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1、摘 要随着铁路的连年提速，铁路巡道工可以有效工作的无车时间越来越短，原有的人工拉线检测方法已经不能适应公务检测要求，便携式轨道检测车能够大幅度提高铁路巡道工的检测效率，减轻巡道工的劳动强度，使用便携式轨道检测车进行线路日常检测是工务检测的必然趋势。本文提出了便携式轨道检测车的总体方案，根据铁道部各项标准提出了总体性能要求，并作了便携式轨道检测车的总体布置设计。设计了轨道几何形位参数包括轨距、水平、高低、轨向、里程等参数的测量方案。从根本上解决了以往轨道几何形位参数测量过程中，因为难以找到可靠测量记录使得精度一直难以提高的问题。完成了便携式轨道检测车的结构方案设计，根据系统总体结构布置，对倾角传
2、感器、磁栅尺传感器、电涡流传感器、光电编码器做了一定程度上的性能分析，确定了其安装方法。叙述了便携式轨道检测车的发展里程和前景。关键词：轨道检测；结构设计；测量参数。全套图纸加153893706AbstractYear after year with the speed railway, the railway workers can effectively patrol road work car-free time is more and more short, the man pull detection method can not meet the requirements of p
3、ublic inspection, portable track inspection vehicle can significantly improve the railway workers Patrol Road detection efficiency, reduce labor intensity patrol road workers, the use of portable track inspection vehicle for line detection routine testing is the inevitable trend of public works. In
4、this paper, the overall portable track inspection vehicle program, according to the criteria proposed by the Ministry of Railways overall performance requirements, and made portable track inspection vehicles overall layout design. Geometrical design parameters, including track gauge, level, height,
5、and track the mileage and other parameters in the program. A fundamental solution to the previous track geometry measurement position and configuration process, it is difficult to find reliable records makes the accuracy of measurement has been difficult to raise the issue. Completion of the structu
6、re of portable track inspection vehicle design, the overall structure of the system layout, on the angle sensor, magnetic grid scale sensors, eddy current sensors, optical encoder to do a certain degree of performance analysis, to determine its installation method. Describes the development of porta
7、ble track inspection vehicle mileage and prospects. Keywords: track detection; structural design; parameter measurement朗读显示对应的拉丁字符的拼音字典目 录摘 要IAbstractII第1章 绪 论11.1 设计T型轨道测量小车的背景11.2 T型轨道测量小车的概况11.2.1 T型轨道检测小车的发展11.2.2 T型轨道测量小车的应用31.2.3 T型轨道测量小车的测量意义31.3 T型轨道测量小车的工作原理41.4 T型轨道测量小车的特点61.4.1 T型轨道测量小车的优
8、点61.4.2 T型轨道测量小车的缺点6第2章 T型轨道测量小车的总体方案设计72.1 给定的设计原始数据72.2 T型轨道测量小车的总体方案72.2.1 总体测量方案72.2.2 系统组成82.2.3 总体结构布置设计92.3 T型轨道测量小车的方案对比11第3章 T型轨道测量小车主要零部件的设计与计算123.1 T型轨道测量小车的零部件设计与计算123.1.1 行走轮机构的设计123.1.2 导向轮机构的设计143.1.3 测量轮机构的设计153.1.4 可伸缩把手的设计163.1.5 深沟球轴承的校核173.2 T型轨道测量小车的结构设计183.2.1 T型轨道测量小车的组成183.2.
