浅谈数控不落轮镟床测量装置驱动方式

浅谈数控不落轮镟床测量装置驱动方式

朱勤杰,陈劲松,张亚景

（福州地铁集团有限公司运营事业部，福建 福州  350000）

摘要：数控不落轮镟床是一种基于计算机数控技术的高精度设备，其中测量装置是不落轮镟床的核心部件之一，主要作用是用于测量被测曲面的形状、尺寸、跳动量等参数，它可以实现对复杂曲面的三维测量，具有高精度、高效率、高稳定性等特点，而驱动方式是控制测量装置的关键因素之一，不同的驱动方式可能会对测量装置的精度、稳定性和可靠性产生不同的影响。因此，本文将浅谈不落轮镟床测量装置的几种驱动方式。

关键词：数控不落轮镟床；驱动方式；测量装置

引言

数控不落轮镟床作为地铁行业中的重要工艺设备之一，具有加工范围广、加工效率高、精度高等优点，肩负着各种列车车轮轮廓修复、制动盘加工和保障列车平稳运行的重要责任。不落轮镟床的主要组成部分包括轨道、横梁、机座、轮对驱动装置、轮对固定装置、数控车削滑架、测量装置、液压/气压系统、电气设备和控制系统等模块，其中测量装置是不落轮镟床的核心部件之一，测量结果的准确性直接影响镟修结果。而测量装置的驱动方式有多种选择，包括电机驱动、液压驱动、气动驱动等，不同的驱动方式具有各自的特点和适用范围。

一、不落轮镟床测量装置概述

测量装置安装在不落轮镟床车削滑架上，包括直径测量装置和轮廓磨损测量，集定位、磨损和轮径测量为一体，可实现轮对轮廓上的磨损和轮径测量以及刀架的自动定位。测量装置可对列车轮对的车轮直径、轮对内侧距、径向跳动、端面跳动、轮缘厚度、轮缘高度、QR值等参数进行高精度的测量，得到准确的测量数据，为轮对镟修、轮轨关系研究等工作提供依据。

1.定位：左右滑架内都布置有一个可伸出的测量装置以测定轴向、径向位置和轮箍断面的磨损值。借助这个由两个不同的测量轮构成的装置可使车刀相对轮对自动定位。

2.车轮直径：是由两个经过淬火的钢制测量轮分别测量单个车轮的圆周曲线而换算得到的。在测量开始前，将反光膜贴在车轮外侧表面上与光栅同高的位置；由光栅计数确定车轮旋转的圈数计为N；测量轮支架固定在车削滑架上并以外力将测量轮压紧在车轮上，测量轮转动的圈数n直接传到一个旋转编码器上；测量轮的直径为固定值，计为d。由于车轮与测量轮接触面为滚动摩擦，两者的行程相等，故车轮直径D=n*d/N。

3.轮对内侧距：当车轮转动时，测量轮分别紧贴车轮内侧表面，计算两测量轮之间的距离可得轮对内侧距。

4.径向跳动：测量轮支架集成在车削滑架中，可在垂直方向上下窜动，其原理与百分表相同。

5.轮缘厚度、轮缘高度、QR值：当车轮转动时，测量轮紧贴车轮表面，可以跟随曲面进行运动，从轮缘顶点缓缓移动到踏面外缘，通过传感器实时反馈数据，数控系统可以对数据进行处理和分析，最终得到高精度的测量结果。另外磨损轮廓上测量点的数目和位置是可选的。

6.精度检测和校准：数控不落轮镟床测量装置可以通过测量标准零件或其他已知尺寸的物体，进行精度检测和校准，保证测量装置的精度和稳定性。

二、测量装置驱动方式

不同的驱动方式对不落轮镟床测量装置的影响是不同的，下面主要介绍电机驱动、液压驱动、气动驱动3种驱动方式。

（一）电机驱动

测量装置电机驱动是指通过电机将电能转换为机械能，从而实现测量装置的动力驱动。在不落轮镟床测量装置中，电机驱动通常需要结合编码器或脉冲发生器等设备，实现对测量装置运动状态的实时监测和反馈控制，同时，还需要考虑电机驱动的功率、控制方式、电路保护等问题，确保测量装置能够稳定、准确地工作。电机驱动具有响应速度快、精度高、噪音小等优点，适用于高精度、高速、低扭矩的场合。但电机驱动也存在电磁干扰、换向器磨损等问题。电机驱动包括直流电机驱动、步进电机驱动和伺服电机驱动。

