轉(zhuǎn)向架軸承磨合測試中磨合試驗(yàn)機(jī)的應(yīng)用研究
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李 凱1，戚景觀2，王 興1
（1．太原科技大學(xué)，山西 太原 030024;2．晉西車軸股份有限公司，山西 太原 030027）
摘要：鐵路貨車在實(shí)際運(yùn)行過程中會(huì)出現(xiàn)熱軸現(xiàn)象，為了解決這一難題，生產(chǎn)企業(yè)都在使用磨合機(jī)做磨合測試來及時(shí)發(fā)現(xiàn)和剔除熱軸，以避免和減少輪對、轉(zhuǎn)向架以及鐵路貨車實(shí)際運(yùn)行故障。主要研究了磨合試驗(yàn)機(jī)的研制及應(yīng)用情況，從輪對及轉(zhuǎn)向架生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)考慮設(shè)備選型問題，具有一定的推廣和應(yīng)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞：磨合試驗(yàn)機(jī)；轉(zhuǎn)向架軸承；磨合測試中圖分類號：U260. 331+．2
0引言
傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向架軸承測量手段具有效率低、差錯(cuò)率高和不便于信息化管理等諸多缺點(diǎn)，所以逐步被淘汰。與此同時(shí)，高速重載列車的發(fā)展使得轉(zhuǎn)向架軸承的磨耗加劇，檢修周期相應(yīng)縮短。這就迫使鐵路貨車生產(chǎn)企業(yè)聯(lián)合相關(guān)自動(dòng)化控制專家研究相應(yīng)的工藝流程及檢測技術(shù)，研制出自動(dòng)化程度高并且能同時(shí)具備完成輪對加載、變速磨合等多功能的軸承溫升檢測設(shè)備，以提高生產(chǎn)檢測效率。
1轉(zhuǎn)向架軸承溫升及磨合測試
改善軸承的設(shè)計(jì)和提高軸承的精度依然不能避免在實(shí)際轉(zhuǎn)向架運(yùn)行中出現(xiàn)軸承運(yùn)行溫度高于環(huán)境溫度40℃的現(xiàn)象。為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，工藝要求在正式裝車前應(yīng)對轉(zhuǎn)向架進(jìn)行磨合測試。為此，我們專門研制了一臺(tái)鐵路貨車軸承磨合試驗(yàn)機(jī)，它能夠考慮到加載及動(dòng)態(tài)運(yùn)行工況等，可以大大提高軸承在使用中的可靠性，保證鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩?
2磨合試驗(yàn)技術(shù)要求
鐵道部下發(fā)的新《輪規(guī)》要求對壓裝合格的軸承不僅要“左右旋轉(zhuǎn)3圈～5圈，轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，不得有卡阻”，還要求“磨合測試轉(zhuǎn)速不低于200 r／min、時(shí)間不少于5 min”，而且對這一作業(yè)提出了相應(yīng)的要求，即軸承轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不宜有異聲，磨合過程中應(yīng)使用測溫儀，并做好記錄，磨合過程中軸承溫升不高于40℃。
轉(zhuǎn)向架軸承磨合試驗(yàn)機(jī)是測試鐵路貨車轉(zhuǎn)向架軸承的專用設(shè)備，是在輪對壓裝完軸承后通過對軸承進(jìn)行磨合試驗(yàn)來檢測轉(zhuǎn)向架軸承裝配質(zhì)量的裝置，對其進(jìn)行磨合試驗(yàn)要達(dá)到的主要技術(shù)指標(biāo)如下：轉(zhuǎn)向架軸承磨合轉(zhuǎn)速應(yīng)大于200 r／min，磨合時(shí)間應(yīng)大于5 min；轉(zhuǎn)向架模擬載荷為0～21×10.i N;自動(dòng)檢測各個(gè)軸承8個(gè)測溫點(diǎn)溫升，當(dāng)軸承溫升大于40℃時(shí)能自動(dòng)報(bào)警；輪對磨合5 min結(jié)束后能夠?qū)崿F(xiàn)制動(dòng)；操作方便，便于維修，使用壽命長；能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)／手動(dòng)控制方式。