9、2 T型轨道测量小车车架方案设计183.2.3 T型轨道测量小车测量参数的定义以及传感器的选型、安装20第4章 T型轨道测量小车单片机测控电路设计254.1 总体设计254.1.1 系统总体设计254.1.2 系统工作流程254.1.3 主机的选择274.2 硬件模块设计274.3 信号调理电路原理图的设计284.3.1 信号调理284.3.2 电源变换304.4 CPU处理模块原理图的设计314.4.1 CPU的选用及其性能介绍314.4.2 A/D芯片的选用及其性能介绍324.4.3 硬件接口设计334.5 基于U盘得单片机海量存储PCB板的设计344.5.1 USB系统组成354.5.2
10、 嵌入式USB主机接口芯片SL811HS介绍354.5.3 单片机与SL811HS的硬件接线38结 论40致 谢41参考文献42ContentAbstractIIChapter 1 Introduction11.1 Measurement of T-rail car design background11.2 Measurement of T-track profile of the car11.2.1 Detection of T-track the development of car11.2.2 Measurement of T-rail car applications31.2.3 T
11、-track measurement of significance of measuring car31.3 T-track measurement car works41.4 T-track measurement of the characteristics of car61.4.1 T-track measurement of the advantages of car61.4.2 T-track measurement of the shortcomings of the car6Chapter 2 T-track measurement of the overall car des
12、ign72.1 The design of the original data given72.2 T-track measurement of the overall program car72.2.1 Overall measurement scheme72.2.2 System components82.2.3 Overall structure of the layout design92.3 Measurement of T-track comparison car program11Chapter 3 Measurement of T-rail car design and cal
13、culation of the main components123.1 Measurement of T-track design and calculation of car parts123.1.1 Walking round the design of institutions123.1.2 The design guide wheel mechanism143.1.3 Measuring wheel mechanism design153.1.4 The design of the telescopic handle163.1.5 Check deep groove ball bea
14、rings173.2 T-track measurement of car design183.2.1 T-track measurement of the composition of car183.2.2 Measurement of T-rail car chassis design183.2.3 Measurement of T-rail car and the sensors measure the parameters of the installation of the definition of car20Chapter T-track measurement car MCU
