彈簧檢測機(jī)研究

唐擁軍 蒲宗禮 薛 偉

（1.中國鐵路北京局集團(tuán)有限公司車輛部，北京 100086；2.國鐵集團(tuán)蘭州安監(jiān)特派辦，蘭州 730000；3.齊齊哈爾四達(dá)鐵路設(shè)備有限責(zé)任公司，齊齊哈爾 161000）

制動系統(tǒng)是鐵路貨車的重要組成部分，是鐵路貨物運(yùn)輸秩序和安全的重要保障[1]。鐵路貨車制動系統(tǒng)是一個(gè)工作過程非常復(fù)雜、專業(yè)性很強(qiáng)的系統(tǒng)。制動缸與閘調(diào)器作為制動系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其性能直接影響鐵路的行車安全。制動缸緩解彈簧和閘調(diào)器內(nèi)部彈簧作為制動缸與閘調(diào)器的關(guān)鍵部件，直接影響鐵路貨車的制動性能和行車安全[2]。研制能夠快速檢測彈簧各項(xiàng)參數(shù)的檢測設(shè)備，使鐵路貨車廠修裝車的彈簧達(dá)到工藝要求，是確保鐵路貨車行車安全的關(guān)鍵。

1 彈簧檢測機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

設(shè)備包括彈簧檢測機(jī)主機(jī)框架、彈簧壓力加載裝置、彈簧定位機(jī)構(gòu)、彈簧高度位移檢測裝置、彈簧壓力檢測裝置、安全防護(hù)裝置以及控制系統(tǒng)。

1.1 主機(jī)框架結(jié)構(gòu)

根據(jù)彈簧檢測機(jī)測量形式分析，設(shè)備的主機(jī)框架采用上下箱式結(jié)構(gòu)，上部為彈簧檢測區(qū)，下部為壓力加載區(qū)。框架采用方鋼管焊接，四周鑲嵌鋼制門板，箱體正面為活頁門結(jié)構(gòu)。框架中間為15mm 厚的鋼板，從而將上下箱體連接成一個(gè)整體。

1.2 彈簧壓力加載裝置

設(shè)備的彈簧壓力加載裝置由驅(qū)動氣缸和直線導(dǎo)桿組成[3]。驅(qū)動氣缸采用螺栓連接到主機(jī)框架中間的鋼板上。直線導(dǎo)桿的導(dǎo)向套固定在主機(jī)框架中間的鋼板上。直線導(dǎo)桿與氣缸勾貝通過連接板固定在一起，從而保證氣缸勾貝在升降過程中直線運(yùn)動且不旋轉(zhuǎn)，具體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 彈簧壓力加載裝置

1.3 彈簧定位機(jī)構(gòu)

設(shè)備的彈簧定位機(jī)構(gòu)是一塊厚度為90mm 的鋼板按照試驗(yàn)彈簧的內(nèi)外徑尺寸加工的仿形凹槽，待測彈簧可以通過凹槽進(jìn)行定位，具體結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 彈簧定位機(jī)構(gòu)

1.4 彈簧高度位移檢測裝置

設(shè)備的彈簧高度位移檢測裝置是在彈簧壓力加載裝置的升降氣缸與直線導(dǎo)桿連接件上把接一塊連接板。連接板與拉線位移傳感器的輸出端連接，拉線位移傳感器本體固定安裝在主機(jī)框架中間的鋼板上。驅(qū)動氣缸上下升降過程中將帶動拉線位移傳感器移動，從而測量計(jì)算彈簧的高度位移。

1.5 彈簧壓力檢測裝置

設(shè)備的彈簧壓力檢測裝置是通過在彈簧壓力加載裝置的升降氣缸與直線導(dǎo)桿連接件上部與彈簧定位機(jī)構(gòu)下部安裝一只S 型壓力檢測傳感器。當(dāng)彈簧受力壓縮時(shí)，壓力傳感器將直接測量壓力值并反饋給主控計(jì)算機(jī)，具體結(jié)構(gòu)如圖3 所示[4]。

圖3 彈簧壓力檢測裝置

1.6 安全防護(hù)裝置

設(shè)備的安全防護(hù)裝置采用雙層防護(hù)結(jié)構(gòu)[5]。其中，內(nèi)層采用12mm 厚的鋼板在彈簧試驗(yàn)器四周進(jìn)行密封；外層采用主機(jī)框架彈簧上層檢測區(qū)沖壓鋼板進(jìn)行二次防護(hù)。控制上，壓力檢測傳感器實(shí)時(shí)動態(tài)檢測和判斷壓力與位移變化，如果出現(xiàn)壓力突然消失、瞬間減小以及位移檢測瞬間增大，則證明彈簧有折斷或者崩出。此時(shí)，系統(tǒng)快速切換壓力加載氣缸控制方向，使氣缸停止加載向下運(yùn)動，并提示操作者處理。

1.7 控制系統(tǒng)

設(shè)備的控制系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)控制，而計(jì)算機(jī)控制柜采用標(biāo)準(zhǔn)單機(jī)柜結(jié)構(gòu)[6]，放置在主機(jī)框架右側(cè)。計(jì)算機(jī)采用Windows 10 操作系統(tǒng)。控制軟件設(shè)計(jì)有試驗(yàn)操作界面和參數(shù)設(shè)置界面[7]，如圖4 所示。

圖4 控制界面

2 結(jié)語

設(shè)備采用氣缸的上升下降動作對彈簧施加壓力，通過高精度的位移拉線傳感器和壓力傳感器直接測量方式檢測被測彈簧在自由高、裝配高、裝配負(fù)荷、工作高以及工作負(fù)荷各部位的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信號。采集數(shù)據(jù)經(jīng)控制計(jì)算機(jī)板卡將位移與壓力信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信息經(jīng)控制程序計(jì)算得出被測彈簧的各項(xiàng)參數(shù)的數(shù)值，并與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，從而判斷被測彈簧是否滿足工藝要求。實(shí)踐表明，設(shè)備自動化程度高，操作簡便，適合各種彈簧的檢測，提高了鐵路貨車廠修的檢修效率與質(zhì)量，減輕了勞動強(qiáng)度，保證了貨車行車安全，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。