測量輪、測量蓋板二部分組成。測量探頭主要是測量輪對的徑向跳動量、橫向QR值、軸向偏差、輪緣厚度、輪緣高度；直徑測量輪主要測量輪對直徑；測量蓋板主要用于保護測量探頭及直徑測量輪，避免鏇修作業時鐵屑進入測量盒對測量探頭及直徑測量輪造成損壞。測量系統的結構如圖1、圖2所示。

圖1 測量系統結構圖（俯視）

圖2 測量系統結構圖（側視）

測量系統的驅動源為氣動和電機。其中，測量探頭的伸出和縮回動作由電機控制，直徑測量輪的伸出縮回動作由氣動控制，測量蓋板的打開關閉動作由氣動控制。測量系統的氣動和電氣控制結構圖如圖3所示。

圖3 氣動/電氣控制結構圖

2.1 測量蓋板

測量蓋板由蓋板、蓋板轉軸組成。其驅動源為氣動系統。控制方式為plc程序通過電信號控制電磁換向閥（二位五通雙控）動作，控制氣路的通斷，實現測量蓋板的打開與關閉。聯鎖保護方式為上下限位電磁傳感器保護。

自動模式下，選擇測量程序，plc程序通過電信號Q53.1控制電磁換向閥53Y1A線圈得電（如圖4所示），閥芯向左側移動（如圖5所示），氣路打開，在氣動系統的驅動下，氣源通過電磁換向閥、流量調節閥，推出測量蓋板至打開位，觸發上限位開關，給plc 反饋信號I37.5（如圖6所示），直徑測量輪及測量探頭伸出進行參數測量，測量完成后，待直徑測量輪縮回觸發下限位傳感器，測量探頭回到標定原點（216.500）后，給plc信號，plc程序通過電信號Q53.2控制電磁換向閥53Y1A線圈失電，53Y1B線圈得電（如圖4所示），閥芯向右側移動（如圖5所示），左邊氣路關閉，右邊氣路打開，關閉測量蓋板，觸發下限位開關，給plc反饋信號I37.6（如圖6所示），執行下一步動作。電氣-氣路控制如圖4所示，氣路圖如圖5所示，電路圖如圖6所示。

圖4 測量蓋板電氣-氣路控制

圖5 測量蓋板電路圖

圖6 測量蓋板電路圖

手動操作模式下，無須選擇測量程序，直接按下操作面板上的“測量蓋板打開/關閉”按鈕后，即可實現測量蓋板的打開、關閉動作。

2.2 直徑測量輪

直徑測量輪由測量滾輪、安裝基座組成，其驅動源為氣動系統。控制方式為plc程序通過電信號控制電磁換向閥（二位五通單控）動作，實現直徑測量輪的伸出與縮回動作。聯鎖保護方式為下限位傳感器保護。其位移計數方式采用增量型編碼器計數。即每轉過單位角度發出一個脈沖信號（脈沖數1024），采用A相、B相、C相二相輸出，其中A相、B相為相位差90°的脈沖輸出，用于位移計數及判斷電機的正反轉，C相為單圈脈沖，即每轉一圈發出一個脈沖，用于零位標記。電機旋轉時，增量編碼器的輸出脈沖信號直接輸入給PLC，利用PLC的高速計數器對其脈沖信號進行計數，以獲得位移測量結果。

自動操作模式下，選擇測量程序，測量系統首先對輪對直徑進行測量，plc程序通過電信號Q53.3控制電磁換向閥53Y2A線圈得電（如圖7所示），閥芯向左側移動（如圖8所示），氣路打開，在氣動系統的驅動下，氣源依次通過電磁換向閥，減壓閥，流量調節閥，再推出直徑測量輪伸出測量盒，測量輪在初始位置時，編碼器C相發出一個脈沖，用于零位標記，A相、B相依次發出脈沖，用于編碼器計數，在電機旋轉過程中，增量編碼器的脈沖信號直接輸入給plc，plc高速計數器完成計數并計算出測量輪的縱向位移。當測量輪接觸到輪對時，氣源壓力穩定，測量滾輪隨輪對一起轉動，同時旋轉傳感器（如圖9所示）計數，完成輪對的直徑測量，測量完畢后，旋轉傳感器給plc信號，plc程序通過電信號Q53.3控制電磁換向閥53Y2A線圈失電（如圖7所示），在彈簧彈力的作用下（如圖8所示），控制電磁換向閥換向，閥芯向右側移動（如圖8所示），左邊氣路關閉，右邊氣路打開，直徑測量輪縮回，觸發下限位開關，給plc反饋信號I37.7（如圖6所示），執行下一步動作。直徑測量輪電氣-氣路如圖7所示，氣路圖如圖8所示，電路圖如圖9所示。

圖7 直徑測量輪電氣-氣路控制

圖8 直徑測量輪氣路圖

圖9 直徑測量輪電路圖

手動操作模式下，無需選擇測量程序，直接按下操作面板上的“測量輪上升/下降”按鈕后，即可實現直徑測量輪的伸出、縮回動作。

2.3 測量探頭

測量探頭由測量探針、連接螺釘、測量探頭以及測量探頭安裝座組成。其驅動源為帶有剎車制動的二相電機。聯鎖保護方式為編碼器計數，plc程序通過判斷其U軸坐標是否回到標定原點（216.500）的程序保護。其U軸位移計數方式采用絕對值型編碼器計數。即編碼器對應一圈，每個基準角度發出一個唯一與該角度對應二進制的數值，通過測量編碼器角位移，得出測量探頭的起始位置和終止位置，其位移差就是U軸上升/下降高度。

自動操作模式下，直徑測量輪完成輪對直徑測量收回測量盒后，43KA繼電器啟動 （如圖11所示），43KA繼電器輔助觸點12斷開，14吸合 （如圖9所示），同時測頭使能Q33.3加載，U軸在初始位置時，絕對值型編碼器計數（標定原點），二相電機啟動，帶動絲杠上升，測量探頭伸出測量盒，當測量探針接觸到輪對時，測量探頭傳感器常開開關閉合，至終止位置，絕對值型編碼器再次計數（終止坐標），通過測量編碼器起始位置和終止位置的角位移，得出U軸上升高度，NCU數控單元計算出輪對測量參數，一次測量完成，PLC控制信號，電機反轉，探針回落，輪對旋轉，進行下一點的參數測量。電路圖如圖10、圖11所示。

圖10 探頭電機

圖11 探頭傳感器

手動操作模式下，無須選擇測量程序，直接按下操作面板上的“U1/U2”按鈕后，長按“-/+”，即可實現測量系統U軸的伸出、縮回動作。

3 結束語

地鐵車輛段不落輪鏇床是五大檢修工藝設備之一，其具有較高的加工精度和測量精度，在日常的運用中，我們應當在對數控不落輪鏇床進行全面了解的基礎上，保證其作用得到良好的發揮。