15、Control circuit design254.1 Overall design254.1.1 Overall system design254.1.2 System Workflow254.1.3 The choice of host274.2 Hardware Module274.3 Signal conditioning circuit schematic design284.3.1 Signal Conditioning284.3.2 Power conversion304.4 CPU processing module design schematic314.4.1 Descri
16、bed the selection and performance CPU314.4.2 A / D chip and the performance of selected introduced.324.4.3 Hardware interface design334.5 U disk based mass storage may MCU PCB board design344.5.1 USB system components354.5.2 Embedded USB host interface chip SL811HS Introduction354.5.3 The hardware c
17、onnection between SCM and SL811HS38Conclusions40Acknowledgements41References4242第1章 绪 论 1.1 设计T型轨道测量小车的背景目前，我国铁路整面临着第六次提速的考验。此前我国铁路已经经过了5次成功的大提速，将线路平均时速已经从时速48公里/小时提升至部分线路平均时速200公里/小时，而且在不就后还将进行第7次大提速。提速在给人民生活带来方便的同时，也在考验着我国的铁路技术，行车新路轨道检查是其中重要的一项工作，检查工作的质量不仅仅影响到行车安全而且影响到旅客乘车的舒适程度。线路检查是获得线路设备状态、掌握线路设
18、备状态变化规律、编制线路作业计划和分析研究身背病害的主要依据。线路检查的主要对象是轨道几何参数，判断铁轨轨向、高低等参数是否符合安全性和平顺性的要求。轨道参数检测分为动态检测和静态检测，动态检测是在对检测线路在机车车辆运行中的动力作用下发生的弹性形变和永久形变进行检测，其主要检测设备是高速轨检车，但高速轨检车价格昂贵，难以推广至工务段使用；静态检测是用轨道检查仪或人工方法检测线路铁轨的轨向、高低、轨距等几何参数。人工检测手段是由有经验的工人采用人工拉弦法进行轨向测量，使用轨道尺检测轨向和轨距。因人工检查存在速度慢，不可靠等诸多问题，在今年已开始研究检测速度快、使用简便的轨道检测仪以代替人工检查
19、，目前已经有产品投入使用。1.2 T型轨道测量小车的概况1.2.1 T型轨道检测小车的发展随着国民经济的迅速发展，对铁路运输能力的需求越来越大，起运营速度与效率也显的越来越重要。许多既有干线的年运量与运营速度基带进一步提高，实现快速化，高速化是当代铁路业技术发展的重要标志。我国近几年铁路业既有线提速大发展，旅客列车最高速度达到160km/h，随着秦沈新建200km/h客运专线的开通，既有线提速目标值又有了新的发展。列车行车速度的提高对路基的强度、刚度、下沉变形、水稳定性及运营养护等方面提出了新的要求。所以对于既有铁路基在运营状态情况下进行提速改造已成为公务部门的一项重要任务之一。2007年我国
20、既有线开行最高时速为200250km/h的动车组，同时开行时速120km/h的重载货物列车。快速列车运行要求轨道经常保持高平顺性，而重载货车对轨道的破坏力对经常保持高平顺性体出了挑战。在线路动态监测方面逐步形成了以动车组综合检测体系。静态检查从传统的手工检查向以机械电子线路检查仪、三位精密测量系统等新型检测手段转变。随着检查监控体系的逐渐完善，研究这些检测技术如何更好的对我国轨道几何状态的控制有着重要意义。我国铁路的行车条件是相当复杂的。高速度、高密度、大运量的复杂行车条件下，列车作用于轨道机构的荷载频率和大小越来越高，迫切需要对轨道进行改造或设计出结构更合理的轨道型式，使之能很好的与不断变化
21、的运营条件相适应。高速铁路要求轨道几何形位必须保持极高的平顺性，否则，轨面很小的变形都可能引起巨大的轮轨冲击力，造成轨道不见的伤损，影响行车安全和舒适；提速线路是客货共线，货车的轴重大，荷载作用次数多，轨道几何形位变化较快，而快速行驶的客车则需要较高的轨道平顺性，这样，线性和轨道形位的保持因运输条件的变化而难以协调，但是，还必须在养护时间非常紧张情况下，保持其对两种运输条件的兼容性；同样，重载运输对轨道结构破坏巨大，轨道结构变形势必对行车的平稳性和安全性产生影响。隐刺，轨道结构的选型方法、轨道结构合理配套以及轨道几何状态形位规律及其变形控制和评估方法的研究成为目前迫切需要解决的问题。轨道结构几
