陳 康 王 剛 劉建鑫 李建軍

(中國(guó)鐵路北京局集團(tuán)有限公司， 北京 102600)

軸箱彈簧剛度直接影響車(chē)輛運(yùn)行穩(wěn)定性和曲線(xiàn)通過(guò)性能，為適應(yīng)冬季雪天的運(yùn)行，保證軸箱彈簧在降雪天氣性能可靠，我國(guó)四方平臺(tái)動(dòng)車(chē)組軸箱彈簧都加裝了防雪套。防雪套材質(zhì)為特種熱縮橡膠，溫度達(dá)到84 ℃以上發(fā)生收縮[1]。目前，在進(jìn)行新防雪套安裝作業(yè)時(shí)，多采用人工作業(yè)的方法。作業(yè)人員手持熱風(fēng)槍?zhuān)婵痉姥┨?，加熱修整外端面防雪罩使其與彈簧外端面部位密貼熱縮完成。

根據(jù)CRH 380A/AL型動(dòng)車(chē)組高級(jí)修規(guī)程，軸箱彈簧的防雪罩為必?fù)Q件，以標(biāo)準(zhǔn)編組為例(8編組動(dòng)車(chē)組)，每列動(dòng)車(chē)組共有64個(gè)軸箱彈簧，數(shù)量較多。手持熱風(fēng)槍熱縮的作業(yè)方式存在作業(yè)效率低、作業(yè)環(huán)境惡劣、熱縮作業(yè)產(chǎn)生的有害氣體影響人體健康和庫(kù)內(nèi)空氣質(zhì)量等問(wèn)題。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研統(tǒng)計(jì)，人工烘烤防雪套的平均作業(yè)時(shí)間約15 min/個(gè)，加上吊運(yùn)等輔助工時(shí)，作業(yè)耗時(shí)達(dá)到20 min/個(gè)，每標(biāo)準(zhǔn)編組動(dòng)車(chē)組共需工時(shí)高達(dá)21.3 h，與動(dòng)車(chē)組高級(jí)修縮短修時(shí)后的檢修節(jié)拍不相適應(yīng)。此外，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研中能夠明顯聞到刺鼻氣味，根據(jù)作業(yè)人員反映，在烘烤過(guò)程中，加熱后的熱縮橡膠會(huì)產(chǎn)生刺激性有毒氣體。目前，國(guó)內(nèi)各動(dòng)車(chē)段和主機(jī)廠(chǎng)均采取人工手持熱風(fēng)槍烘烤的方式進(jìn)行軸箱彈簧防雪罩熱縮，不同之處在于工位的物理位置不同，有的在地面鋪設(shè)地板塊，有的使用工作臺(tái)烘烤[2]。

1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

軸箱彈簧防雪罩熱縮成型過(guò)程中，為保證恒溫輸出，熱縮均勻、熱縮成型美觀(guān)采用PID自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度控制。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有軸箱彈簧防雪罩的熱縮作業(yè)情況進(jìn)行調(diào)研，確定新型熱縮設(shè)備需具備以下功能：

(1)排氣控制采用過(guò)濾器裝置，確保熱縮過(guò)程環(huán)保污染零排放及控制有毒氣體排放，不造成二次污染。

(2)設(shè)備結(jié)構(gòu)、造型及操控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、人性化、智能化。

(3)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中電磁門(mén)自動(dòng)鎖緊。熱縮運(yùn)行時(shí)與電磁門(mén)聯(lián)鎖控制，從而避免誤操作引起的事故，有效的保證了操作人員的安全。各機(jī)構(gòu)均設(shè)有聯(lián)鎖控制，保證運(yùn)行環(huán)節(jié)安全可靠。

(4)電源設(shè)有漏電保護(hù)裝置，安全的供電及安全操作電壓，避免觸電引發(fā)人身安全事故。

(5)設(shè)備需保證操作者的防護(hù)安全、采用高保溫隔熱材料，同時(shí)降低了熱量損耗，且具有獨(dú)立的保護(hù)接地。

(6)熱縮機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的噪聲<75 db符合安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。

(7)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)和手動(dòng)兩種作業(yè)模式。

根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)，本文提出一種單件式的熱縮機(jī)設(shè)計(jì)方案(非鏈條式連續(xù)烘烤式)，該設(shè)備由工件移動(dòng)載具和烘烤箱2大部分組成，整體設(shè)計(jì)如圖1所示。烘烤箱為電熱循環(huán)通風(fēng)烘烤原理，溫度控制在300 ℃左右，內(nèi)部通過(guò)風(fēng)扇完成熱空氣的強(qiáng)迫循環(huán)，以便烘烤時(shí)均勻加熱防雪套，溫度采用電子控制。同時(shí)，烘烤箱循環(huán)時(shí)采用10%的新風(fēng)進(jìn)入，有引風(fēng)口將烘烤時(shí)產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)氣體排除[3]。

