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鐵路貨車滾動軸承加載磨合機的研制

2010-03-28 03:56:06秦國營
裝備制造技術 2010年8期
關鍵詞:系統

秦國營

(鄭州鐵路局鄭州北車輛段,河南 鄭州 450053)

鐵路貨車提速重載的全面實施,對車輛走行部的可靠性的要求也越來越高。為了保證貨物列車的運行安全,輪對軸承檢修質量尤其關鍵。根據輪對檢修工藝要求,輪對裝車前必須進行磨合性能測試,但目前在用的軸承磨合機,基本都沒有對軸承進行加載,不符合鐵路車輛運行時的實際情況,軸承磨合測試沒有起到應有的作用。基于此,我們研制了貨車滾動軸承加載磨合機,以便更好地發現軸承故障,保證鐵路車輛安全運行。

1 功能和技術要求

貨車軸承磨合機,是鐵路車輛系統檢修轉向架輪對的專用設備,是輪對檢修時進行磨合試驗、檢測輪對軸承壓裝質量的裝置,其基本功能和技術要求如下:

(1)磨合輪對為RD2、RE2型,直徑范圍為760~840mm。

(2)軸承磨合轉速大于200 r/min。

(3)輪對模擬加載載荷(輪對軸重):25× 9.8×103=2.45×105。(輪對軸重按 25t計算)

(4)自動檢測軸承溫升,當軸承溫升>40℃時,能自動報警。

(5)輪對磨合5min結束后制動輪對。

(6)操作方便,便于維修,使用壽命長。

2 原理和總體方案

加載磨合機結構如圖1所示。

圖1 加載磨合機結構

貨車滾動軸承加載磨合機基本原理為:模擬車輛輪對的運行狀況,利用兩側液壓升降油缸支撐起輪對,同時能加載抱緊軸承,模擬車輛輪對的載重。安置于軌道上部龍門架上的支撐輪,模擬車輛運行時的軌道,同時也作為摩擦輪,帶動輪對轉動。固定在龍門架上的兩端伸軸電機,通過摩擦輪帶動輪對作磨合運轉。測溫系統采用技術成熟的溫度傳感器,制動系統采用電力能耗制動。貨車軸承磨合機控制方案采用液壓與電器互相鏈鎖,輪對沒有被壓緊,磨合電機不能起動。

3 主要技術參數選擇

3.1 液壓系統

(1)油缸的選擇。油缸頂起的輪對作高速運轉,會產生振動,使油缸活塞桿產生交變應力及變形,輕則影響油缸密封性,重則使活塞桿彎曲變形,因而油缸必須有較好的穩定性。活塞桿應選用較大尺寸。輪對總質量為1.3 t,產生的重力為1.27×104N,輪對加載質量25 t,每個油缸應承受的力約為12.3×105N。選擇缸徑為125mm,活塞桿直徑為90mm的油缸。考慮到車輛輪對軸承連續試驗的特點,支承座的高度選擇應使大輪和小輪都能通過,大輪通過時上部留出50mm的自由量,當輪徑為最小時,軸承最低點不碰及支承座的最高點,略加富余量,選擇油缸行程為250mm。

圖2 液壓系統原理圖

(2)壓力的調整。從液壓原理圖中可知,三位四通電磁閥控制油缸升降,溢流減壓閥調節系統的壓力,控制輪對的加載量,單向節流閥調整兩油缸上升的速度,使其基本同步上升。為防止輪對滑傷,輪對被壓緊后,磨合電機方能起動;并且還可給出輪對被夾緊的信號,實現磨合過程的自動化。為此,液壓系統中設置壓力繼電器,給出輪對被壓緊后的信號,利用電氣與液壓系統的相互連鎖,解決以上問題。輪對在高速運轉時,若發生異常情況,如突然斷電,使高速運轉的輪對落下,發生危險。液壓回路中設有兩組液控單向閥,即使發生突然斷電等異外情況,系統也會保壓,繼續壓緊輪對,增加系統的安全可靠性。通過測算,當輪對最小時,油缸上升距離最大,用15 s左右的時間為宜,由此我們選擇了油泵的排量。系統實際運行時最大設定壓力為P=壓力/油缸有效面積,計算出系統理論壓力為8.2MPa,系統壓力損失為10%,則壓力調整為9MPa。