22、何形位的变化实质上已经成为当前铁路轨道结构破坏的主要表现形式，因此，基于变形控制的理论，研究不同行车条件下有渣轨道结构的轨道几何状态行为特征、评估方法及其养修标准和养修技术等，已经成为减少轨道养护维修费用。延长轨道结构及部件使用寿命、提高轨道结构整体性能、保证铁路行车安全舒适上不可或缺的技术保障之一。研究在不同轨道结构及状态下，如何保持轨道几何不平顺动态受控，确保行车平稳与安全，是一个长期的课题。而做好轨道几何状态控制研究的首要问题是掌握轮轨作用下轨道几何不平顺的变化规律，这就必须借助检测手段来实现，而现代计算机技术和先进的检测手段为我们快速获得这些数据提供了可靠、有效的技术保障。目前，轨道几
23、何状态的检测技术分两类，一类是静态检测技术，主要包括传统的轨距尺、弦线测量、手推式新路检查仪等；另一类是动态检测技术，主要包括轨道检查车、动车组综合检测车、车载式和便携式检查仪等。国外轨道检测技术从20世纪60年代以后，欧、美、日等许多发达国家相继研究并开发出高新技术轨道检查车，检测的精度、速度不断提高，检测项目功能不断完备。如今我国的便携式轨道测试仪应用软测试技术，通过侧量列车车体得震动来间接测试轨道的不平顺性。轨道和列车是一个复杂的震动耦合系统，列车车体震动与列车速度。轨道状况及列车自身的结构等因素之间存在的一定的非线性关系。测试仪就是通过测量车速和车体的震动加速度与可调的经验门限值比较来
24、判断轨道的质量状况，检测故障点，其测速单元不仅检测列车的速度，而且由车速累计里程，给故障点提供定位参数。现有轨道动态测试仪的测速元件存在以下主要问题：第一，测速传感器安装好后，无法检测器是否能正常工作，只有当列车开动后才能检测，一旦不能工作，就要等列车停下来做调整。第二，安装不方便。测速装置安装条件差，要求高，时间紧迫，且每次检测都要安装、拆卸一次。第三，里程误差由于累积而增大，导致故障点定位不准，曾试图采用人工校正的方法来减小里程误差，但是列车速度很快，人的反应很难做到准确及时难免造成操作误差，也大大增加了操作人员的工作强度。为彻底解决轨道测试仪实际使用中存在的主要问题，必须考虑采用新的测速
25、定位技术来代替光电传感器测速元件。GPS卫星定位系统能提供全天候、连续、实时的高精度导航参数，实现三维定位，兵可提供精确的时间信息，应用GPS定位系统进行定位有多种实现方式：第一，以GPS提供的给定坐标系下的经度、纬度和高度信息进行直接定位；第二，由GPS精密的授时功能，可以解决工程中一些精确定位问题。1.2.2 T型轨道测量小车的应用 T型轨道测量小车是交通部门，轨道检修部门，大型的开采金属、煤矿行业广泛应用的设备，每年有大量的运输轨道需要用到轨道检测小车进行轨道检测。例如在交通部门，随着火车行驶速度的不断提高，对轨道的要求也随之提高，每节轨道上每天有上百辆的火车通过，日积月累，就必然对轨道
26、表面的一些几何参数造成不同程度上的损坏，这就要求轨道测量小车针对这些问题对轨道进行细致的检测，以便检测人员可以及时的发现轨道上的问题，及时修理，避免危险的发生。在大型的开采金属、煤炭行业里，每天都有很多开采出来的矿物需要运输到外面，在这过程中，很容易由于煤渣掉落在轨道上，导致轨道发生几何变形，影响工作效率，甚至产生生命危险，这同样需要轨道检测小车来进行检测，及时发现毛病，以确保工作的顺利开展。 随着经济迅速的发展和人民生活质量的提高，人们对于交通安全的观想显得特别中要，这些保证安全的工作都需要用到轨道检测小车。总之，轨道检测小车在交通部门等许多部门起着重要的作用。1.2.3 T型轨道测量小车的
27、测量意义铁路运营安全性一直是关系到经济发展和人身安全的重大问题。铁路运营速度的提高，安全性和可靠性的需求，对铁路养护工作提出了更高的要求。为了保障铁路运输的安全与畅通，提高运营效率，为整个国民经济服务，必须保持设备的完好率，对关键设备的状态进行实时监控，尤其是火车的载体铁轨。目前虽然有轨检车得检查结果作为评价线路的标准，但是对线路故障的检测仍依赖与大量有经验巡道工的目视检查，这种方法存在一些弊端：（1） 效率低下。（2） 容易漏检。（3） 容易受天气、环境、检测工责任心等主客观因素影响使铁轨缺陷检测无法保证安全性的问题。（4） 在列车运行速度逐步提高的情况下，巡道工的人身安全也是需要关注的问题