圖1 單件式熱縮機(jī)整體設(shè)計(jì)圖

2 工作原理及技術(shù)參數(shù)

本文提出的軸箱彈簧熱縮機(jī)的工作原理主要是：廠(chǎng)房室內(nèi)空氣經(jīng)進(jìn)風(fēng)口，在離心氣流的作用下，將加熱裝置產(chǎn)生的熱量從腔體經(jīng)導(dǎo)熱管道，將加熱裝置產(chǎn)生的熱量以熱風(fēng)的形式送出，經(jīng)過(guò)導(dǎo)熱罩噴射到熱縮工件上，熱風(fēng)在導(dǎo)熱罩噴射到熱縮的目的。為實(shí)現(xiàn)以上工作原理，該熱縮機(jī)所需的主要技術(shù)參數(shù)[4]，如表1所示。

表1 軸箱彈簧防雪罩熱縮機(jī)技術(shù)參數(shù)

3 設(shè)備組成和功能實(shí)現(xiàn)

本文提出的熱縮機(jī)主要由熱循環(huán)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)3部分組成，如圖2所示。

圖2 軸箱彈簧防雪罩熱縮機(jī)組成示意圖

3.1 熱循環(huán)系統(tǒng)

熱循環(huán)系統(tǒng)加熱裝置由加熱源、導(dǎo)熱罩、進(jìn)風(fēng)輻射渦循環(huán)裝置、排風(fēng)過(guò)濾裝置構(gòu)成，可實(shí)現(xiàn)熱源穩(wěn)定輸出，保證熱風(fēng)在設(shè)備腔體內(nèi)形成渦流循環(huán)，熱量均勻分布。加熱裝置主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

(1)輸出熱風(fēng)。廠(chǎng)房室內(nèi)空氣經(jīng)進(jìn)風(fēng)口，在電機(jī)風(fēng)扇產(chǎn)生的離心氣流的作用下，將加熱裝置產(chǎn)生的熱量以熱風(fēng)的形式送出經(jīng)過(guò)導(dǎo)熱罩的循環(huán)風(fēng)孔噴射到熱縮工件上。

(2)導(dǎo)熱罩的循環(huán)風(fēng)孔使熱風(fēng)流動(dòng)更加合理，保證自動(dòng)恒溫，提高導(dǎo)熱罩加熱溫度駐留時(shí)間提高熱效率。

(3)設(shè)備腔體采用儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提高單位時(shí)間連續(xù)熱源的輸出，熱源裝置腔體外部采用耐高材料進(jìn)行保溫，保溫殼體有效地提高了熱效率和安全性，從而降低熱量損失加快運(yùn)行時(shí)間。

(4)熱風(fēng)循環(huán)時(shí)采用10%的新風(fēng)進(jìn)入，同時(shí)，有引風(fēng)口將烘烤時(shí)產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)氣體排出。進(jìn)風(fēng)口采用可拆卸活動(dòng)式過(guò)濾板，出風(fēng)口過(guò)濾器選擇活性炭作為過(guò)濾材料，以確保排放對(duì)空氣不造成污染，出風(fēng)口過(guò)濾器采用卡裝式使用更換便捷簡(jiǎn)單[5]。

3.2 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括托架移動(dòng)機(jī)構(gòu)、托架導(dǎo)軌、托架旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，熱縮機(jī)示意圖，如圖3所示。由于每個(gè)軸向彈簧重量大，檢修作業(yè)中需使用自立式起重機(jī)進(jìn)行吊運(yùn)，無(wú)法直接放入加熱腔內(nèi)，故設(shè)備需具備托盤(pán)伸縮功能，實(shí)現(xiàn)加熱對(duì)象的收回[6]。

1.熱縮機(jī)柜體； 2.熱縮腔體； 3.熱縮腔體柜門(mén)； 4.熱縮腔體觀(guān)察窗； 5.托盤(pán)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)； 6.托架； 7.控制儀表面板； 8.控制腔體散熱進(jìn)風(fēng)風(fēng)機(jī)； 9-11.控制腔體散熱出風(fēng)； 12.加熱腔體排風(fēng)孔圖3 動(dòng)車(chē)組軸箱彈簧防雪罩熱縮機(jī)示意圖

