钢轨轮廓测量仪的研制

作     者：曹响才 

作者单位：南昌大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱洪涛

授予年度：2013年

学科分类：08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：钢轨外形 轮廓测量 二连杆机构 曲线拟合 仪器标定 

摘      要：钢轨检测在铁道工务管理中占有重要地位,保持钢轨良好状态,才能更好的保证列车高速运行的舒适性和安全性。随着铁路运输高速和重载的发展趋势,钢轨的检测要求也越来越高。钢轨测量仪器的测量精度必须符合标准,同时要求自动化程度高,测量效率高,实时性好。 本文以钢轨轮廓测量仪的研制为目标,围绕着仪器机械结构设计、测量系统的硬件电路设计、测量数据的处理及样机的调试实验等方面展开研究工作。 考虑到钢轨轮廓测量范围的需要及测量精度的要求,本文选择接触式测量方法,采用二连杆测量机构,建立基于测量原理的逆向数学模型,对机构实行最优化仿真设计,提高机构测量精度。完成机械零件图的设计并加工试验机。设计了系统硬件电路,包括传感器电路、单片机电路、A/D转换电路、数据发送电路以及电源电路等,同时设计了数据采集程序,保证测量数据的实时采集和发送。 针对测量机构接触式扫描所得轮廓数据点的数据量大、散乱无序的特点,按照逆向工程获取轮廓的思想,对轮廓数据点进行处理方法进行研究,包括：去噪滤波、精简平滑处理、轮廓曲线的分段拟合等。同时设计用户操作界面,保证测量的钢轨轮廓及磨耗结果实时显示。 对测量仪器的误差来源进行具体理论分析,为提高仪器测量精度,设计了科学合理的标定方案,上标定台完成测量仪的标定。最后,对实验样机进行测量试验,分析试验测量结果,为后续改善仪器测量性能提供实验基础。 试验测量表明,本文设计的基于GJY-T2轨检仪安装的接触式钢轨轮廓测量仪能够测量钢轨轨头、轨腰和轨底,可获得钢轨侧面、垂向磨耗以及判断轨身。测量软件系统的数据处理程序的计算结果也符合设计精度要求。该项研究对钢轨检测有较高的实用价值,具有重要的研究意义。