28、。因此，如何实时监控铁轨的真实情况，为维修部门提供可靠的数据，是摆在科技工作者面前的一个重要任务。现在利用计算机和图像处理技术研制的轨道检测小车为轨道检查提供了更有效，更经济的途径。可以看出，T型轨道测量小车对与进行铁轨缺陷检测的研究具有重大的实用意义。1.3 T型轨道测量小车的工作原理T型轨道测量小车的基本检测原理是弦测法：高低和轨向的测量，使用的方法都是弦测法。如图1-1所示，要测量途中轨道曲线的不平顺性，以等弦长s对整段曲线进行分段测量。而后按照弦测法的以小推大法得到比s大的弦长L上的不平顺。图 1-1 弦测法原理设轨道的真正不平顺为，系统测量值为，则按照以小推大法将推至国家铁路检测相关
29、要求的弦长上的不平顺值。在我国线路检测的相关标准中，对于高低的衡量标准是弦长为20m的拱高，而本系统的测量弦长为0.5m，按照弦测法的原理，可以将短弦长的拱高转换为长弦长的拱高，这种转换方法叫以小推大法。图 1-2 弦测法以小推大原理以小推大法的具体原理如图1-2所示，ABC为一段圆弧线，自A点开始用长为L1弦对圆弧进行拱高测量，步距为L1/2。测得的拱高分别为，, ，测量点弦长中心到圆弧中心的连线与曲线中点B至圆弧中心连线的夹角一次为，., 。则所求的拱高为：1.4 T型轨道测量小车的特点1.4.1 T型轨道测量小车的优点T型轨道测量小车的优点：工作效率高，构造简单，尺寸紧凑，维护简单，修理
30、和更换易损零件容易，设备自重轻，不容易漏检，不受天气，环境等客观因素影响而使轨道检测无法保证安全性的问题。1.4.2 T型轨道测量小车的缺点T型轨道测量小车的缺点：仍受到工作人员责任心等主观因素的影响，无法保证测量数据的精确度，第2章 T型轨道测量小车的总体方案设计2.1 给定的设计原始数据表 2-1 原始数据 技术指标检测项目检测精度量程左、右高低(10米弦)0.5m m+/-25 m m左、右轨向(10米弦)0.5m m+/-25 m m轨距0.5m m14101460m m水平(2.4米基长)及超高1.0m m+/-200 m m扭曲(由水平计算得到)1.0m m+/-200 m m线路
31、纵向坡度?0.05。+/-35。轮缘槽间距0.5m m+/-25 m m里程0.01 m01000K m2.2 T型轨道测量小车的总体方案2.2.1 总体测量方案便携式轨道测量小车是无动力手推轨检车。轨检车推行速度1m/s左右，车架通过三个行走轮支撑与轨道踏面上方，行走轮轴线平行于车架横梁。由设计任务可知，轨道参数检测项目包括轨距、高低、水平、轨向、里程。所谓轨距就是指钢轨踏面下方16mm出左右两股铁轨内侧之间的距离。轨距测量可以在车架上钢轨踏面下方16mm处安装弹簧张紧机构，由磁栅尺传感器测量得到。所谓水平指的是给定长度上左右两轨之间的水平高度差。由于归于轨距参数可以直接测得，因此水平可以通
32、过测量轨检车的横梁水平倾角，再通过三角函数关系式得到，只要在便携式轨道检测车的车架横梁上安装一个倾角传感器就可以测量得到。轨向值得是线路中心线在水平面上的位置，直线段线路轨向用10m弦量误差不超过5mm，曲线段轨向用20m弦量现场正矢值。高低指的是一股钢轨踏面上在垂直方向上的比平顺程度。根据铁道部标准，测量高低要求取前方10m弦范围内，与实际线路最大偏差值。故轨向，高低，水平等参数都是以一定长度线路来定义的，并且这个线路长度远远大于便携式轨道检测车的尺寸。对于便携式轨道测量车来说，直接测量轨向、高低、水平等参数是不可能的。因此，本论文采用倾角传感器来定位，利用已知坐标值的基准靶，结合双轴倾角传
33、感器测量得到的两个角度，通过刚体位移方程的逆向求解得到便携式轨道检测车，在大地坐标系下的位置和姿态。很据直接测量得到的轨道上被监测点基于轨检车固连坐标系的相对坐标值，再利用刚体位移方程正向求解进行坐标变换，得到轨道上被测量点基于大地坐标系下的坐标。将测量得到的点的坐标进行拟合就可以得到空间曲线，这样同过计算，就可以得到轨向、高低、水平等轨道几何形位参数了。2.2.2 系统组成该轨道检测车系统有机械系统，测量系统，数据采集、处理与存储系统，计算与分析软件包组成。如图2-1所示。 图 2-1 轨道自动检测车系统构成机械系统：机械系统包括检测车车架、导向机构、轨距测量机构、行走机构等组成。车架由行走