(1)托盤(pán)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，載著熱縮彈簧勻速旋轉(zhuǎn)，托盤(pán)勻速旋轉(zhuǎn)保證了熱縮過(guò)程中熱縮件表面受熱均勻成型美觀(guān)，同時(shí)也提高熱縮效率。

(2)托盤(pán)支架移動(dòng)裝置的導(dǎo)向輪在托架導(dǎo)軌上滾動(dòng)，在位移電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)時(shí)托盤(pán)支架伸出彈簧的安放托盤(pán)上，托架載著彈簧縮回加熱腔體進(jìn)行熱縮作業(yè)，熱縮完成后托架伸出，托架伸出縮回位置有兩端行程開(kāi)關(guān)控制。

3.3 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)主要由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制器、熱循環(huán)系統(tǒng)控制器、外部控制儀表及操作器件面板構(gòu)成，操作器件面板，如圖4所示，當(dāng)進(jìn)行生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)按照設(shè)置工藝流程通過(guò)外部檢測(cè)器完成彈簧防雪套熱縮。

圖4 外部控制儀表及操作器件面板示意圖

本機(jī)控制系統(tǒng)采用溫控儀表及時(shí)間控制儀表完成系統(tǒng)控制。溫控裝置通過(guò)溫度傳感器采集實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)，對(duì)熱電偶采用實(shí)時(shí)閉環(huán)控制(PID控制)，確保加熱過(guò)程快速穩(wěn)定。熱縮運(yùn)行時(shí)間是由時(shí)間控制儀表控制，熱縮運(yùn)行時(shí)通過(guò)已設(shè)定好的儀表上的控制時(shí)間及過(guò)程信號(hào)采集控制，完成每一個(gè)熱縮過(guò)程。

3.3.1控制方式

熱縮設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)有手動(dòng)控制、自動(dòng)控制2種操作方式，通過(guò)面板設(shè)置“自動(dòng)/手動(dòng)”旋鈕選擇控制運(yùn)行方式。

(1)手動(dòng)控制。當(dāng)開(kāi)關(guān)旋轉(zhuǎn)至“手動(dòng)”擋時(shí)，就可進(jìn)行單機(jī)調(diào)試及測(cè)試應(yīng)用。如熱套機(jī)托架伸出或縮回，托盤(pán)旋轉(zhuǎn)，熱縮源啟停等。

(2)自動(dòng)控制。當(dāng)開(kāi)關(guān)旋轉(zhuǎn)至“自動(dòng)”擋時(shí)，整機(jī)處于自動(dòng)運(yùn)行方式。按下“啟動(dòng)運(yùn)行”按鈕，熱套機(jī)就會(huì)按照預(yù)設(shè)的時(shí)間完成熱縮過(guò)程，整個(gè)運(yùn)行過(guò)程伴有狀態(tài)信號(hào)指示及控制儀表數(shù)據(jù)顯示。

3.3.2操作流程

首先將設(shè)備面板上“電源開(kāi)關(guān)”置于“on”，再將“控制電源”旋鈕置于接通位。這時(shí)控制回路得電，儀表控制系統(tǒng)經(jīng)數(shù)秒自檢運(yùn)行完成后，設(shè)備處于待機(jī)狀態(tài)(“溫度控制”儀表顯示當(dāng)前熱噴腔體的溫度)。

選擇熱縮彈簧生產(chǎn)時(shí)首先觀(guān)察控制控儀盤(pán)的狀態(tài)，如“時(shí)間控制”儀表熱縮設(shè)定時(shí)間，“溫度控制”儀表顯示溫度。比如“時(shí)間控制”、“溫度控制”儀表顯示的設(shè)定顯示(儀表第1行數(shù)碼為當(dāng)前運(yùn)行置，第2行數(shù)碼為設(shè)定置)。

(1)“時(shí)間控制”第2行數(shù)碼為設(shè)定置位“90 s”即為熱縮運(yùn)行時(shí)間(出廠(chǎng)時(shí)設(shè)定，熱縮時(shí)間可通過(guò)“時(shí)間控制”儀表1～4號(hào)鍵設(shè)定)。

(2)“溫度控制”儀表顯示溫度第1行數(shù)碼為當(dāng)前室溫時(shí)，熱縮機(jī)應(yīng)進(jìn)行熱縮前的預(yù)熱(熱縮起始溫度200 ℃)。

