����

量測事業處 魏榮俊 譯

車輛車輪及軌道磨耗量測

一、前言

車輪和鐵軌的外形量測系統已經被使用相當長的

一段時間。早期的車輪和鐵軌量測系統為機械式記錄

器模式，下一階段的發展則會是先將量測資料儲存在

記憶體中之後，再下載量測資料進行分析。量測的準

確和重複性是量測標準關鍵點。以高精度量測而言，

感測器應該要能隨著鐵軌或車輪的外形以最直接與自

然的方式描繪出車輪和軌道的輪廓。在量測系統中使

用直式的圓桿作為軌跡的引導機構是較不適合的，而

且現今的使用者不僅僅是對資料下載有興趣而已，他

們也會想立即看見他正測量輪廓的資料，並將量測資

料與參考輪廓的資料相互作比較。

二、量測系統介紹

�. 量測系統架構

由筆記型電腦與車輪及鐵軌測量單位所組成，筆

記型電腦與測量單位的資料傳輸是經由專用的 PDA 連

接至電腦上串列埠，如圖一所示。

�. 量測單元架構

車輪及鐵軌量測設備的感測單元組成架構是相同

的，感測單元昰由一個直徑 �� mm 的磁性滾輪和一組

可轉動的肘節機構所組成的，如圖二所示。此磁性的

輪子在測量期間緊密接觸鐵軌或車輪，藉由手動的方

式移動磁性滾輪，其所連結的肘節機構也隨磁性滾輪

而轉動。實際上此量測單元為兩個自由度的極座標的

量測系統，此肘節機構上的兩個角度皆由光學編碼器

所測得，其精度可達到微米等級。由電腦擷取光學編

碼器資料，並將極座標量測資料轉換成卡笛兒座標受

測物的剖面圖，藉由平均量測資料數值的方法，使得

精度更進一步的改善。

▼ 圖一　MINIPROF 車輪及鐵軌磨耗量測系統架構

▼ 圖二　量測單元架構

應用交流

����

71量測過程中，軌跡是以磁性滾輪中心運動軌跡

被記錄著，如圖三所示。減去垂直記錄軌跡之磁性滾

輪半徑距離的方式，軟體可自動計算真實軌跡。經計

算的軌跡、參考圖形及一些經特殊計算資料將顯示在

電腦螢幕上。除此之外，經計算之後的數位資料都以

ASCLL 的格式儲存，以作為往後資料處理所用。這些

資料是由 X 座標、Y 座標及傾斜角所組成，曲線也可

以被計算出來並和其他資料一起被儲存。

改變肘節機構上的搖臂長度，量測到的軌跡範圍

即可符合各使用者的特別規格量測，然後將搖臂的長

度，輸入至軟體中計算即可。

▼ 圖四　車輪量測單元

三、車輪及軌道磨耗量測

�. 車輪磨耗量測

車輪量測單元是以磁性滾輪附著於個車輪，車輪

量測單元的重量是 0.� 公斤，它便可以在車輪的兩側

可容易地被操作，如圖四所示。

其測量原則如圖五中所示，其利用輪背面作為水

平參考平面，凸緣的頂部作為垂直的參考平面。不過，

為了滿足特殊用戶所定義參考座標，背後的盤子可以

依著用戶修改，如圖四車輪量測單元的照片所示。

車輪測量主要的目地在收集車輪維修的訊息與監

控磨耗問題，以取得最佳車輪輪廓服務壽命。在系統

標準車輪輪廓外形可以與測量的車輪輪廓外形相互比

較。新測量的車輪輪廓外形可以被記錄，儲存作為參

考車輪輪廓資料。

▼ 圖三　真實軌跡計算方式

磁輪中心軌跡

● 曲線座標

● 卡笛兒座標

磁輪中心軌跡

真實軌跡 ▼ 圖五　車輪量測原理

磨耗參考平面

����

從車輪剖面輪廓被記錄的以下參數被計算、儲存

並且在螢幕上監控︰

凸緣高度：fh

凸緣厚度：fd

凸緣坡度：qr

以上這些參數在 UIC 和 RIV 規範中被定義和限定

其量測值，如圖六所示。

▼ 圖六　依照 UIC ��0-� 規範採納車輪參數

▼ 圖七　量測車輪輪廓範例

▼ 圖八　軌道剖面量測單元

車輪剖面輪廓的記錄只要花費大約半分鐘即可完

成。 圖七所示在倫敦地下有限公司 (LUL) 量測一個

LT� 車輪剖面的輪廓與參考車輪剖面的輪廓資料比較。

應用交流

�. 軌道摩耗量測

基本上軌道剖面與車輪剖面的量測原理皆相同。

其藉由一套可伸縮的軌道剖面量測儀，即可量測正反

軌道剖面的形狀，此設備的重量達 �.�kg，如圖八所

示。目前已研發新型量測儀，專門使用在鋼軌滾壓製

程中以支援軌道形狀修改之用途。

���5

71其軌道剖面量測原理概如圖九所示。首先軌道

Gauge 面輪廓先被記錄下來，然後磁性滾輪離開軌道

Gauge 面後，搖臂隨著量測磨耗面而開始反轉，軟體

可自動辨識出剖面軌跡的第二部分並且組合出完整的

軌跡。

▼ 圖九　軌道剖面量測原理示意圖

▼ 圖十　即時軌道參數計算

▼ 圖十一　量測軌道輪廓範例

完成軌道輪廓量測，即時進行輪廓特性參數運算，

如圖十所示。磨損區域完全由量測剖面與參考軌道剖

面的整合軌跡圖而被判定。透過曲線整合技術，軟體

可自動執行此計算處理過程，此時較低區域為磨耗部

分被判定。另外剖面圖也可選擇性的使用手動的方式

進行計算處理。

以下圖十一所示，呈現幾個量測軌道剖面圖以及

UIC �0 軌道參考剖面圖，所有剖面圖的中心位置均定

位於軌道磨耗面的頂端中央，且軌道磨耗面的頂端的

曲率中心也會顯示出來。

四、結論

軌道車輛行車安全及舒適性，需要依靠車輪的形

狀及軌道使用狀況來維持，檢測車輪及軌道現況，並

且現況判定是否更換車輪及軌道以維持車輛行車的安

全，現今軌道及車輪檢測儀器準確度相當高，此儀器

可適用於車輪研發及維修之用。

譯稿來源

ESC MINIPROF 軌道車輛車輪及軌道磨耗量測系

統說明書