34、机构争持与轨道踏面上方。测量系统：测量系统包括轨距测量系统、水平测量系统、高低测量系统、里程测量系统。轨距测量系统才用常规的磁栅尺传感器测量，测量可靠，简单。水平测量系统采用倾角传感器测量，两个倾角传感器左右对称安装，可以大大减小横梁中部微量变形产生的测量误差。高低测量系统采用电涡流传感器来进行测量。里程测量系统采用光电编码器进行测量。数据采集、处理与存储系统：包括信号调理电路，滤波电路，多通道数据采集卡，笔记本电脑，软件开发平台、信号显示、存储、输出等。计算与分析软件包：计算与分析软件包包括测量控制软件，数据处理软件，报表生成软件，轨道综合管理和数据库。2.2.3 总体结构布置设计 总体结构
35、布置如图2-2。轨检车总长1580mm，总宽1300mm，总高832mm。主要结构由纵梁、横梁、行走机构、导向机构、轨距测量机构、推把、笔记本电脑架等组成。其中横梁和纵梁是整个轨检车的支撑件。同过三个行走轮将轨检车支撑与铁轨踏面上方。三个行走轮通过轨检车自身重量紧靠铁轨踏面，故测量时三个行走轮构成的平面即铁轨踏面上测量点所成平面。右侧横梁上一个导向轮机构用于使轨检车纵梁沿着铁轨切向行走。导向轮弹簧刚度系数较大，以保证导向作用。纵梁中心有一个测量机构，测量轮位于行走轮轮缘最低处以下16mm处，以保证所测轨距为轨道踏面下方16mm处轨距。笔记本电脑架通过焊接固定于横梁上方。 1、纵梁 2、推把 3
36、、笔记本电脑支架 4、横梁 5、测量机构 6、采集箱 7、导向机构 8、行走机构图 2-2 总体结构布置图2.3 T型轨道测量小车的方案对比单片计算机是将电子计算机的基本环节，如：CPU，存储器，总线，输入输出接口等，采用集成电路技术集成在一片硅基片上。由于单片计算机体积很小，功能强，因而广泛用于电子设备中作控制器之用。目前，大到导弹火箭国防尖端武器，小至电视机微波炉等现代家用电器，内中都毫无例外地运用单片计算机作为控制器，因此,从控制的观点，也常称它为单片控制器。单片微控制器的工作离不开软件，即固化在存储器中的已设计好的程序。所有带单片微控制器的电子设备，它的工作原理当然与具体设备有关.但它
37、的最基本的原理是一样的，即；1)从输入接口接收来自外界的信息存入存储器。这些信息主要包括二部分：来自诸如温度压力等传感器的信息；来自人工干预的一些手动信息,如开关按钮等操作。2)单片微控制器中的CPU根椐程序对输入的数椐进行高速运算处理。3)将运算处理的结果通过输出接口送去控制执行机构，如继电器，电机，灯泡等。当前这个过程不断重复着，即系统中的微电脑不断监视着各种信息，并及时作出不同的处理使系统正常运行。 PLC是工业控制计算机。采用梯形图、助记符、功能图等编程语言，完成逻辑运算、顺序控制、记数、定时、计算及模拟量处理等功能。具有光电隔离的输入输出端子，可代替大量的定时器、记数器、继电器，具有
38、极高的可靠性。通过各种扩展模块，可增加输入/输出点数，增加模拟量功能如可直接接热电偶等，增加通信功能及特殊通信协议等，具有较高的使用灵活性。 PLC与单片机最主要的差别：PLC包括操作系统及强电的光电隔离的输入/输出，方便应用并具有极高的可靠性与抗干扰能力、扩展能力及使用方便性。 PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则
39、而设计。而本设计不会用到plc控制系统，所以经研究比较，为了简单的实现本设计的控制功能，本设计选用单片机控制系统。第3章 T型轨道测量小车主要零部件的设计与计算3.1 T型轨道测量小车的零部件设计与计算3.1.1 行走轮机构的设计行走机构主要有支架、行走轮、支承轴、深沟球轴承以及轴套组成。行走轮用于支撑轨检车车体，并能够在铁轨踏面上沿轨向作纯滚动。支架顶部通过两个螺栓固定与轨检车纵梁或横梁。支架上滚动轴的安装孔轴线与轨检车横梁顶面保证一定的平行度，同时，行走轮保证一定的圆柱度，以保证轨检车在推行过程中横梁上平面与轨道踏面上三个支撑点所称的平面平行。1、支承轴 2、六角头螺母 3、轴套 4、深沟
40、球轴承 5、支架 6、行走轮图 3-1 行走轮机构机械产品并不是零件的简单组合，其中各个零件都是以一定的方式相互联系并具有互换性。任何一个零件的尺寸偏差、轴线或表面的形状和位置误差，都将是装配组件中的其他零件产生形状和位置误差。这些误差综合起来，就会对产品的质量特性产生影响。便携式轨道检测车为高精度测量仪器，个零件的形位公差将大大影响仪器的测量精度。控制零件以及零件之间的形状位置公差在便携式轨道检测车的设计中显得尤为重要。在确定便携式轨道检测车的行为公差是主要考虑一下因素：（1） 零件在装配组件中的功能。（2） 零件上个表面的作用。（3） 零件表面形状和位置误差对相邻零件的影响。（4） 零件的
