火車車軸尺寸測(cè)量精度控制

王春海

摘 要：隨著我國(guó)軌道交通領(lǐng)域的快速發(fā)展，對(duì)于貨車、高鐵、地鐵等車輛各部件的檢修工作量快速增加，特別是輪對(duì)的檢修，直接關(guān)系到車輛的正常運(yùn)行和安全，以往的人工已不能滿足快速增長(zhǎng)的工作量，為此我們針對(duì)輪對(duì)設(shè)計(jì)了各種測(cè)量設(shè)備，車軸自動(dòng)測(cè)量機(jī)即為其中之一，用于車軸各尺寸的測(cè)量，而采取措施和方法保證其測(cè)量精度顯得意義重大。

關(guān)鍵詞：車輛；車軸；測(cè)量精度；測(cè)量機(jī)

中圖分類號(hào)：U279 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

火車車輛輪對(duì)主要由車輪、車軸、軸承及其他附件組成，車輪和軸承壓裝前，是以車軸尺寸為基準(zhǔn)選擇配合間隙的，則車軸各截面（軸頸、防塵板座、輪座等）幾何尺寸及形狀誤差的測(cè)量精度，直接決定了軸承與車輪的選配及壓裝質(zhì)量。而輪對(duì)是各種軌道車輛的關(guān)鍵部件，直接關(guān)系到車輛的正常運(yùn)行和安全，所以保證車軸尺寸測(cè)量精度顯得尤為重要，目前各鐵路局及中車各車輛廠要求測(cè)量精度為0.005mm。本文簡(jiǎn)要闡述了一種車軸自動(dòng)測(cè)量機(jī)從設(shè)計(jì)、加工、安裝、調(diào)試等方面保證車軸尺寸測(cè)量精度的措施和方法。

1 設(shè)計(jì)措施

1.1 主體框架

車軸自動(dòng)測(cè)量機(jī)主體框架是直徑測(cè)量裝置、中心孔定位裝置等的安裝載體，其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性直接影響測(cè)量的精度，經(jīng)過(guò)多次的反復(fù)設(shè)計(jì)和分析，選擇了龍門式結(jié)構(gòu)，由兩個(gè)對(duì)稱的立柱、底梁和上橫梁組成，材料選擇HT150鑄造且經(jīng)過(guò)人工時(shí)效處理消除內(nèi)應(yīng)力，其框架結(jié)構(gòu)合理，具有足夠的強(qiáng)度、剛度、抗震性和較高的穩(wěn)定性，能適應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)工作而結(jié)構(gòu)變形可以忽略。

1.2 中心孔定位

本設(shè)備在兩側(cè)立柱各設(shè)置一套中心孔定位裝置，此裝置分別用液壓和伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)頂緊車軸中心孔，把車軸頂起，使車軸中心孔軸線與兩中心孔定位裝置軸線重合，以車軸中心孔作為測(cè)量基準(zhǔn)。這樣使測(cè)量基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)及加工基準(zhǔn)統(tǒng)一，最大程度地保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，消除累計(jì)誤差。

1.3 測(cè)量裝置及測(cè)量原理

本設(shè)備在兩端設(shè)置兩套直徑測(cè)量裝置，每套直徑測(cè)量裝置由兩套高精度磁柵位移傳感器（分辨率為0.5μm）、閉環(huán)控制的伺服直線滑臺(tái)及安裝支架組成。系統(tǒng)采用間接比較測(cè)量法，首先，我們用一個(gè)經(jīng)過(guò)檢定的標(biāo)定環(huán)來(lái)校準(zhǔn)磁柵位移傳感器，即記錄當(dāng)兩個(gè)傳感器完全釋放時(shí)的讀數(shù)（稱之為s1、s2）。然后，伺服直線滑臺(tái)帶動(dòng)安裝在支架上的位移傳感器運(yùn)行到車軸相應(yīng)截面的位置，再次將位移傳感器完全釋放，記錄位移傳感器的讀數(shù)（稱之為r1、r2），假設(shè)標(biāo)定環(huán)檢定直徑為L(zhǎng)，則車軸被測(cè)截面的直徑D = L-[（r1-s1）+（r2-s2）]或者D=L +[（r1 - s1）+（r2 - s2）]。這里被測(cè)物體的直徑等于標(biāo)定環(huán)的直徑加上或減去磁柵位移傳感器兩次讀數(shù)差值的代數(shù)和，取決于傳感器的讀數(shù)方向。采用這種方法使被測(cè)車軸與標(biāo)定環(huán)處于同一工作環(huán)境小，消除了溫度等工況引起的測(cè)量誤差。測(cè)量時(shí)根據(jù)《輪規(guī)》要求，車軸每個(gè)截面每旋轉(zhuǎn)60度測(cè)量一個(gè)直徑，每個(gè)直徑連續(xù)測(cè)量三次取其平均值作為該次測(cè)量直徑值，3次測(cè)量直徑的平均值即為該截面直徑值，3次測(cè)量直徑的最大差值即為該截面圓度值，不同截面的差值可以得出倒錐情況，截面直徑值和倒錐是選配軸承和車輪的基準(zhǔn)。

