動車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架檢測技術(shù)研究

徐福輝，高婧，宋淑玲

（中車唐山機車車輛有限公司?檢測中心，河北?唐山??063035）

動車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架檢測技術(shù)研究

徐福輝，高婧，宋淑玲

（中車唐山機車車輛有限公司?檢測中心，河北?唐山??063035）

介紹動車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的結(jié)構(gòu)、作用及其部分技術(shù)基準(zhǔn)，依據(jù)檢測需求對三坐標(biāo)測量機進行選型配置。列出三坐標(biāo)測量機檢測動車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的檢測過程，并進行檢測示例說明。應(yīng)用三坐標(biāo)測量機在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架、工裝中開展檢測，可有效保證轉(zhuǎn)向架的整體質(zhì)量。

動車組；轉(zhuǎn)向架；構(gòu)架；三坐標(biāo)測量機；檢測技術(shù)

2 轉(zhuǎn)向架構(gòu)架檢測工藝技術(shù)要求

查閱某型動車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架技術(shù)圖紙得到其最大空間檢測范圍：X=2?850?mm、Y=3?000?mm、Z=500?mm。

轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的主要檢測項目包括：U型槽、帽筒中心孔、制動座孔、制動吊座、定位座、齒輪箱吊座安裝孔等。以某型動車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架為例，其部分工藝技術(shù)基準(zhǔn)見表1。

表1 某型動車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架工藝技術(shù)基準(zhǔn)示例

為了滿足轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的檢測工藝技術(shù)要求[3-4]，通過調(diào)研測量范圍、項目和測量公差了解到，必須采用大型三坐標(biāo)測量機才能完成這種高精度的空間測量任務(wù)，且主要依據(jù)上述技術(shù)要求選型配備三坐標(biāo)測量機，確定檢測方法，開展檢測工作。

3 三坐標(biāo)測量機選型與配備

3.1 原理與應(yīng)用

三坐標(biāo)測量機的主要結(jié)構(gòu)包括測量機機械主體、電氣控制柜、計算機、測頭與控制軟件。三坐標(biāo)測量機就是在3個相互垂直的方向上有導(dǎo)向機構(gòu)、測長元件、數(shù)顯裝置，有1個能夠放置工件的工作臺，測頭可以以手動或機動方式輕快地移動到被測點上，由讀數(shù)設(shè)備和數(shù)顯裝置把被測點的坐標(biāo)值顯示出來。根據(jù)這些點的空間坐標(biāo)值，借助于三坐標(biāo)測量機自帶的計算機和測量軟件求出被測元素的幾何尺寸、相互間的位置尺寸及存在的尺寸誤差與形位誤差[5]。

三坐標(biāo)測量機以其通用性強、測量范圍大、精度高、效率高、性能好、柔性好及優(yōu)異的數(shù)字化能力，成為現(xiàn)代制造業(yè)設(shè)計、開發(fā)、加工制造和質(zhì)量保證的重要手段，并廣泛應(yīng)用于汽車和機車車輛制造行業(yè)。當(dāng)今主要使用的三坐標(biāo)測量儀器有橋式測量機、龍門式測量機、水平臂式測量機和便攜式測量機。測量方式可分為接觸式與非接觸式2種。

3.2 選型配備的主要因素

（1）考慮動車組轉(zhuǎn)向架檢測的技術(shù)要求，針對三坐標(biāo)測量機的精度等級、誤差分析與處理、測量軟件等技術(shù)配置方面進行選型。除常規(guī)長度檢測外，還涉及平行度、平面度、同軸度、圓度、角度、錐度等復(fù)雜幾何量的檢測，因此需要應(yīng)用精度等級高的三坐標(biāo)測量機。

（2）考慮對動車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架、構(gòu)架工裝及樣板、大部件和整體轉(zhuǎn)向架的檢測，針對三坐標(biāo)測量機的外形尺寸、行程范圍、被測工件最大質(zhì)量等技術(shù)特征方面進行選型。選型時必須參考被檢物件的最大外形尺寸是否在三坐標(biāo)測量機的行程范圍內(nèi)，最大質(zhì)量是否在三坐標(biāo)測量機的允許承重范圍內(nèi)。