3磨合試驗(yàn)機(jī)的研制
鑒于鐵路貨車軸承在運(yùn)行中可能出現(xiàn)的溫升問題，解決溫升的各種方法以及新《輪規(guī)》對軸承磨合測試的要求，我們研制出新的磨合試驗(yàn)機(jī)，它主要由液壓傳動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械和電氣控制系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)3部分組成。設(shè)備系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示，其基本原理為：模擬鐵路貨車轉(zhuǎn)向架軸承的運(yùn)行狀況，利用液壓系統(tǒng)和機(jī)械裝置夾緊轉(zhuǎn)向架軸承，同時(shí)對軸承進(jìn)行加載；然后通過電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)裝置使得轉(zhuǎn)向架軸承在高速重載下做磨合運(yùn)轉(zhuǎn)；測溫系統(tǒng)采用較為成熟的溫升報(bào)警檢測裝置，實(shí)時(shí)對軸承溫升進(jìn)行檢測，進(jìn)而完成磨合試驗(yàn)。此磨合試驗(yàn)裝備添加了機(jī)械和電氣聯(lián)鎖來確保磨合試驗(yàn)的安全高效運(yùn)行。
3.1 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)
磨合試驗(yàn)機(jī)的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)主要由液壓泵、液壓閥、液壓油缸和液壓站等組成，其主要實(shí)現(xiàn)的功能是：液壓油泵連續(xù)將油泵出，把機(jī)械能轉(zhuǎn)變成壓力能和動(dòng)能來實(shí)現(xiàn)油缸的控制動(dòng)作；主油缸起著從上部往下壓緊輪對的作用，其他油缸起著輔助夾緊、定位、固定等作用；液壓閥作為控制元件，通過控制油的流量和流動(dòng)方向，或限制壓力來實(shí)現(xiàn)油缸動(dòng)作，進(jìn)而完成壓緊、夾緊和固定輪對等磨合試驗(yàn)準(zhǔn)備工作，以滿足輪對磨合試驗(yàn)的條件；液壓站、濾油器、連接管路、密封件和冷卻器等主要負(fù)責(zé)油液的儲(chǔ)存、凈化、輸送、密封和散熱等輔助性工作。液壓系統(tǒng)傳動(dòng)原理如圖2所示。
3.2 機(jī)械及電氣系統(tǒng)
機(jī)械機(jī)構(gòu)主要包括轉(zhuǎn)向架、輪對支架、夾緊及固定裝置以及其他輔助裝置等，它們是電氣液控制的硬件基礎(chǔ)和前提條件，基本上由電機(jī)、氣缸與油缸帶動(dòng)來配合完成磨合試驗(yàn)。
電氣系統(tǒng)主要包括微機(jī)系統(tǒng)、VB監(jiān)控操作界面、PLC控制器、三相異步電動(dòng)機(jī)和紅外線溫度傳感器等硬件基礎(chǔ)。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)上位機(jī)和下位機(jī)的通信，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字量及模擬量的信號采集及處理。系統(tǒng)VB監(jiān)控操作界面具有多個(gè)測溫點(diǎn)溫度指標(biāo)（初始溫度、磨合溫度和溫升指數(shù)）顯示等眾多功能。磨合試驗(yàn)機(jī)監(jiān)控示意見圖3。
PLC控制器采用西門子200，其控制信號主要包括VB操作界面的控制按鈕信號以及現(xiàn)場各工位的限位開關(guān)信號等。三相異步電動(dòng)機(jī)在磨合試驗(yàn)機(jī)機(jī)械裝置上的作用是受控于PLC控制器，帶動(dòng)機(jī)械裝置正反轉(zhuǎn)；而紅外線溫度傳感器的作用是實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確測溫，并將信號經(jīng)過PLC控制器處理后傳輸至上位機(jī)VB監(jiān)控操作界面。