1、直流电机驱动：直流电机驱动是最简单、最基本的驱动方式之一。这种驱动方式适用于简单的机械设备，可以提供较高的转速和较大的扭矩。但是，直流电机驱动的精度和稳定性较差，且容易受到外界因素的干扰。因此，直流电机驱动在不落轮镟床上的应用较为有限。

2、步进电机驱动：步进电机驱动是一种精确、高效的驱动方式，可以提供高精度和高稳定性。步进电机驱动的控制电路比较简单，可以方便地实现自动控制。此外，步进电机驱动在运动过程中不会产生明显震动和噪音，对周围环境影响较小。因此，步进电机驱动是不落轮镟床上常用的驱动方式之一。

3、伺服电机驱动：伺服电机驱动是一种高精度、高速、高扭矩的驱动方式。伺服电机驱动可以提供非常高的精度和稳定性，能够精确地控制设备的运动轨迹和速度。伺服电机驱动的控制系统通常采用闭环控制，通过传感器实时反馈电机的位置、速度和加速度等参数，再根据预设的控制算法进行控制。此外，伺服电机驱动的控制系统可以自适应地调整电机的运动，以适应不同的工作负载。因此，伺服电机驱动是不落轮镟床上最为先进和可靠的驱动方式之一。

（二）液压驱动

测量装置液压驱动是指通过液体传动力量，从而实现测量装置的动力驱动。测量装置液压驱动原理的核心在于液压泵、液压缸和液压控制阀等液压元件的协同工作，通过控制液压系统的压力、流量、方向等参数，实现对测量装置运动的精确控制。液压驱动具有传动力矩大、响应速度快、稳定性好、可靠性高等优点，但是液压驱动也存在液体泄漏、噪音大等问题，不过随着技术的不断进步以及液压系统的不断改进，这些问题已经得到有效的解决，液压驱动仍然是一种可靠、高效的驱动方式。

（三）气动驱动

测量装置气动驱动是指通过压缩空气传动力量，从而实现测量装置的动力驱动。气动驱动的原理与液压驱动类似。气动驱动具有响应速度快、操作简便等优点，适用于轻负载、高速运动的场合，但气动驱动也存在能量损失、气体泄漏等问题。目前气动驱动在不落轮镟床测量装置上的应用相对较少。

从上述对比分析可以看出，不同的驱动方式各自具有优缺点。在实际应用中，需要根据测量装置的具体需求和使用环境，综合考虑各种因素，选择合适的驱动方式。例如，对于需要高扭矩、高速运动的场合，可以选择液压驱动；对于需要高精度、高速、低扭矩的场合，可以选择电机驱动。此外，还需要考虑控制方式、成本、可靠性等方面的问题，确保测量装置能够稳定、准确地工作。

三、未来的展望

随着制造技术和加工工艺的不断提高，数控不落轮镟床测量装置的设计和工艺也需要不断改进，以满足更高的测量精度要求和降本增效要求。以下是一些可能的改进方向：

1.实现无接触式测量：将测量装置与自动化控制系统集成，结合传感器和数据处理技术，在保证高精度的前提下通过对车轮进行扫描即可得到可靠的数据，从而实现无接触式测量，进一步提高作业效率。

2.减少维护和保养成本：改进测量装置的结构、材料和安装方式，减少维护和保养成本，延长测量部件的使用寿命，从而提高经济效益。

3.增加测量参数：将测量装置与探伤设备相结合，在进行轮对测量的同时完成轮对探伤工作。

四、结语

除了测量装置的驱动方式之外，不落轮镟床的其他因素也会影响其测量精度和稳定性，如传感器的灵敏度、测量系统的噪声抑制能力、机械结构的刚度等。因此，在实际应用中需要综合考虑各种因素，选择合适的设备配置和控制方案，以实现更加准确和可靠的测量方式。

参考文献：

[1]不落轮镟床及其在地铁车辆轮对镟修中的应用研究[J].张文君.大科技.2015(35).

[2]不落轮镟床在地铁列车轮对镟修中的应用[J].周志勇.科学技术应用.2016(06).

[3]U2000型不落轮镟床功能的拓展[J].李琳.城市轨道交通研究.2008(01)：35.