（3）考慮三坐標(biāo)測量機的使用率，應(yīng)選擇具有完整校準(zhǔn)檢驗程序的設(shè)備。

（4）針對測量間的環(huán)境狀況、三坐標(biāo)測量機的工作環(huán)境及設(shè)備安全環(huán)保要求，對三坐標(biāo)測量機進行選型，一定程度上減少不必要的誤差來源，保證三坐標(biāo)測量機運行的穩(wěn)定可靠性。

3.3 選型配備

通過對以上因素的考慮和不同廠家不同型號三坐標(biāo)測量機的對比，最終選擇Hexagon?Delta?Slant?Performance?35.51.20龍門式坐標(biāo)測量機（簡稱龍門測量機）。選擇該坐標(biāo)測量機的主要原因是其具有以下特點：

（1）精度等級高，充分滿足檢測需求（見表2）。

表2 龍門測量機精度指標(biāo)

（2）行程范圍大、承重強，充分滿足檢測需求（見表3）。

（3）龍門測量機環(huán)境適應(yīng)能力強，環(huán)境條件要求見表4。

（4）選擇PC-DMIS?CAD++測量軟件。PC-DMIS?CAD++測量軟件提供了如下的先進性能：具有完善、可定制的直觀化圖形用戶界面；提供了快速啟動界面；提供了功能強大的形位公差評價；可實現(xiàn)具有多種格式的CAD數(shù)模的導(dǎo)入、編程和測量；具有測量數(shù)據(jù)的多種通用輸出格式；提供了豐富多樣的檢測報告標(biāo)準(zhǔn)模版；具備強大的掃描和逆向支持功能；支持薄壁件測量功能等。

表3 龍門測量機特征指標(biāo)

表4 龍門測量機環(huán)境條件要求

（5）該坐標(biāo)測量機的校準(zhǔn)檢驗?zāi)芰姟＞哂羞h程診斷集成系統(tǒng)，以便對設(shè)備進行遠程查詢、診斷和故障分析；同時設(shè)備控制系統(tǒng)具有自診斷、自校準(zhǔn)、誤差修正、人機對話、在線編程等功能，具有產(chǎn)品檢驗程序、備份軟件、自檢程序和設(shè)備正常運行及維修必需的其他輔助軟件。

（6）設(shè)備安全環(huán)保方面：設(shè)備工作噪聲≤65?dB（A），并符合ISO?14000環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)和OHSMS18000職業(yè)健康安全標(biāo)準(zhǔn)；設(shè)備的機械、測量、液壓、潤滑、電氣和光學(xué)系統(tǒng)有完善可靠的安全保護裝置；設(shè)備依據(jù)GB?18209、GB?2894等標(biāo)準(zhǔn)的要求設(shè)有安全標(biāo)識；設(shè)備所有零部件和各種儀表的計量單位全部采用國際單位（SI）標(biāo)準(zhǔn)、所有裝置和儀表的設(shè)計及試驗符合國際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（ISO）及國際電工標(biāo)準(zhǔn)（IEC）；有緊急控制按鈕（為凸出式），可手動操作處理故障。

4 應(yīng)用三坐標(biāo)測量機開展動車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架檢測

4.1 檢測步驟

4.1.1 確定測量方案

依據(jù)構(gòu)架的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，利用三坐標(biāo)測量機在整體構(gòu)架上建立三維坐標(biāo)系，在需要檢測的部位逐一采集其三維坐標(biāo)值，依據(jù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對其進行形位公差評定，并出具檢測報告，判定被檢構(gòu)架的狀態(tài)。三坐標(biāo)測量機檢測轉(zhuǎn)向架構(gòu)架見圖2。

