1.湖南鐵路科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院 鐵道機(jī)車學(xué)院 湖南株洲 412000 2.石家莊鐵道大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院 石家莊 050043

1 設(shè)計(jì)背景

當(dāng)前,城市軌道交通發(fā)展迅速,所需檢修人員的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上人才培養(yǎng)的速度。城市軌道交通車輛的運(yùn)營特點(diǎn)是站間距離較短,啟動(dòng)和剎車較為頻繁。車輛每一次剎車基本都需要閘瓦的參與,對閘瓦的磨耗較大。閘瓦剩余厚度的控制對于城市軌道交通車輛的安全運(yùn)營及車輛輪對踏面的保護(hù)都非常關(guān)鍵。為保證城市軌道交通車輛的安全運(yùn)營,許多運(yùn)營公司檢修部門都會(huì)對閘瓦的檢修作出相關(guān)布置和應(yīng)對方案。目前比較普遍的執(zhí)行方式是為閘瓦安排日檢,根據(jù)廠家的規(guī)定要求及車輛的運(yùn)營情況,確定閘瓦更換的最小尺寸,每日檢查跟蹤。為提高效率,許多運(yùn)營公司要求檢修人員先根據(jù)目測方式大致判定閘瓦剩余厚度是否明顯大于需要更換時(shí)的厚度。如果目測明顯大于需要更換時(shí)的厚度,那么可不用詳細(xì)測量,記錄安全即可。如果比較接近需要更換時(shí)的厚度,那么用鋼尺進(jìn)行詳細(xì)測量,如圖1所示。此方式對檢修人員的經(jīng)驗(yàn)要求高,存在一定的誤判風(fēng)險(xiǎn),并且使用鋼尺測量時(shí),對于需要更換時(shí)的厚度,如果測量位置不同,會(huì)使讀數(shù)產(chǎn)生較大誤差,總體而言可靠性不高。

圖1 鋼尺測量現(xiàn)場

許多學(xué)者對軌道交通車輛閘瓦進(jìn)行了相關(guān)研究。李俊等[1]通過對車輛閘調(diào)器的檢修工藝方法進(jìn)行調(diào)整,提高了閘調(diào)器關(guān)鍵部件的檢修質(zhì)量。李永闖等[2]針對閘瓦托同向后仰變形導(dǎo)致閘瓦上部與車輪貼靠不合的現(xiàn)象,通過試驗(yàn)和對比分析提出改進(jìn)建議,并成功解決這一問題。張雪松[3]針對軌道交通車輛檢修與運(yùn)行中閘調(diào)器的問題,結(jié)合閘調(diào)器的應(yīng)用原理提出改進(jìn)建議。孫可心等[4]通過理論和仿真模型分析,提出當(dāng)鐵路貨車中各閘瓦一端磨耗量達(dá)到16 mm時(shí),通過閘瓦上下對調(diào)方式延長閘瓦壽命。張旭華等[5]設(shè)計(jì)了一種礦用閘瓦間隙實(shí)時(shí)保護(hù)裝置,此裝置可使礦山機(jī)械制動(dòng)閘瓦間隙的測量更加直觀,同時(shí)提高礦井生產(chǎn)力,降低安全風(fēng)險(xiǎn)。此外,羅迎、姚偉偉、宋大偉等也進(jìn)行了相關(guān)研究[6-10]。

綜上所述,目前行業(yè)內(nèi)尚未有一種可以提高城市軌道交通車輛閘瓦剩余厚度檢測效率的裝置。為提高城市軌道交通車輛閘瓦剩余厚度檢測效率,筆者設(shè)計(jì)了一種閘瓦剩余厚度測量裝置,能夠快捷、準(zhǔn)確、高效地檢測城市軌道交通車輛閘瓦剩余厚度。通過工程實(shí)例仿真和對樣品進(jìn)行實(shí)踐驗(yàn)證,確認(rèn)了這一測量裝置的有效性。

2 設(shè)計(jì)方案

城市軌道交通車輛閘瓦剩余厚度測量裝置的設(shè)計(jì)思路源于萃智理論[11-13]。通過在西部某地鐵運(yùn)營公司檢修車間進(jìn)行調(diào)研發(fā)現(xiàn),當(dāng)前不少檢修人員采用目測加鋼尺比對來測量閘瓦剩余厚度,存在測量精度不高、測量效率低、人員技能要求高、受光線環(huán)境影響大等缺點(diǎn)。明確改進(jìn)目標(biāo)為提高檢測精度和檢測效率,確定矛盾點(diǎn)為鋼尺測量時(shí)無明確定位方式,車底測量位置光線較暗,影響測量讀數(shù)精度。