(3)啟動(dòng)預(yù)熱運(yùn)行將“自動(dòng)/手動(dòng)”選擇開(kāi)關(guān)置于“手動(dòng)”擋，再將“加熱風(fēng)機(jī)”擋置于接通位預(yù)熱運(yùn)行啟動(dòng)，當(dāng)溫控儀表顯示溫度到達(dá)200 ℃時(shí)，將“加熱風(fēng)機(jī)”旋鈕歸位加熱?！把h(huán)風(fēng)機(jī)延時(shí)?！鳖A(yù)熱完成。

(4)將“伸出/回位”旋鈕選在“伸出”位，再到伸出到位后自動(dòng)停止，松開(kāi)托盤(pán)。

(5)將熱縮彈簧放到托盤(pán)上再將熱縮套上彈簧。

(6)啟動(dòng)控制盤(pán)面“啟動(dòng)運(yùn)行”按鈕，托盤(pán)載著彈簧自動(dòng)縮回?zé)峥s腔體，熱縮運(yùn)行開(kāi)始。

(7)當(dāng)“時(shí)間控制”儀表顯示到達(dá)設(shè)定時(shí)間，熱縮完成托盤(pán)載著熱縮好的彈簧自動(dòng)伸出同時(shí)伴有聲光報(bào)警提示。

(8)當(dāng)托盤(pán)載著熱縮好的彈簧伸出到位自動(dòng)停止，一個(gè)彈簧防雪套熱縮完成，取下彈簧(取彈簧時(shí)應(yīng)避免手直接觸碰縮套造成熱套形體損壞，因這時(shí)熱縮表面還未定型)。

(9)取下縮好彈簧，放上下一件彈簧套上熱縮套。啟動(dòng)控制盤(pán)面“啟動(dòng)運(yùn)行”按鈕運(yùn)行啟動(dòng)。

(10)當(dāng)取下最后一熱縮彈簧時(shí)，停止操作時(shí)按動(dòng)“停止運(yùn)行”按鈕這時(shí)加熱運(yùn)行停，循環(huán)風(fēng)機(jī)延時(shí)散熱停止加熱腔體溫度降到安全溫度，設(shè)定擋位將托盤(pán)縮回，關(guān)斷控制電源及電源開(kāi)關(guān)。

熱縮機(jī)操作步驟即預(yù)熱、自動(dòng)熱縮、熱縮結(jié)束、設(shè)備冷卻完成、手動(dòng)托盤(pán)歸位切斷電源。

4 異常處理

本文提出的熱縮機(jī)的異常處理，如表2所示。

表2 軸箱彈簧防雪罩熱縮機(jī)異常處理

5 設(shè)備驗(yàn)證

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際試用，軸箱彈簧防雪罩自動(dòng)熱縮裝置的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)得到了驗(yàn)證：

(1)彈簧熱縮成型過(guò)程中，采用PID自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度控制，保證了熱縮過(guò)程恒溫輸出，熱縮均勻、熱縮成型美觀(guān)。熱縮機(jī)在整個(gè)熱縮過(guò)程不需人員干預(yù)自動(dòng)完成熱縮過(guò)程。排氣控制采用過(guò)濾器裝置，確保熱縮過(guò)程環(huán)保污染零排放及控制有毒氣體排放，不造成二次污染[7]。

(2)電源設(shè)有漏電保護(hù)裝置，控制電源采用安全操作電壓DC24 V，安全的供電及安全操作電壓，避免觸電引發(fā)人身安全事故。各機(jī)構(gòu)均設(shè)有聯(lián)鎖控制，保證運(yùn)行環(huán)節(jié)安全可靠。

(3)在試驗(yàn)中，每個(gè)軸箱彈簧防雪罩熱縮工時(shí)由原來(lái)20 min，下降到了2 min，工時(shí)壓縮了90%，大大提高了動(dòng)車(chē)組轉(zhuǎn)向架軸箱彈簧檢修效率[8]。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文提出的單件式熱縮機(jī)在軸箱彈簧防雪罩熱縮作業(yè)中使用效果良好，具有操作方便、熱縮成型均勻、作業(yè)時(shí)間短、作業(yè)環(huán)境良好、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，杜絕了原手持熱風(fēng)槍進(jìn)行作業(yè)時(shí)帶來(lái)的意外燙傷和觸電風(fēng)險(xiǎn)，為軸箱彈簧防雪罩熱縮作業(yè)的產(chǎn)品工藝性能、工作效率、工作條件、安全防護(hù)的提升提供了基本條件，為動(dòng)車(chē)組高級(jí)修修時(shí)優(yōu)化提供了保障，具有良好的使用價(jià)值和推廣前景。