圖2 三坐標(biāo)測量機檢測轉(zhuǎn)向架構(gòu)架

4.1.2 測量機啟動前準(zhǔn)備

（1）將被測構(gòu)架放在平板上的適當(dāng)位置，并恒溫保持不少于4?h；

（2）檢查機器外觀及機器導(dǎo)軌是否有障礙物，電纜及氣路是否連接正常；

（3）對導(dǎo)軌及工作臺面進行清潔；

（4）檢查溫度?、氣壓、電壓、地線等是否符合要求，對前置過濾器、儲氣罐、除水機進行放水檢查；

（5）以上條件都具備后，接通UPS、除水機電源，打開氣罐開關(guān)。

4.1.3 測量機系統(tǒng)啟動

（1）打開計算機電源，啟動計算機，打開測頭控制器電源；

（2）打開控制系統(tǒng)電源，系統(tǒng)進入自檢狀態(tài)；

（3）待系統(tǒng)自檢完畢，點擊PC-DMIS軟件圖標(biāo)，啟動軟件系統(tǒng)；

（4）冷啟動時，軟件窗口會提示進行回機器零點的操作，點擊操縱盒“加電”鍵，接通驅(qū)動電源，點擊“確認”鍵，測量機進入回機器零點過程，三軸依據(jù)設(shè)定程序依次回零點；

（5）回機器零點過程完成后，PC-DMIS進入正常工作界面，測量機進入正常工作狀態(tài)。

4.1.4 編制程序檢測構(gòu)架

（1）依據(jù)檢測標(biāo)準(zhǔn)，使用PC-DMIS軟件系統(tǒng)建立相關(guān)坐標(biāo)系；

（2）使用PC-DMIS軟件系統(tǒng)編制檢測程序，依次在被測構(gòu)架上采集檢測相關(guān)的測量元素；

（3）按照檢測標(biāo)準(zhǔn)所需數(shù)據(jù)，使用PC-DMIS軟件系統(tǒng)依次對測量元素進行形位公差的評定，出具檢測報告。

4.1.5 測量機系統(tǒng)關(guān)閉

（1）關(guān)閉系統(tǒng)時，首先將Z軸運動到安全的位置和高度，避免造成意外碰撞；

（2）退出PC-DMIS軟件，關(guān)閉控制系統(tǒng)電源和測座控制器電源；

（3）關(guān)閉計算機電源、UPS、除水機電源，關(guān)閉氣源開關(guān)。

4.2 檢測示例

按照上述檢測方式，對某型轉(zhuǎn)向架構(gòu)架采用三坐標(biāo)測量機進行檢測，部分檢測報告見圖3。測量報告中顯示標(biāo)稱值、正負公差值、測定值、偏差值、超差值，測量結(jié)果可通過報告直觀顯示，其中標(biāo)稱值數(shù)據(jù)由構(gòu)架檢測標(biāo)準(zhǔn)給出。

三坐標(biāo)測量機檢測優(yōu)越性：

（1）原轉(zhuǎn)向架構(gòu)架使用三維劃線儀進行檢測，檢測前需對構(gòu)架調(diào)平找正，劃線儀主要功能為劃線，測量功能為輔助功能，且測量精度0.08?mm，精度較低，對操作者要求較高，測量為手動測量，無法保證測頭接觸力的一致性，對測量結(jié)果產(chǎn)生影響。三坐標(biāo)測量機檢測精度為微米級，測量方式為全自動測量，對操作者要求較低。

圖3 三坐標(biāo)測量機檢測報告示例

（2）三坐標(biāo)測量機首件程序編制后，其他同類型構(gòu)架可反復(fù)應(yīng)用該程序進行批量檢測，自動測量測頭接觸力是否一致，避免操作者手動測量出現(xiàn)測量疏忽的情況，提高測量精度。

（3）三坐標(biāo)測量機檢測間為獨立恒溫間，三維劃線儀一般安裝在生產(chǎn)車間，無法保證測量過程的恒溫、恒濕。

（4）三維劃線儀測量結(jié)果數(shù)據(jù)處理依靠操作者手動計算，三坐標(biāo)測量機數(shù)據(jù)處理依靠PC-DMIS軟件后臺計算，節(jié)約計算時間，避免手動計算出現(xiàn)錯誤的可能性，提高檢測效率和檢測準(zhǔn)確性。