根據(jù)上述分析,筆者設(shè)計(jì)了一種閘瓦剩余厚度測量裝置,可以解決上述矛盾,提高閘瓦剩余厚度的測量精度和檢測效率。

3 裝置結(jié)構(gòu)

城市軌道交通車輛閘瓦剩余厚度測量裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示,主要包括基礎(chǔ)裝置、滑動(dòng)裝置及緊固螺釘?shù)炔考?/p>

圖2 城市軌道交通車輛閘瓦剩余厚度測量裝置結(jié)構(gòu)

3.1 基礎(chǔ)裝置

基礎(chǔ)裝置主要用于裝置測量時(shí)保持定位和支撐滑動(dòng)裝置滑動(dòng),此外還用于閘瓦剩余厚度測量的初始判斷。

基礎(chǔ)裝置的結(jié)構(gòu)如圖3所示。定位擋塊用于測量時(shí)與閘瓦背面貼合定位,此貼合面為圓弧結(jié)構(gòu),與閘瓦背面圓弧同半徑,可以保證完全貼合。檢測貼合面用于測量時(shí)基礎(chǔ)裝置與閘瓦側(cè)面緊密貼合?；瑒?dòng)止擋Ⅰ用于阻止滑塊的滑動(dòng),此處需根據(jù)實(shí)際情況來設(shè)計(jì)詳細(xì)位置?；塾糜诨瑒?dòng)裝置的滑動(dòng)導(dǎo)向。螺紋孔用于緊固螺釘?shù)木o固。另外,基礎(chǔ)裝置長度為定位擋塊與基礎(chǔ)裝置另一端端面的距離,此長度需要根據(jù)閘瓦的最小允許剩余厚度來設(shè)計(jì)。

圖3 基礎(chǔ)裝置結(jié)構(gòu)

3.2 滑動(dòng)裝置

滑動(dòng)裝置起滑動(dòng)定位測量及閘瓦剩余厚度測量的階段性判斷作用。

滑動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)如圖4所示,主要包含滑塊、刻度尺、滑動(dòng)止擋Ⅱ等部分。刻度尺的讀數(shù)為滑塊的實(shí)際滑動(dòng)量加基礎(chǔ)裝置長度,滑塊實(shí)際滑動(dòng)量由閘瓦剩余厚度測量中預(yù)設(shè)的檢測值來確定?；瑒?dòng)止擋Ⅱ主要用于滑塊滑動(dòng)的限位。

圖4 滑動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)

3.3 緊固螺釘

緊固螺釘主要用于滑塊滑動(dòng)定位時(shí)的緊固,將滑塊的準(zhǔn)確測量位置固定到測量狀態(tài),取下裝置進(jìn)行讀數(shù)。相較原有采用鋼尺在車輛上比對讀數(shù),這一方式的誤差要小,并有助于方便測量。

4 測量方法

根據(jù)閘瓦材質(zhì)的磨耗特性和車輛的運(yùn)營情況,預(yù)設(shè)需要立即更換閘瓦的厚度尺寸H3、需要提高警惕而保持密切跟蹤監(jiān)測的厚度尺寸H4。具體測量方法如下:

(1) 當(dāng)閘瓦剩余厚度H0大于H4時(shí),檢修人員可以判斷此閘瓦運(yùn)營安全,暫時(shí)無運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn);

(2) 當(dāng)閘瓦剩余厚度H0不大于H4且大于H3時(shí),需要檢修人員對閘瓦進(jìn)行跟蹤測量,并做好相關(guān)記錄;

(3) 當(dāng)閘瓦剩余厚度H0不大于H3時(shí),需要立即更換閘瓦。

要使上述測量方法有效,提高閘瓦剩余厚度的測量效率,需要對測量裝置進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。

對于基礎(chǔ)裝置長度H1,在設(shè)計(jì)制造時(shí)要求等于閘瓦更換厚度H3。將滑動(dòng)裝置刻度尺的最大值預(yù)設(shè)為H4。

測量方法與結(jié)論見表1。

表1 城市軌道交通車輛閘瓦剩余厚度測量方法與結(jié)論

閘瓦剩余厚度測量精度可由滑塊裝置刻度尺的精度保證。如果發(fā)現(xiàn)待測量的閘瓦出現(xiàn)偏磨或者磨耗不均等情況,那么可以分別測量不同位置處的閘瓦剩余厚度。

5 工程實(shí)例仿真分析

某城市軌道交通車輛所用閘瓦新品時(shí)厚度為50±1 mm,閘瓦背部弧面半徑為447 mm,結(jié)構(gòu)如圖5所示。參照標(biāo)準(zhǔn)[14],結(jié)合閘瓦供應(yīng)商的建議,考慮城市軌道交通車輛閘瓦運(yùn)營余量,將H3設(shè)為20 mm。

