研制轮对自动测量机

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1、-参加局2006年QC成果发表会评审材料*铁路局*北车辆段月山设备管理QC小组小组概况小组名称*铁路局*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 期重新注册日期姓 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主任中专组长方案筹划60小时李广文男30副主任大学组员方案筹划60小时任 军男44技教大专组员全面负责60小时* 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*德凯男45调度大专组员方案实施60小时

2、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局部，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平安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。这种问题在开展高速列车时显得尤为突出；在对轮对进展检修时，准确测量其各局部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平安的关键问题。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展轮对各部尺寸的测量，该方式由于是

3、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平安的重要参数，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

4、班加点。2随着铁路的跨越式开展，车辆检修现代化程度越来越高，计算机网络化管理的快速开展，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开展的要求。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。研制前后目标比照柱状图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、实现数据共享、减员增效保障铁路车辆的平安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

5、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比照、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、加工面的外表粗糙度差异大、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。并且构造复杂，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

6、的外表粗糙度的包容性较非接触类测量方式显示出相当的优势。接触式测量对工件外表的要求不高，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，日本东京精细PUL 系列测量仪，它对于被测外表只有60克左右的接触力，被测外表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，它的控制局部相对简单。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展全接触式测量，整个检测过程由计算机控制自动完成。经过可行性分析

7、，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展评估。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根本特性、根本工作原理及工作过程的设计

8、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局部的功能设计，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、设备的根底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局部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*旭时间：2005年3月步骤：1、3月份车间派3

9、名人员去*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*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准确测量。 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*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，对各种硬件和软件及传感

10、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根本的设计思路。 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准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外表和已加工面外表粗糙度差异大、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。选用日本东京精细PUL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*围大，动态特性良好，耐用度高、刚性好、性能可靠，非常

11、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*。2、完成根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，控制各局部工作，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

12、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。工控机承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，进展静态测量：检测持续2秒，采样完毕，电磁阀H4、H5、H7换向，局部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，共进展3次静态测量；静态测量装置脱离工件后，驱动电机得电，进展动态测量；动态测量完毕，测量装置脱离工件，左右车轮

13、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。假设立即打印轮对卡片，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、抗震隔离根底等硬件，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、车轮测量局部：分左、右两局部，分别装有精细测量单元及位置传感器，在工控机的控制

14、下，对轮对左、右车轮的几何尺寸及轮对的内侧距、擦伤深度等参数进展静态或动态测量；4、车轴测量局部：用以测量轮对车轴中央的直径；5、轮座测量局部：分左、右两局部，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、右轮座的直径进展测量；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、平安与警示：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

15、的平安。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顿。并有气源异常报警提示，状态拦报警提示等。时间：2005年78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局部。针对铁路RD2轮对各部尺寸，确定检测的尺寸包括车轮直径、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工程共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局部组成 ：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

16、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，各方面构造，性能均符合设计要求。时间：2005年910月步骤：1、电气控制系统工作电源参数确实定供电电源包括交流380V和220V两种，考虑到设备与人员的平安，采用交流380V三相四线制，保护接地。电源参数表序号名称型号数量技术参数功能1交流380V1380V+l0，0.3KW驱动交流电动机M2交流220VMT500l220V，500VABPB输Ui 300

17、VAVAR输出工控机，打印机，测量电箱，控制电箱3直流开关电源PMC30112V，30W驱动模拟放大电路4直流24V开关电源S-50-24124V，50W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板卡名称型号数量技术参数主要功能l主板PCA-6179VE1集成显卡、网卡CPU、驱动显示、打印机等2电感放大板CLZ/1-

18、25每板4路输入信号放大传感器的模拟信号3AD采集卡PCL-813B132路单端16路差分输入，12位转换精度对电感放大板送出的信号进展A/D转换4I/O卡PCL730132路隔离I0卡16路TTL输入控制信号的输入输出5继电器板TD7894A2每板8路继电器输出信号与PCL730隔离输出6端子板ADAM3920l32路端子板与PCL730隔离输入连接端子7信号输出板CLZ13132路信号输出3、确定各部测量尺寸的参数轮对各部测量参数统计表测量参数计算公式相关传感器备注踏面磨耗MHMHL=传感器S5的值HMR=传感器S6的值S5、 S6测量部定位滚轮定位直接测量车轮直径DDL=标准件值+S1的