5 結(jié)束語

通過應(yīng)用三坐標(biāo)測量機對轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的檢測，能夠輕易得出構(gòu)架在組焊過程中的變形程度及整體趨勢，利于對構(gòu)架進行整體分析，有效提高產(chǎn)品質(zhì)量，滿足設(shè)計及工藝要求。同時，三坐標(biāo)測量機還可以廣泛應(yīng)用在對構(gòu)架系列工裝的檢測中。三坐標(biāo)測量機在高速動車組轉(zhuǎn)向架制造、質(zhì)量控制整體過程中的應(yīng)用正處在進一步研究與實踐中，其檢測技術(shù)將會更加完善。

[1] 孫永才，鮑維千．機車總體及轉(zhuǎn)向架[M]．北京：中國鐵道出版社，2012．

[2] 馬斌斌．高速動車組轉(zhuǎn)向架[J]．企業(yè)導(dǎo)報，2013(11)：294．

[3] 宋國義．鐵路貨車轉(zhuǎn)向架檢修新技術(shù)[J]．中國鐵路，2014(11)：74-76．

[4] 李芾，傅茂海．高速客車轉(zhuǎn)向架發(fā)展及運用研究[J].鐵道車輛，2004，42(10)：1-7．

[5] 劉祚時，倪瀟娟．三坐標(biāo)測量機（CMM）的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J]．機械制造，2004，42(8)：32-34．

責(zé)任編輯 高紅義

Research on Detection Technology for Bogie Frame of EMU

XU Fuhui，GAO Jing，SONG Shuling
（Detection Center，CRRC Tangshan Co Ltd，Tangshan Hebei 063035，China）

This paper introduces the structure, function and part of technical standard of EMU bogie frame, and selects the type and configuration of three-coordinate measuring machine according to the test demand. Describes the detection process of three-coordinate measuring machine to the bogie frame of EMU, and provides examples. The application of three-coordinate measuring machine in bogie frame and tooling testing can efectively guarantee the overall quality of bogie.

EMU；bogie；frame；three-coordinate measuring machine；detection technology

U260.331

：A

：1001-683X（2017）06-0074-05

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.06.074

1 轉(zhuǎn)向架構(gòu)架結(jié)構(gòu)

徐福輝（1966—），男，高級工程師。

E-mail：xufuhui@tangche.com組成穩(wěn)定的“目”字形框架結(jié)構(gòu)。構(gòu)架是轉(zhuǎn)向架的基礎(chǔ)，承受、傳遞各種作用力及載荷，是把轉(zhuǎn)向架各部件組合成總體的一個重要承載部件。對構(gòu)架組成部分的構(gòu)件尺寸和相互間位置度都有很高的技術(shù)要求。

2016-12-22

動車組轉(zhuǎn)向架是支撐車體并擔(dān)負車輛沿著軌道高速走行的裝置，主要實現(xiàn)承載、導(dǎo)向、牽引制動、減振降噪等功能，其性能直接決定高速動車組的運行安全和品質(zhì)，是高速動車組的核心部件之一[1-2]。轉(zhuǎn)向架構(gòu)架又是動車組轉(zhuǎn)向架的基礎(chǔ)、核心部件，其構(gòu)件尺寸和相互間位置度是高速動車組運行安全和品質(zhì)的保證。為此，結(jié)合動車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架結(jié)構(gòu)和檢測的技術(shù)要求，并結(jié)合國內(nèi)外檢測設(shè)備現(xiàn)狀，提出檢測設(shè)備的選型配備和檢測方法的建議。

以某型動車組非動力轉(zhuǎn)向架為例介紹構(gòu)架的結(jié)構(gòu)組成（見圖1）。主要由4部分組成：側(cè)梁、橫梁、縱向梁和制動梁。其特征在于：橫梁采用無縫鋼管，橫梁與2個側(cè)梁通過橫側(cè)梁連接座連接，橫側(cè)梁連接座采用變截面鍛件，一端與橫梁鋼管對接組焊，另一端與側(cè)梁伸出的接口焊接，2個縱向梁上各有4個接口，中間2個接口與2根橫梁焊接，端部2個接口與2個制動橫梁焊接，