圖5 城市軌道交通車輛閘瓦結(jié)構(gòu)

為提高閘瓦剩余厚度測量的效率和準(zhǔn)確度,將H4設(shè)為30 mm,即如閘瓦剩余厚度大于30 mm,則無需準(zhǔn)確測量;如閘瓦剩余厚度在20～30 mm區(qū)間內(nèi),則需要準(zhǔn)確測量。

基于以上測量方法,將基礎(chǔ)裝置定位擋塊的圓弧半徑設(shè)計(jì)為447 mm,基礎(chǔ)裝置長度H1設(shè)計(jì)為20 mm,刻度尺范圍為20～30 mm。

假定閘瓦剩余厚度分別為48 mm、28 mm、20 mm,對測量過程進(jìn)行分析。

如圖6所示,閘瓦剩余厚度為48 mm,用基礎(chǔ)裝置進(jìn)行測量,發(fā)現(xiàn)閘瓦剩余厚度大于H1,判斷此閘瓦不需要更換。繼續(xù)測量,當(dāng)滑塊滑動(dòng)至最大位置處時(shí),滑塊仍未與輪對踏面接觸,可判斷此閘瓦磨耗余量充足,不用繼續(xù)測量,記錄為合格。

圖6 閘瓦剩余厚度48 mm時(shí)測量示意圖

如圖7所示,閘瓦剩余厚度為28 mm,用基礎(chǔ)裝置進(jìn)行測量,發(fā)現(xiàn)閘瓦剩余厚度大于H1,判斷此閘瓦不需要更換。繼續(xù)測量,滑動(dòng)滑塊,發(fā)現(xiàn)滑塊還未至最大位置時(shí)已經(jīng)與車輪踏面接觸,此時(shí)需要對閘瓦進(jìn)行詳細(xì)測量。將滑塊頂住車輪踏面,緊固螺釘緊固后取下測量裝置,讀取此時(shí)的刻度值為28.5 mm,并對此踏面厚度值進(jìn)行記錄。然后觀察此閘瓦磨耗是否均勻,如無明顯偏差,則可進(jìn)行下個(gè)閘瓦的測量。

圖7 閘瓦剩余厚度28 mm時(shí)測量示意圖

如圖8所示,閘瓦剩余厚度為20 mm,用基礎(chǔ)裝置進(jìn)行測量,發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)裝置已直接與車輪踏面接觸,判斷此閘瓦需要更換。

圖8 閘瓦剩余厚度20 mm時(shí)測量示意圖

由以上分析可知,所設(shè)計(jì)的城市軌道交通車輛閘瓦剩余厚度測量裝置在測量時(shí)方便、快捷、準(zhǔn)確,工程實(shí)用性強(qiáng)。

6 樣品驗(yàn)證

閘瓦剩余厚度測量裝置樣品在城市軌道交通車輛上進(jìn)行試用,如圖9所示。

圖9 城市軌道交通車輛閘瓦剩余厚度測量裝置試用現(xiàn)場

試用表明,采用該測量裝置測量,相較傳統(tǒng)目測加鋼尺測量的方法,在時(shí)間方面可節(jié)省約1/4,在測量準(zhǔn)確度方面可實(shí)現(xiàn)零錯(cuò)誤。應(yīng)用這一測量裝置,可以有效提高閘瓦剩余厚度的檢測效率。

7 結(jié)束語

針對當(dāng)前城市軌道交通車輛閘瓦檢測中出現(xiàn)的問題,結(jié)合萃智理論,設(shè)計(jì)了城市軌道交通車輛閘瓦剩余厚度測量裝置。詳細(xì)介紹了測量裝置的結(jié)構(gòu)和原理,并通過仿真及樣品試用對測量裝置的可行性及有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。

閘瓦剩余厚度測量裝置設(shè)計(jì)巧妙,基礎(chǔ)裝置長度和滑塊滑動(dòng)量直接與閘瓦的判定尺寸關(guān)聯(lián),使用方便快捷,測量效率高,可以滿足測量需求。所設(shè)計(jì)的緊固螺釘和刻度尺可以提高測量的精確度。

這一閘瓦剩余厚度測量裝置的結(jié)構(gòu)原理及測量方法也適用于其它軌道交通車輛閘瓦剩余厚度的測量,還可以為其它機(jī)械部件的測量方法及工具改進(jìn)提供參考,在城市軌道交通車輛領(lǐng)域具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。