19、平均值*2DR=标准件值+S2的平均值*2S1、 S2由V型块定位直接测量，剔除擦伤、剥离数据车轮圆度用最小二乘圆法计算：*=2*n， y=2Yn ；R=rn；圆度=Rma*RminS1、 S2剔除擦伤剥离数据同轮直径差SL=2(R1ma*R2min)S1=2(R2ma*R2min)剔除擦伤剥离数据同轮对直径差DL-DR车轮偏心用最小二乘圆法计算车轮偏心圆心坐标：*=2*n，y=2Yn剔除擦伤剥离数据车轮踏面擦伤、凹陷HL-S1的平均值SlminHR=S2的平均值S2min车轮轮缘厚度传感器S7、S8的值S7、 S8测量部定位滚轮定位直接测量车轮轮辋宽度传感器S9、S10的值S9、 S10测量

20、部定位滚轮定位直接测量轮辋外碾宽度左：S11-S9的值右：S12-S10的值S9、 S10S1 3、 S12轮对内侧距L=S3S4S3、 S4直接测量轮对内侧距最大差L=Lma*-Lmin车轴中央直径2*Sl5的值S15直接测量轮座直径左：标准件值牛S16的值*2，右：标准件值十扎7的值*2S16、 S17直接测量车轮轮辋厚度左：S13-Dl，右：S14-DRS1、 S2S13、 S14效果检查：轮对自动测量机经过试用说明：可以在轮对检修过程的收入和支出工位对15项26个几何尺寸进展全面的接触式自动测量。技术成熟、直观，且所选量仪技术先进、测量精度高、稳定可靠。时间：2005年11 12月步骤

21、：1、量仪与电控的联合调试：对各紧固件、各运动局部的灵活平稳性、振动情况、温度特性、绝缘性等指标进展了测试。各局部性能符合要求。2、机械、电控、软件调试：对机械传动、气动控制、电气控制、测量装置以及工控机自动控制系统进展了调试，均到达了设计要求。3、测试试验：对车轮直径、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工程共15项26个参数数据进展了测试试验。试验测试数据结果均到达设计要求。经过上述三个阶段对轮对自动测量机的重要系统和主要性能参数进展测试，均到达了设计要求，能够满足轮对检修的生产实际需要。检测结果符合中华人民*铁道部?铁路货

22、车轮对和滚动轴承组装及检修规则?工艺标准的要求。1、请看活动前后目标比照柱状图：2、提高了测量精度，实现轮对测量数据共享，数据支持HMIS信息管理系统。小组经过一年的攻关活动完成了课题，到达了预期目标，并通过了局科委的科技成果鉴定，具有以下显著效果：1、减少了劳动力，降低了本钱。采用人工收入轮对时需要4名工作者，而采用轮对自动测量机则只需2名工作者。一名劳动力按12000元的年收入工资，每年可降低24000元的工资支出。具有较好的经济效益。2、提高了轮对收入的生产效率，采用人工收入轮对时，每条轮对需要6分钟。而采用轮对自动测量机每条轮对需要2.5分钟，按每天80条轮对计算，每天可减少约280分

23、钟的工作时间，劳动生产率提高了60左右。3、大大降低了工人的劳动强度。一个现代化企业的重要现代化程度指标之一就是工人的劳动强度是否减轻，而轮对尺寸自动检测的实现，是表达企业现代化的重要因素之一，具有较好的社会效益。4、大大提高了轮对的检修质量。轮对是货车车辆上的重要互换性部件，其技术状态直接影响到车辆的运行平安和速度，而轮对检修质量的提高则是保障车辆高速重载、平安运行的有力措施。轮对自动测量机投入使用是提高轮对检修质量的有效手段，为本段的车辆检修质量升级奠定了良好的根底。实现了轮对检修质量的人机联控，最大限度地减少了人为因素检测失误造成的返工。轮对自动测量机不仅提高了测量精度，而且实现了数据共享和计算机网络管理；数据支持HMIS信息管理系统，对检测数据的传送、调用、检查等快捷、省时省力，有效地提高了铁路轮对检修质量。 轮对自动测量机的研制使用，创造性地解决了生产中的关键问题，收到了预期效果。为确保轮对自动测量机的正常使用，小组编制了轮对自动测量机使用维护说明书、操作规程和检修规程，制定了巡回检查和保养制度及检定周期。经技术科提出，段长批准已将轮对自动测量机的使用维护说明、操作规程、检修规程、巡回检查、保养制度和检定周期纳入了企业标准。今后我们小组针对设备使用车间在轮对检测过程中存在的问题，认真总结，不断改进完善设备的使用性能。*北车辆段月山设备管理QC小组2006-3-21. z