楼强天1,顾亚桃2

　　(1.戚墅堰机车有限公司,江苏常州213011; 2.常州轻工职业技术学院,江苏常州213164)

　　中图分类号:U260.72　　文献标识码: B　　文章编号: 1003-1820(2009)05-0046-03

　　1　引言

　　车体和车架是内燃机车的骨架,用于安装柴油机及辅助设备。车架承受上部的静载荷和动载荷经旁承传给构架,再通过轴箱传递给各车轴、车轮。如果车轮受力不均、载荷不一致,就会引起车轮磨耗不均,牵引力受到影响,加大机车的振动。为了保证机车在运行过程中充分利用机车黏着重量,发挥机车的牵引力,防止起动过程中的空转和运行过程中轮对的偏磨损以及对线路的冲击,必须首先解决其轮(轴)重分配的均衡问题。影响轮(轴)重分配的因素很多,如机车车体底架的挠度、车内设备的重量分布、旁承的刚度和高度、构架和弹簧座距轨面的高度差、车轮滚动圆直径误差等。参考国内外内燃机车制造经验,分析HXN5型机车结构,以二系簧处作为分界线,将整车称重调整分为转向架称重调簧和机车称重调整,并在机车总组装过程中分别进行。本文就机车总组装称重装置的设计及总组装称重工艺在HXN5型大功率内燃机车制造中的应用进行介绍。

　　2　机车总组装称重装置的提出

　　HXN5型交流传动内燃机车是由美国通用电气公司设计的,采用外走廊非承载罩盖式车体,车架承载,模块化组装结构。机车设计速度120 km/h。国产机车按照《内燃机车总组装技术条件》要求,机车落车前测量并记录车架旁承顶面中心点的高度差,然后选配调整垫片,使一台转向架的各个旁承的工作高度差不大于1 mm,两个旁承的工作高度差不大于2 mm。而HXN5型机车车体旁承座不是以水平高度来控制,而是以受力的大小来衡量的,内、外旁承的重量载荷有具体的比例要求。HXN5型机车与国内机车相比较,不仅结构不同,机车旁承的受力情况也不一样,工艺要求也不一样。通过分析HXN5型机车的结构和重量分配比例,传统的工艺不可能实现称重调整的技术要求,必须采用新型的机车称重新装置、新工艺。

　　如何保证机车旁承载荷分配要求?一直以来,内燃机车的组装过程都是以测量旁承座高低差,采用水平台位为基准,用高度尺(或水准仪)测量平台到车架旁承座顶面的高度,并计算各个旁承座的高度差,根据高度差确定加垫片的厚度来进行调平。事实上,由于受到车架结构变形的影响,车体上部各部分的重量分配也不均匀,即使旁承座完全调平,各个旁承的受力也不一样。所以要正确反映旁承的受力,需要有一种新型的装置来进行测量和调整。

　　机车总组装称重装置就是基于这种思路而设计的新型工装,它的设计和应用为机车组装提供了一套全新的工艺。

　　3　称重方案与结构设计

　　3.1　称重装置方案

　　机车总组装称重装置由基座、称重单元、数据处理系统和液压升降系统等组成,主要用于机车总装后落车前的整车重量称重和旁承处重量检测。

　　在6个支撑墩上安装6套带有固定称量平台的称重计量单元。使用机车旁承受力称重装置对机车落车前旁承座的受力进行测量时,首先将机车吊入台位的千斤顶上,通过液压升降系统平稳地将机车缓慢地放置到传感器上,每套计量平台上的仪表能实时精确反映此时的重量值。通过6个测量位置检测每个部位的载荷,了解掌握机车的重量分布。经过数据处理,确定旁承座加垫片的厚度,从而达到旁承受力均衡。

　　本方案采用旁承独立称量的方式,仪表集中控制,增加仪表数据接口,能直接与计算机相连。

　　由于行车吊运机车落入台位会有很大的冲击,所以我们设置液压升降装置,升降装置由液压站、控制柜、千斤顶等组成。工作时,先升起千斤顶,将机车放在千斤顶上,然后慢慢降下千斤顶,使机车平稳地落到传感器顶板上,从而实现电子称重的目的。如图1所示。

　　3.2　称重装置结构组成

　　本装置主要由称重台、基础框架、称重传感器以及接线盒、仪表柜、液压升降装置、牵引销定位装置、数据处理系统等部分组成。主要结构如图2所示。

　　3.2.1　基础框架

　　框架部分用于安装设备,包括6组称重单元,通过螺栓固定在平台上。其中,每组称重单元都是独立的。单组的称重单元可进行机车旁承处的计量;3组称重单元可进行机车的转向架重量计量;多组称重单元组合起来可进行机车的整车计量。

　　3.2.2　液压系统

　　采用1泵带4顶电控,利用每台千斤顶上安装的位移传感仪测量每台千斤顶的位移量。PC机对每台千斤顶的位移进行实时控制,可将4台千斤顶的顶出位移控制在较高的水平位置,以保证机车置于称重单元时的平稳性。具体操作在电控箱上直接完成,方便可靠。牵引销定位装置由定位块、气缸、导柱等组成,用于机车就位时的定位,确保机车称重的测点位置的准确对中。