2 加工措施

本設(shè)備主體框架立柱、底梁及上橫梁之間均設(shè)置了凹凸止口。底梁、上橫梁兩邊的止口使用大型臥式銑床同一次裝夾一刀加工完成。兩個(gè)對(duì)稱的立柱點(diǎn)焊在一起，先在側(cè)面銑出一個(gè)臨時(shí)基準(zhǔn)面，然后以這個(gè)面為基準(zhǔn)一起加工上下兩面的止口及中心孔定位裝置的安裝孔，這樣能最大程度地保證主體框架各部件安裝基準(zhǔn)的直線度及兩立柱中心定位裝置安裝孔的同軸度，直接保證了車軸被頂起后的直線度，間接保證了車軸各截面的測(cè)量精度。

3 安裝措施

機(jī)械設(shè)備安裝的任務(wù)就是經(jīng)過(guò)裝配、就位、找正、固定，使其安裝精度達(dá)到設(shè)計(jì)、規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的要求。

3.1 設(shè)備基礎(chǔ)

安裝前應(yīng)檢查設(shè)備基礎(chǔ)的幾何尺寸、位置、標(biāo)高，預(yù)留孔的尺寸、位置及標(biāo)高、預(yù)埋件的位置、數(shù)量，混凝土的強(qiáng)度，基礎(chǔ)沉降情況等滿足設(shè)計(jì)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。設(shè)備安裝調(diào)整檢驗(yàn)合格后，基礎(chǔ)若強(qiáng)度不夠，或繼續(xù)沉降，安裝偏差會(huì)發(fā)生變化，影響設(shè)備安裝精度。因此，設(shè)備安裝應(yīng)在基礎(chǔ)強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求后進(jìn)行，找正調(diào)平應(yīng)在沉降觀測(cè)確定基礎(chǔ)穩(wěn)定后進(jìn)行，或在基礎(chǔ)穩(wěn)定后作最終調(diào)整。設(shè)備運(yùn)行后可能會(huì)產(chǎn)生較大的動(dòng)載荷或沖擊載荷，若設(shè)備基礎(chǔ)抗振性能不足，也會(huì)影響設(shè)備的安裝精度。

3.2 墊鐵設(shè)置、地腳螺栓及灌漿

設(shè)備支承在調(diào)整墊鐵（調(diào)整幅度±5mm）上，通過(guò)調(diào)整各個(gè)墊鐵的高度保證設(shè)備安裝水平度、標(biāo)高符合設(shè)計(jì)要求，墊鐵底面應(yīng)平穩(wěn)支承在基礎(chǔ)上，墊鐵上面與設(shè)備應(yīng)接觸良好。

地腳螺栓安裝若不垂直，螺母（墊圈）與設(shè)備的接觸會(huì)偏斜，局部還可能產(chǎn)生間隙，受力不均，會(huì)影響設(shè)備固定，螺栓緊固力不夠，同樣影響設(shè)備固定。設(shè)備若固定不牢，在運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)和位移。因此，地腳螺栓應(yīng)安裝垂直，防止在澆灌混凝土?xí)r產(chǎn)生偏移。地腳螺栓應(yīng)按要求緊固，設(shè)計(jì)有緊固力要求的應(yīng)使用定扭矩扳手緊固，保證預(yù)緊值。地腳螺栓孔灌漿及設(shè)備與基礎(chǔ)之間的灌漿應(yīng)振搗密實(shí)，強(qiáng)度應(yīng)符合設(shè)計(jì)或有關(guān)規(guī)范規(guī)定。

