刘巧红

(1.沧州交通学院，河北 沧州 061100；2.中铁物总技术有限公司，北京 100036)

0 引言

从时速几十公里的绿皮车到时速350 km的高铁，伴随着我国高铁技术的快速发展，中国高铁成为我国“走出去”的一张靓丽名片。而高速铁路中的重要组成部分——道岔，是使火车从一股轨道转入另一股轨道的线路连接设备，是高速铁路的薄弱环节之一。

道岔由转辙器、导曲线、辙叉3大部分组成，3大部分又是由多种轨件、零件等通过机械装配组合到一起的。各种特定形状和尺寸的钢轨是组成道岔的最基本轨件，它们的型式尺寸、质量直接关系到一组道岔的质量好坏。对于这些轨件的检验，目前仍然依靠传统的人工测量、目视读数、手工记录等，检测数据的准确性对于当道工序的自检加工、后续工序的流转使用等具有重要的指导意义。但是传统的测量手段存在读数误差、数据作假和人工技能参差不齐等诸多隐患。因此，将信息技术应用于传统制造领域是一种有效提高检验水平的手段。

1 道岔生产检验概况

道岔的各组成轨件与零件间属于机械装配关系，它们包括基本轨、尖轨、护轨、翼轨、长心轨、短心轨及叉跟尖轨等，每一根轨件都是经过一道道工序精密加工而成。以长心轨为例，它要经过10道工序才能成为一根成品轨件，最终与短心轨组合成辙叉岔芯才能应用于道岔的整租中，如图1所示。

图1 长心轨加工工序示意图

在这些工序中，涉及型式尺寸检验的工序就有7个。在这些型式尺寸中，有些尺寸的检验可以通过使用传统测量工具直接测得，有些则需要测量和计算等多个步骤才能获得。

以客专线(07)004道岔长心轨的20断面的轨头宽度数据的获得为例。客专线(07)004道岔长心轨的20断面是一个两边分别有1:8斜度的断面，且此处轨高也在标准轨高的基础上进行了铣削加工。目前传统测量时，对此断面的轨头宽度测量要通过游标卡尺和齿厚卡尺的联合应用，且要经过相当复杂的计算才能算出，不能直接进行测量，这使得此项尺寸测量变得复杂和困难。

具体测量方法如下：①用游标卡尺量出长心轨20断面轨高H20。②用制作长心轨的AT钢轨标准轨高H标准减去H20，得到数据H降低。③用轨距线处降低值16减去H降低，得到数据H1。④将齿厚卡尺的齿高尺调到H1位置，螺栓固定。⑤用调整好的齿厚卡尺进行轨头宽度测量，得出20断面轨头宽W20。

当无齿厚卡尺时，则需要使用以下公式进行计算，才能得出20断面的轨头宽：

其中，W测量为游标卡尺直接测得的轨头宽；H降低=H标准-H20；α、β为断面处的斜度比值。

可见，测量一个客专线(07)004道岔20断面的轨头宽度耗时、耗力，且准确度高度依赖于每一步的测量和计算，这就很容易造成测量的误差累积，甚至测量失误，这种情况普遍存在于道岔轨件的生产检验中。

2 信息技术应用于道岔生产检验的实际情况

2.1 基本思路

将信息技术融入道岔检验的过程，运用计算机、电子模块和通信技术对现有的道岔轨件制造过程中的型式尺寸的数据进行自动化测量、收集和判定，减少或者尽量消除人为因素的干扰，达到准确、快速和便捷地获取道岔轨件检验数据的目的。

信息技术在道岔检验过程中的应用主要由信息收集部分、信息传递部分、信息处理部分和信息存储4部分构成，具体如图2所示。

图2 信息技术应用思路图

2.2 应用情况

以客专线(07)004道岔短心轨型式尺寸的检验为例，论证信息技术应用的可行性和实际情况。客专线(07)004道岔短心轨在它的生产过程中及对最终成品，都要对它的孔高、尖端轨高、20断面轨头宽、20断面轨高、50断面轨头宽及50断面轨高等尺寸进行测量控制。对这些尺寸进行测量的工具主要为游标卡尺，因此信息技术的应用具体情况如下。

1)将数显卡尺与蓝牙系统结合，形成信息收集部分，如图3所示。

图3 数显卡尺与蓝牙系统结合成数据采集部分

2)当装有蓝牙系统的游标卡尺放到相应的测量位置，游标卡尺上的数据采集模块就会进行数据的采集。

3)当游标卡尺测量出数据后，按动游标卡尺上的数据传输激发器，这时数据就会开始进行传输，而此时与计算机相连的数据接收器就会接收到相应信号，将信号接收后传递给计算机，完成测量数据的传输，如图4所示。

图4 信息传递系统组成

4)蓝牙系统的数据传输与计算机的数据接收同时完成，就实现了测量数据采集的便捷化和及时性。

5)信息处理主要通过计算机来完成的，为了实现信息的系统化处理，通过预先设置各种单元，将需要测量的各种轨件的标准数据和公差输入单元中，便于应用时的调用和对比，实现了测试系统的标准化和模块化，极大地方便了操作人员的使用，也实现了数据记录的无纸化。通过短心轨测量的模块界面(见图5)可以实现不同轨件的标准数据的调取、比对、判定和存储，将检测人员从繁重的计算和测量中解脱出来。

6)检验过程完成后，即可在计算机测量界面完成检验数据的存储。

测量、传输、接收，三个过程几乎同时完成，大大缩减了型式尺寸的检验时间，提高了生产率；同时通过计算机的电子存储，实现了无纸化作业。

图5 短心轨测量模块界面

由此可见，信息技术不仅能够很好地应用于道岔轨件型式尺寸的检验，而且通过信息技术的应用，还可以减轻检验人员的工作量，且避免了多步骤测量中的累计误差，提高了测量的准确度。

3 采用信息技术与传统测量方式的对比

以客专线(07)004道岔短心轨的测量为例，它的主要测量型式尺寸包括趾端0断面轨高、0断面轨底宽、20断面轨高、20断面轨头宽、50断面轨高、50断面轨头宽以及跟端的轨高等部位。每个测量尺寸分别收集5组数据，将2种测量的方式进行对比，具体测量情况如表1和图6所示。

从图6可以看出，应用信息技术测量的数值比较均匀，图片上的数值曲线没有出现大起大落的情况，曲线波动不大，在跟端轨高测量的对比曲线图(d)上显现更加明显，比较平缓，也说明了测量的准确度比较高，偏离标准值比较小，系统误差较小；而传统测量方式由于存在累计误差、人员素质不齐等原因，曲线出现大幅起伏波动的情况，无论是各断面的轨高还是轨头宽，尤其是跟端轨高的曲线上更加明显，这也说明传统测量方式的不稳定。

表1 两种测量方式的数据对比

图6 采用传统测量方式与应用信息技术后测量的对比图

4 结语

与传统测量方式相比，信息技术可以极大地方便现场的测量工作，减轻检验人员的工作量，测量快捷，提高了生产效率；数据准确度高，避免了多种误差的干扰；信息收集迅速，实现了无纸化办公；数据真实，避免了数据造假或不进行测量的情况。信息技术将在道岔传统制造领域获得广泛应用，为我国的高速铁路建设增添强大的助力。