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机械工程师MECHANICAL ENGINEER网址：www.jxgcs.com 电邮：hrbengineer@163.com 圆园21 年第 2 期MECHANICAL ENGINEER钢轨磨损检测装置结构设计赵紫莹，王泽远，王菁，温锦中，魏晓姮（华东交通大学 机电与车辆工程学院，南昌 330013）0 引言近年来，随着铁路运营里程的增长，铁路运输技术也取得了举世瞩目的成绩。钢轨是铁路轨道系统中的重要组成部件之一，钢轨的状态直接影响轮轨间接触和受力情况，间接影响了车辆的安全性、舒适性和稳定性。钢轨承载着列车的静、动态载荷，经过车轮反复碾压，会导致钢轨磨损加重、钢轨轮廓变形、使用寿命缩短等现象，严重时还会影响行车安全 [1-3] 。随着高速、重载列车的兴起，加快了钢轨磨损速度，钢轨磨损是铁路研究中最为普遍存在的问题。钢轨磨损是指轮轨之间摩擦使轨头产生磨损的现象，在直线和曲线段有不同的磨损形式。钢轨磨耗主要有钢轨垂向磨耗、钢轨轨距角侧磨、钢轨波浪形磨损，以及轮轨擦伤所引起的钢轨磨损。大部分文献中钢轨磨耗主要是指小半径曲线上钢轨侧面磨耗和轨顶纵向波浪形磨耗，磨耗程度随着列车轴重和通过总重的增加而增大 [4] 。其中，列车通过小半径曲线时，会发生横移现象，轮轨通常会出现两点接触的情况，轮轨的摩擦与滑动是造成外轨侧磨的主要原因 [5-7] 。钢轨波浪形磨耗是指钢轨顶面上出现的波浪形不均匀磨耗，钢轨波磨会引起高频轮轨振动噪声，加速轨道车辆及相关零部件的损坏，严重时还会威胁行车安全，其发展速度快于侧磨，是更换钢轨的主要原因之一，因此应当对钢轨状态进行检测，以便保证列车的行驶安全 [8] 。进入21世纪后，随着我国检测和计算机技术的发展，我国钢轨检测技术有了质的飞跃。目前我国最新研制出的GJ-6型轨检车，其速度可达到400 km/h，是目前检测速度最快的轨检车 [9] 。其利用了由接触式弦测法衍变的惯性基准法，并采用了激光摄像检测技术，省略了模拟图像传输步骤，对检测到的数字图像直接进行处理分析，节省了大量时间，但其也有成本高、使用不灵活、调度困难等缺点。而在现有技术中，便携式钢轨磨损检测仪通常采用纯机械卡尺测量方式对钢轨进行检测 [10-12] 。但纯机械卡尺测量方式的测量仪器对人工要求较高，长时间使用会使卡尺磨损，导致测量精度下降，并且不能连续检测整段钢轨的磨损程度。针对现有检测装置的检测缺点，在其结构基础上设计出一种新型钢轨磨损检测装置结构，该装置可安装在大型检测车底部，适合多种环境工况下的钢轨磨损检测。1 结构设计该装置结构设计利用CREO6.0软件建模，结构设计主要采用模块化设计方法，依次进行草图绘制、三维建模及装配设计。该装置主要由CCD摄像机、LED灯、激光位移传感器、振动位移传感器和支架等主要零件组成，如图1、图2所示。图3为该装置爆炸示意图。1.1 CCD摄像机和LED灯结构如图4、图5所示，CCD摄像机、LED灯均采用塑料外摘 要： 针对铁路钢轨磨损现状，通过对现有钢轨磨损检测装置的结构创新，设计了一种新型钢轨磨损检测装置；首先通过CCD摄像机检测模块、传感器模块对钢轨进行磨损检测，再利用图像采集模块和数据处理模块对检测数据进行分析，最后得到钢轨的磨损形式和磨损量。该装置的应用提高了钢轨磨损检测的效率和准确率，同时可对已损伤钢轨进行预警，有效延长了钢轨的使用寿命，减轻了工人的工作强度。关键词： 钢轨磨损；结构设计；传感器；数据处理中图分类号: TH 122；U 216.3 文献标志码: 粤 文章编号：员园园圆原圆猿猿猿（圆园21）02原园077原园3Structural Design of Rail Wear Detection DeviceZHAO Ziying, WANG Zeyuan, WANG Jing, WEN Jinzhong, WEI Xiaoheng(School of Mechanical and Electrical Engineering, East China Jiaotong University, Nanchang 330013, China)Abstract: Aiming at the current situation of rail wear, a new type of rail wear detection device is designed throughstructural innovation of the existing rail wear detection device. The rail wear detection is performed through the CCDcamera detection module and the sensor module. The image acquisition module and data processing module are used toanalyze the detection data. The wear form and wear amount of the rail are obtained. The application of the device improvesthe efficiency and accuracy of the rail wear detection, and provides early warning of the damaged rail, which effectivelyextends the service life of the rail and reduces the work intensity of workers.Keywords: rail wear; structural design; sensors; data processing基金项目： 高等学校大学生实践创新训练项目“钢轨磨损检测装置设计” （201910404029）77