軸承溫度通過紅外溫度傳感器測量，由西門子S7-200 PLC控制器的A/D轉(zhuǎn)換模塊來對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理。紅外溫度傳感器相對靈敏度高、響應(yīng)快，比較適合非接觸式溫度測量，在運(yùn)動(dòng)及重載的工況下運(yùn)用不損壞測溫儀器，也能保證測溫精度。經(jīng)實(shí)踐證明該種傳感器比較適合于轉(zhuǎn)向架軸承的溫升測量。通過采用具有RS232／RS485轉(zhuǎn)換功能的PC/PPI電纜將上位機(jī)和西門子S7-200 PLC連接起來，從而實(shí)現(xiàn)上、下位機(jī)之間串行通信的協(xié)議轉(zhuǎn)換，其硬件連接如圖4所示。RS232接口是一種標(biāo)準(zhǔn)的串行通信接口，串口操作簡單、可靠性高，在通信中應(yīng)用廣泛。
3.3 制動(dòng)控制系統(tǒng)
制動(dòng)系統(tǒng)采用能耗電力制動(dòng)，磨合時(shí)間為5 min，由時(shí)間繼電器控制。輪對磨合結(jié)束后，中間繼電器作用，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入制動(dòng)階段。其工作原理為：電機(jī)通直流電，利用電磁力制動(dòng)電機(jī)，再通過摩擦輪制動(dòng)輪對，制動(dòng)時(shí)間可通過時(shí)間繼電器調(diào)整。
4磨合試驗(yàn)機(jī)的應(yīng)用情況
研制的磨合試驗(yàn)機(jī)主要用于檢測鐵路貨車轉(zhuǎn)向架軸承在模擬實(shí)際運(yùn)行中的溫度變化情況，避免因軸承質(zhì)量和軸承壓裝質(zhì)量問題而造成的轉(zhuǎn)向架質(zhì)量不合格。
4.1 磨合試驗(yàn)機(jī)的使用
在進(jìn)行磨合測試過程時(shí)，裝夾固定輪對后，應(yīng)確保軸承磨合機(jī)的摩擦輪與輪對的輪周面充分緊密接觸。同時(shí)，也應(yīng)對軸承磨合機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行校準(zhǔn)，保證被測輪對的轉(zhuǎn)動(dòng)真實(shí)可靠。操作中操作人員若發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)立即停機(jī)進(jìn)行檢查以排除故障。
磨合試驗(yàn)工作完成后，首先應(yīng)使各部位回歸起始位置，然后有序關(guān)閉操控臺(tái)電源，最后填寫設(shè)備運(yùn)行記錄。
4.2 磨合試驗(yàn)機(jī)測試結(jié)果
按照操作要求完成磨合試驗(yàn)，其中一批次試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。
按照VB上位機(jī)程序設(shè)定，溫升大于40℃則判定為“熱軸”，也即軸承磨合試驗(yàn)不合格。從表1可以看出，該批次中出現(xiàn)一個(gè)熱軸。
4.3磨合試驗(yàn)機(jī)發(fā)揮的作用
磨合試驗(yàn)機(jī)為鐵路貨車轉(zhuǎn)向架軸承溫度的測量提供了一種自動(dòng)化程度高、精度高、效率高的檢測手段。它的應(yīng)用提高了鐵路貨車生產(chǎn)企業(yè)輪對、轉(zhuǎn)向架及車輛出廠合格率，提高了投放軌道上運(yùn)行的鐵路貨車的可靠性，這也會(huì)在一定程度上延長轉(zhuǎn)向架軸承在鐵路線上的使用壽命。
5 結(jié)束語
磨合試驗(yàn)機(jī)順應(yīng)了鐵路貨車高速重載的發(fā)展方向。這種磨合機(jī)能夠及時(shí)檢測轉(zhuǎn)向架軸承的質(zhì)量、參數(shù)是否符合實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)，降低轉(zhuǎn)向架軸承運(yùn)行故障，提高軸承壓裝和轉(zhuǎn)向架生產(chǎn)的質(zhì)量。