41、行为公差对整体测量精度的影响。便携式轨道检测车通过行走轮支撑与轨道踏面上方，在测量中，以行走轮轮轴所确定的平面来代替轨道踏面上三点所确定的平面，因此行走轮的形位公差对测量结构影响甚大，是设计中应该仔细考虑的问题。行走轮形位公差如图3-2所示。行走轮支架形位公差如图3-3所示。图 3-2 行走轮形位公差图 3-3 行走轮支架形位公差3.1.2 导向轮机构的设计 导向轮机构起到导向作用，使轨检车纵梁始终沿着铁轨切向行走，以保证测量所得的轨距、水平等参数为轨道真实参数。其结构由支架、导向杆、深沟球轴承、弹簧、导向轮以及筋板组成。为了保证导杆不至于卡死，保证支撑杆与轨检车横梁的平行度。深沟球轴承用于支
42、撑导向轮，使其不向一侧倾斜，同时也起到导向作用，使导向轮沿深沟球轴承导槽滑动。深沟球轴承外圈与导槽留有0.02mm间隙，确保其沿导槽滑动。同时，为了减少导槽与深沟球轴承外侧的摩擦，保证导槽壁粗糙度1.6。弹簧有效行程与轨距测量机构中的弹簧行程相同，取为24mm。1、弹簧 2、导向杆 3、支架 4、筋板 5、导向轮 6、深沟球轴承图3-4 导向轮机构3.1.3 测量轮机构的设计测量轮机构在纵梁中部安装，用于测量轨距等参数，其结构如图3-5，主要有支撑架，两个导向杆、两个测量轮、两对深沟球轴承、四个弹簧、筋板等组成。支撑架用于支撑整个测量轮机构。磁栅尺传感器与导向杆连接，由于磁栅尺传感器触头由其自
43、身弹簧弹力作用，因此能够保证磁栅尺传感器触头与测量轮保持接触状态。由表2-1，轨距测量范围为1410-1460mm，故弹簧行程35mm能够满足测量要求。导向杆由两个支架支撑，能够保证导向杆横向和纵向的自由滑动。测量轮机构通过支撑架顶部平面和轨检车底部连接，通过螺栓连接安装与总量下方。为了保证导向杆横向自由滑动，保证深沟球轴承安装孔与轨检车横梁的平行度。1、深沟球轴承 2、轴套 3、导向杆 4、弹簧 5、支架 6、筋板 7、轮架 8、测量轮图 3-5 测量轮机构3.1.4 可伸缩把手的设计可伸缩把手安装在横梁偏左边位置，用于推动轨道测量小车行进，其结构如图3-6所示，主要由把手杆，拧紧螺栓，固定
44、架等组成。拧紧螺栓用于控制把手的伸缩，确保把手在任意长度上都可以稳定的推动小车行进。固定架用于固定把手的位置，使测量小车可以更顺利的行进。1、把手杆 2、拧紧螺栓 3、固定架图 3-6 可伸缩把手机构3.1.5 深沟球轴承的校核本设计校核低速轴上轴承寿命，该轴上的轴承只受径向载荷，轴承的预期计算寿命。轴承对轴的支撑力与轴承上所受到的径向载荷是一对作用力与反作用力。每个轴承受力为： 式中 m测量小车的质量（kg）； g重力加速度，在这里取9.8m/s； 轴承数量带入数据，可求的：轴承的转速为：式中 小车行进速度（m/s） 走行轮走一圈的长度（m）带入数据，可求的：查机械设计第七版页公式（135）
45、知，以小时表示的轴承寿命为：式中 n轴承的转速（r/min）； C轴承的基本额定动载荷（KN）； P载荷（KN）； 指数，对于球轴承，=3。轴承的转速n=，从最新轴承手册页表3.1-3查得代号为6000深沟球轴承的基本额定动载荷C=4.58kN，将相关数据代入轴承寿命计算公式可求得：远大于，轴承的寿命满足设计要求。3.2 T型轨道测量小车的结构设计3.2.1 T型轨道测量小车的组成车架部分；行走机构部分；导向机构部分；测量机构部分；单片机部分；其他。3.2.2 T型轨道测量小车车架方案设计根据总体设计，检测车车架设计成T型结构。纵梁和横梁采用内部掏空的长方体框架，如图3-7所示，这样可以在不增
46、加检测车重量的前提下大大提高轨检车车架的刚度。同时，可伸缩推把安装与横梁偏左的位置，为了便于拆卸，所有连接采用普通螺栓连接。图 3-7 小车车架结构3.2.3 T型轨道测量小车测量参数的定义以及传感器的选型、安装1、 轨距轨距指的是在钢轨踏面下方16mm处左右两股铁轨内侧作用边之间的最小距离。我国铁路直线轨距标准规定为1435mm，称为标准轨距。轨距偏差过大，会使车轮掉道和卡轨。即使轨距尚未扩大到会使车轮掉道的程度，如果车轮锥形踏面的大坡度段已进入轨顶内侧圆弧内，仍然会在轮轨间产生较大的横向推力。测量轨距的磁栅尺传感器我选择的是MSK100H1型磁栅尺传感器，该传感器为非接触式测量，无背隙问题，高抗污染能力，安装简易，允许误差大，拥有坚固耐用的磁性测量系统，具备很高的分辨率，输出电压信号。我把MSK100H1磁栅尺传感器安装在水平测量轮的支撑架上，靠近测量轮，通过测量轮与轨道内侧的距