3.3 設(shè)備裝配

解體設(shè)備的裝配精度將直接影響設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量，包括各運(yùn)動(dòng)部件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)精度，配合面之間的配合精度和接觸質(zhì)量。裝配時(shí)要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求保證設(shè)備各部件的裝配精度。必要時(shí)可采用修配法，對(duì)補(bǔ)償件進(jìn)行補(bǔ)充加工，抵消過(guò)大的安裝累計(jì)誤差。

3.4 測(cè)量措施

測(cè)量誤差對(duì)設(shè)備安裝精度的影響主要是測(cè)量?jī)x器的檢測(cè)精度、檢測(cè)基準(zhǔn)的加工精度、安裝基準(zhǔn)的實(shí)際偏差、檢測(cè)方法的合理性和檢測(cè)人員的技能水平。

設(shè)備檢測(cè)基準(zhǔn)的選擇，直接關(guān)系到整臺(tái)設(shè)備安裝找正、找平的質(zhì)量，應(yīng)選擇在正確的部位，通常在加工面或軸線上檢測(cè)（如設(shè)備底座、機(jī)身、機(jī)座、臺(tái)板、機(jī)械軸等加工面），當(dāng)設(shè)備有多個(gè)加工面和軸線時(shí)，應(yīng)選擇在主要工作面或主要工作軸線上。檢測(cè)應(yīng)減少中間環(huán)節(jié)，避免積累偏差。選用的測(cè)量?jī)x器和檢測(cè)工具的精度必須與被測(cè)量裝置的精度要求相適應(yīng)，否則達(dá)不到質(zhì)量要求。測(cè)量人員操作誤差，如測(cè)量時(shí)的主觀性或視差，以及技能水平不夠、壓力過(guò)大等，將直接影響安裝精度。

設(shè)備安裝時(shí)應(yīng)派專業(yè)的測(cè)量人員采用合理的檢測(cè)方法，選擇精度等級(jí)符合要求的測(cè)量?jī)x器，選擇好測(cè)量基準(zhǔn)來(lái)保證設(shè)備安裝精度。

3.5 操作人員水平

操作者產(chǎn)生操作誤差是不可避免的，問(wèn)題的關(guān)鍵是將操作誤差控制在允許的范圍內(nèi)，從事安裝工作的人員應(yīng)具有相應(yīng)的操作水平和責(zé)任心，按正確的工藝進(jìn)行裝配和安裝。

4 調(diào)試措施

車軸自動(dòng)測(cè)量機(jī)調(diào)試包括機(jī)械調(diào)試、電氣調(diào)試和軟件調(diào)試。每一步調(diào)試對(duì)測(cè)量精度的影響都至關(guān)重要。通過(guò)機(jī)械微調(diào)將成對(duì)的磁柵位移傳感器的測(cè)頭調(diào)整到同一水平面上，與軸頸各截面外徑（母線）接觸良好，且盡量保證接觸點(diǎn)在一個(gè)直徑方向上；通過(guò)電氣調(diào)試各運(yùn)動(dòng)部件的速度、定位位置、采集數(shù)據(jù)的次數(shù)等；通過(guò)軟件調(diào)試屏蔽異常值，消除測(cè)量元件的線性誤差，采用某種算法得出最接近真值的數(shù)值。

結(jié)語(yǔ)

總之，保證車軸自動(dòng)測(cè)量機(jī)對(duì)車軸各截面測(cè)量精度的措施和方法涉及設(shè)備設(shè)計(jì)、加工、安裝、調(diào)試等過(guò)程的方方面面，每一步都不可馬虎、得過(guò)且過(guò)，否則將直接導(dǎo)致測(cè)量精度達(dá)不到客戶和設(shè)計(jì)要求，甚至設(shè)備報(bào)廢，客戶不予驗(yàn)收。

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