　　3.2.3　称重单元

　　将称重传感器制作成6个称重单元,如图3所示。称重单元由50t的称重传感器、底座、接线盒、过渡装置以及安全模块等部分组成。每个称重平台能够准确反映此时测量点上重量值,精度达到0·1%。称重模块具有足够的强度、刚度和良好的稳定性,由螺栓方便地安装在底座上。为减少称重单元的冲击振动,设计了安全模块,从而减少了对称重单元秤体的冲击。

　　3.2.4　仪表及数据处理

　　称重仪表采用D-S模数转换及高速数字处理技术,通过对称重传感器输出的弱重量信号进行数字化处理生成的高精度的称量数据。本装置可采用计算机控制,集显示、检测、打印、管理于一体。根据设计和试验数据建立专用软件,可以计算每个位置的垫片厚度,并提供修正值。

　　机车放入称重台后,称重台将所受压力传递至承重支承头,使称重传感器弹性体受力产生形变,应变片输出与重量数值成正比的电信号经线性放大器将信号放大,再经A/D转换为数字信号传给仪表,直接显示称重数据。同时,数据还可以传送至计算机,通过专用软件对数据进行分析处理,计算各旁承处加垫片的厚度。

　　4　HXN5型机车称重调整实例

　　4.1　HXN5型机车简介

　　HXN5型交流传动内燃机车由两个转向架组成,车架前后分别设置牵引销,每个转向架有3个旁承,呈三角形布置,如图4所示。外旁承纵向间距15 108 mm,横向间距2 400 mm,转向架的中心距为13 298 mm,机车上部重量约95 t,机车旁承加垫后理想的重量分布要求如下:

　　每个转向架内侧旁承重量载荷比为0·407 46,每个转向架外侧旁承重量载荷比为0·296 27,内侧旁承重量载荷与外侧旁承重量载荷比为0·687 65。机车转向架载荷偏差不应超过载荷平均值的2%,轴重偏差不应超过平均轴重的2%。机车通过称重加垫来调整重量分配。

　　4.2　HXN5型机车称重调整

　　为满足HXN5型机车的称重调整需要,设计了专用软件程序。称重时只要在上部重量空格中输入各位置的称重数据,就会在数据下面的空格里输出需要加垫的厚度。在垫片的加、减栏部分,对6个位置加、减垫片的规格、数量进行计算和确定。操作人员即可按表格所示的数据进行垫片的加、减操作。

　　为保证各项技术参数的准确性,在机车落车前,应对机车称重系统进行检查,确保设备处于良好状态。6个称重单元的上平面处于同一水平面上,平面度公差不大于0·5 mm。车体称重操作如下:

　　对准牵引销定位工装,使机车牵引销放入工装的配合基准孔内,把机车支撑位置落入到测量基座上,车体初次称重时,红字显示车体有加垫调整要求。由于车架挠度的存在,中间两个旁承不受力,重量显示为零,需加垫片的计算厚度分别为0·488inch和0·556 inch。同样,在A、B、E、F4个位置,分别显示重量和加垫的厚度数据。通过软件处理,进行垫片的选配组合。

　　第1次加垫后,需要进行机车第2次称重,红字显示车体有加垫调整要求,这次称重和加垫与初次情况不同,垫片有加也有减。同时,垫片调整的厚度明显变薄,显示重量分配趋于合理。

　　当红字显示机车垫片没有调整要求时,从垫片加减调整栏里也可看到6个位置均无垫片调整显示,表示称重加垫完成,因此也是机车的最终称重。

　　随着称重加垫调整的经验积累,一方面通过修改扭曲、弯曲、倾斜的有关参数来提高计算精度,减少称重加垫的次数;另一方面可在6个位置预先分别加上相应厚度的垫片,也能减少称重加垫的次数,提高劳动生产率。

　　结论

　　(1)机车总组装称重工艺是一项新的工艺,对旁承座的受力检测非常直观明了。为机车重量调整提供了新的技术手段。

　　(2)在HXN5型机车组装中,机车称重调整采取了先进的加垫工艺,首次应用并获得成功。有了称重加垫装置,机车称重调整的一次性通过率相当高,大大提高了机车的组装质量,为提高机车的牵引性能打下了基础。

　　(3)该装置的应用,对车架旁承的受力检测直观明了,真实反映旁承座的受力大小。一方面为机车处于良好的平衡受力状态,提供良好的技术手段,起到较好的效果;另一方面为机车的重量分布及平衡分析研究,提供准确、有效的数据。

　　(4)该装置通过称重单元的位置调整,可满足其他型号的机车重量检测的需要,也可以应用于其他轨道交通设备的组装和试验中。

　　作者简介:楼强天(1962—),男,浙江东阳人,高级工程师。

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