MiniProf论文_孙艳波

摘 要：动车组在实际运用过程中，现有的轮径尺、车辆车轮第四种检查器等设备测量轮对和踏面数据时，精度一般，测量过程繁琐，同时不便于数据记录；利用丹麦格林伍德公司的MiniProf踏面测量设备，可以快速有效的完成轮对参数的测量和车轮轮廓的绘制；在动车组的实际运用过程中，可以通过测量所得的数据指导检修工作。

关键词：MiniProf便携式测量设备；踏面测量；检修限度；动车组超限判定

在动车组的检修运用过程中，检修限度表是动车组检修工作的基础资料之一，是动车组在进行一级修和二级修作业的基本标准，是动车组检修工艺制定的理论基础。根据总公司发布的《铁路动车组运用维修规程》，规程中重新明确了和谐系列各类型动车组的一、二级修检修限度。在以往的运用过程中，一般通过多功能车轮轮缘踏面自动化动态检测系统进行快速检测，然后通过目视检查的方法，使用钢板尺、轮径尺、车辆车轮第四种检查器等测量工具进行人工[

]确认。这种测量方法虽然可以对踏面的基本参数和状态进行判定，但是无法测量踏面的整体形状，无法对踏面的整体磨耗和状态进行估计。使用MiniProf踏面测量设备可以有效的测量踏面的整体轮廓和各项参数[1]，该设备测量精度可以达到0.01mm，标定精度达到0.005mm，设备自重为0.09kg，测量准确，便于使用。结合手持PDA或者笔记本电脑终端，可以有效快速的完成车轮踏面测量和限度判定工作。

1 测量设备的基本组成

MiniProf车轮踏面测量设备，由一台与车轮测量单元和手持PDA终端（或者安有终端软件的笔记本电脑）组成，如图1。同时设备还配有标准测量块，使用该测量块可以现场校验设备的精度。车轮测量单元通过专用线缆和手持式PDA或者笔记本电脑终端相连。车轮测量单元的主要测量部件采用纯钛金属材料；同时使用测量头使用高精度、特制编码器作为传感器；测量单元内置测量电路和可充电电池。另外，作为测量设备，产品需要定期进行标定，标定后会配发标定证书，只有标定的产品才能保证测量的精度，使用配备的测量块可以检查产品的测量状态。

图1 MiniProf踏面测量设备实物

车轮踏面测量设备使用专用的终端软件，该专业软件可以采集、存储、处理数据，软件具有扩展功能，可以根据实际需要定制和安装对应的扩展包。测量完成后，可以使用软件对所采集的数据进行分析，来指导动车组轮对踏面的检修工作。

2 踏面测量设备的原理

车轮测量单元包括固定支架和测量头和集成电路板，如图2所示，测量时将支架固定到轮辋内侧面，由于支架使用磁性材料，在测量时可以牢固的固定在轮对上，支架上两侧的固定柱需要紧紧的靠在轮缘外侧，测量时，固定柱应避免安装在轮缘磕伤部位，以避免因为量具偏移影响测量精度，如图2。

图2 车轮测量单元安装在轮对上

车轮测量单元共有五个基准点，其中三个基准点和轮辋内侧面贴合，用来保证x=0平面，另外两个点为固定柱，用来计算轮缘和滚动圆直径。车轮测量单元有两个测量臂铰链连接而成，测量设备的主要原理是根据测量滚轮和支架的相对位置，加上两个角度传感器的角度值求出测量滚轮边缘的相对位置。其中L1、L2为内外侧两个测量臂的臂长，臂长数据在软件中预设，以点(0，0)处设为坐标系原点，测量时，传感器在短时间内采集多个角度数据，然后将采集的角度数据传回服务终端，对数据进行处理和计算后，生成踏面的形状和参数，如图3。

图3 车轮踏面测量原理

图4 车轮踏面示意图

车轮的轮径值在距离轮辋内侧70mm的名义滚动圆处，通过计算获得，在终端软件中可以自行设定名义滚动圆的位置，来得到不同的数据。同样的根据测量的车轮轮廓可以计算出“QR”值，轮缘高度，轮缘厚度等参数。在终端软件中，可以根据需求计算所需要的车轮数据，磨耗等数值。

3应用实例

3.1根据基本参数判定车轮是否超限

在动车组实际运用过程中，一般通过该设备对车轮进行直接测量，得到车轮的关键参数，然后和检修限度表进行对比，来判定车轮是否存在超限。在实际应用中，可以通过多次测量求平均值的方法来保证测量的精度。

以CRH3型动车组踏面为例，对于单个车轮的主要测量参数有QR、车轮直径、轮缘高度、轮缘厚度，这些参数都可以通过该设备测量，具体限度如表1。

表1 CRH3型动车组单个车轮关键参数检修限度

另外，对于整个单条轮对的两个车轮之间，应该满足轮径差小于1mm的限度；对于同一转向架（或同一车辆）的两条轮对，动车应满足最大轮径差小于2mm，拖车应满足最大轮径差小于15mm的限度。

3.2 根据车轮磨耗进行车轮镟修

通过实际测量的车轮轮廓和标准的车轮轮廓进行对比，可以计算出车轮磨耗。具体包括：车轮轮缘背部磨耗，车轮踏面磨耗，车轮体积损耗三种车轮磨耗。

由于车轮损耗并没有相关标准，可以通过相邻车轮轮廓对比的方法，对差别较大的车轮进行镟修。另外，对于磨耗较小的车轮，可以通过减少镟修量的方式来提高车轮使用寿命。

图4 车轮轮廓磨耗对比示意图

3.3 根据等效锥度调整车轮镟修周期

对于磨耗型踏面，等效锥度是评价轮轨接触几何状态的重要指标，其定义为：左右两车轮滚动圆半径之差与轮对横移量之间存在函数关系，在一定横移量范围内，两者为直线关系，该直线的斜率即为等效锥度。传统设备很难测量轮对的等效锥度，利用该设备可以有效的测量和计算车轮的等效锥度，为调整镟修周期提供依据。等效锥度的简单算法如下，其中y为基于滚动圆的横向偏移量，r2(y)和r1(y)偏移位置处的轮径。

等效锥度值取较大值大可以使车辆获得更高的的蛇行运动临界失稳速度，但是踏面磨耗速度会加快，而等效锥度取得较小虽然减低了踏面磨耗速度,但车辆的蛇行失稳临界速度减低。当列车发生横向加速度失稳时，可以通过等效锥度的测量来判定失稳是否是由于车轮异常磨耗造成的。

参考文献：

[1] Goenraad Esveld.A丹麦Miniprof轮廓测量系统[J].国外铁道车辆.1994,4:43-45.

论文作者:孙艳波

论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年5期

论文发表时间:2020/4/30

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