3.2 驅動系統

電機通過彈性聯軸器帶動支撐摩擦輪,支撐摩擦輪和輪對踏面相互受壓。當摩擦輪轉動時,輪對和摩擦輪之間產生靜摩擦力,驅動輪對轉動。摩擦傳動中有彈性滑動,以及打滑,這樣都將導致傳動速度和功率損失,即消耗功率。輪對材料的彈性模量越低,這兩項損失越大。彈性滑動可通過高彈性模量材料輪的方法予以減輕,所以摩擦輪采用耐磨合金鋼ZGMn13-2,用熱處理方法提高其彈性模量。

3.3 機械系統

(1)油缸保護。為保護油缸以及使系統運轉穩定,在輪對前后方向,油缸的旁邊加導柱導套;導套下部和油缸一起固定于底座上,上部則和油缸的外部共同固定在側面立柱上;導柱則與活塞桿一起連接固定在輪對軸承支座上,這樣既增加強度,又增加穩定性。

(2)輪對軸向定位。輪對必須軸向定位,才能保證兩摩擦輪和輪對的相對位置,由于輪對在鋼軌上的有16mm左右的軸向移動量,因此輪對滾入磨合機下方時的軸向位置不確定,為保證輪對軸向定位,在兩鋼軌中間加入軸向定位塊,利用輪對兩輪內側面定位。該定位塊緩慢過渡,輪對進入磨合機正下方時,則強迫輪對處于鋼軌中心位置。

(3)軸承支座的定位。軸承支座采用自定位方式,其結構為外端有小于30°的斜坡,斜坡下部有一垂直定位臺階,當輪對被頂起時,首先進入斜坡,由于自重作用,滑向底部,進入定位臺階內,兩端被相對限制后,起到定位作用。

3.4 測溫系統

采用已非常成熟的測溫技術——溫度傳感器。在開始磨合前,對軸承磨合前的外圈溫度(即環境溫度)進行采集,傳至計算機,然后進行5min的加載磨合測試,并對軸承外圈溫度分3點均分采集,取其溫度平均值傳至計算機,計算出其溫升(溫升=磨合后外圈溫度平均值-環境溫度),由計算機判斷其溫升是否符合要求。

3.5 制動控制系統

制動系統采用能耗電力制動,磨合時間5min,用時間繼電器控制。輪對磨合結束后,中間繼電器作用,系統自動進入制動階段。其原理為:電機通上直流電,利用電磁力制動電機,再通過摩擦輪制動輪對,制動時間可通過時間繼電器調整。

4 主要技術特點

(1)結構獨特,合理巧妙,簡單實用。摩擦驅動輪同時又作為壓緊輪,升降油缸既支撐輪對又起加載的雙重作用。

(2)實現加載磨合。模擬軸承加載,最大加載總質量可達23 t。

(3)磨合過程控制實現半自動,磨合動作結束后能自動進入制動程序等,操作方便。

(4)液壓系統與電器系統相互鏈鎖,輪對沒被夾緊至設定的程度,不能進行輪對磨合。液壓系統采用液控單向閥等原器件,系統完善,即使突然斷電等特殊情況,系統也安全可靠。

(5)模塊化設計,各系統采用成熟技術,且相對獨立,便于維修。

5 結束語

本文介紹的貨車滾動軸承加載磨合機,適應了鐵路高速重載的發展方向,提高了貨車輪對的檢修質量,具有較突出的優點,對確保貨物列車的運行安全必將發揮重要的作用。

[1]胡振綏,孫樹才.車輛修造專用設備電氣控制[M].成都:西南交通大學出版社,1990.

[2]吳宗澤.機械設計師手冊[S].北京:機械工業出版社,2002.

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