1.湖南鐵路科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院 鐵道機(jī)車(chē)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(chē)輛的運(yùn)營(yíng)特點(diǎn)是站間距離較短,啟動(dòng)和剎車(chē)較為頻繁。車(chē)輛每一次剎車(chē)基本都需要閘瓦的參與,對(duì)閘瓦的磨耗較大。閘瓦剩余厚度的控制對(duì)于城市軌道交通車(chē)輛的安全運(yùn)營(yíng)及車(chē)輛輪對(duì)踏面的保護(hù)都非常關(guān)鍵。為保證城市軌道交通車(chē)輛的安全運(yùn)營(yíng),許多運(yùn)營(yíng)公司檢修部門(mén)都會(huì)對(duì)閘瓦的檢修作出相關(guān)布置和應(yīng)對(duì)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(chē)輛的運(yùn)營(yíng)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(yíng)公司要求檢修人員先根據(jù)目測(cè)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(cè)明顯大于需要更換時(shí)的厚度,那么可不用詳細(xì)測(cè)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(cè)量,如圖1所示。此方式對(duì)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(cè)量時(shí),對(duì)于需要更換時(shí)的厚度,如果測(cè)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(cè)量現(xiàn)場(chǎng)

許多學(xué)者對(duì)軌道交通車(chē)輛閘瓦進(jìn)行了相關(guān)研究。李俊等[1]通過(guò)對(duì)車(chē)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(duì)閘瓦托同向后仰變形導(dǎo)致閘瓦上部與車(chē)輪貼靠不合的現(xiàn)象,通過(guò)試驗(yàn)和對(duì)比分析提出改進(jìn)建議,并成功解決這一問(wèn)題。張雪松[3]針對(duì)軌道交通車(chē)輛檢修與運(yùn)行中閘調(diào)器的問(wèn)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(guò)理論和仿真模型分析,提出當(dāng)鐵路貨車(chē)中各閘瓦一端磨耗量達(dá)到16 mm時(shí),通過(guò)閘瓦上下對(duì)調(diào)方式延長(zhǎng)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(cè)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(chē)輛閘瓦剩余厚度檢測(cè)效率的裝置。為提高城市軌道交通車(chē)輛閘瓦剩余厚度檢測(cè)效率,筆者設(shè)計(jì)了一種閘瓦剩余厚度測(cè)量裝置,能夠快捷、準(zhǔn)確、高效地檢測(cè)城市軌道交通車(chē)輛閘瓦剩余厚度。通過(guò)工程實(shí)例仿真和對(duì)樣品進(jìn)行實(shí)踐驗(yàn)證,確認(rèn)了這一測(cè)量裝置的有效性。

2 設(shè)計(jì)方案

城市軌道交通車(chē)輛閘瓦剩余厚度測(cè)量裝置的設(shè)計(jì)思路源于萃智理論[11-13]。通過(guò)在西部某地鐵運(yùn)營(yíng)公司檢修車(chē)間進(jìn)行調(diào)研發(fā)現(xiàn),當(dāng)前不少檢修人員采用目測(cè)加鋼尺比對(duì)來(lái)測(cè)量閘瓦剩余厚度,存在測(cè)量精度不高、測(cè)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(cè)精度和檢測(cè)效率,確定矛盾點(diǎn)為鋼尺測(cè)量時(shí)無(wú)明確定位方式,車(chē)底測(cè)量位置光線較暗,影響測(cè)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(cè)量裝置,可以解決上述矛盾,提高閘瓦剩余厚度的測(cè)量精度和檢測(cè)效率。

3 裝置結(jié)構(gòu)

城市軌道交通車(chē)輛閘瓦剩余厚度測(cè)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(chē)輛閘瓦剩余厚度測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)貼合面用于測(cè)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(lái)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(zhǎng)度為定位擋塊與基礎(chǔ)裝置另一端端面的距離,此長(zhǎng)度需要根據(jù)閘瓦的最小允許剩余厚度來(lái)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(cè)量及閘瓦剩余厚度測(cè)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?？潭瘸叩淖x數(shù)為滑塊的實(shí)際滑動(dòng)量加基礎(chǔ)裝置長(zhǎng)度,滑塊實(shí)際滑動(dòng)量由閘瓦剩余厚度測(cè)量中預(yù)設(shè)的檢測(cè)值來(lái)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(cè)量位置固定到測(cè)量狀態(tài),取下裝置進(jìn)行讀數(shù)。相較原有采用鋼尺在車(chē)輛上比對(duì)讀數(shù),這一方式的誤差要小,并有助于方便測(cè)量。

4 測(cè)量方法

根據(jù)閘瓦材質(zhì)的磨耗特性和車(chē)輛的運(yùn)營(yíng)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(cè)的厚度尺寸H4。具體測(cè)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(yíng)安全,暫時(shí)無(wú)運(yùn)營(yíng)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(duì)閘瓦進(jìn)行跟蹤測(cè)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(cè)量方法有效,提高閘瓦剩余厚度的測(cè)量效率,需要對(duì)測(cè)量裝置進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。

對(duì)于基礎(chǔ)裝置長(zhǎng)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(cè)量方法與結(jié)論見(jiàn)表1。

表1 城市軌道交通車(chē)輛閘瓦剩余厚度測(cè)量方法與結(jié)論

閘瓦剩余厚度測(cè)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(cè)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(cè)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(chē)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(chē)輛閘瓦運(yùn)營(yíng)余量,將H3設(shè)為20 mm。

圖5 城市軌道交通車(chē)輛閘瓦結(jié)構(gòu)

為提高閘瓦剩余厚度測(cè)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(wú)需準(zhǔn)確測(cè)量;如閘瓦剩余厚度在20～30 mm區(qū)間內(nèi),則需要準(zhǔn)確測(cè)量。

基于以上測(cè)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(zhǎng)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(duì)測(cè)量過(guò)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(cè)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(cè)量,當(dāng)滑塊滑動(dòng)至最大位置處時(shí),滑塊仍未與輪對(duì)踏面接觸,可判斷此閘瓦磨耗余量充足,不用繼續(xù)測(cè)量,記錄為合格。

圖6 閘瓦剩余厚度48 mm時(shí)測(cè)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(cè)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(cè)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(chē)輪踏面接觸,此時(shí)需要對(duì)閘瓦進(jìn)行詳細(xì)測(cè)量。將滑塊頂住車(chē)輪踏面,緊固螺釘緊固后取下測(cè)量裝置,讀取此時(shí)的刻度值為28.5 mm,并對(duì)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(wú)明顯偏差,則可進(jìn)行下個(gè)閘瓦的測(cè)量。

圖7 閘瓦剩余厚度28 mm時(shí)測(cè)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(cè)量,發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)裝置已直接與車(chē)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(cè)量示意圖

由以上分析可知,所設(shè)計(jì)的城市軌道交通車(chē)輛閘瓦剩余厚度測(cè)量裝置在測(cè)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(cè)量裝置樣品在城市軌道交通車(chē)輛上進(jìn)行試用,如圖9所示。

圖9 城市軌道交通車(chē)輛閘瓦剩余厚度測(cè)量裝置試用現(xiàn)場(chǎng)

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

7 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)當(dāng)前城市軌道交通車(chē)輛閘瓦檢測(cè)中出現(xiàn)的問(wèn)題,結(jié)合萃智理論,設(shè)計(jì)了城市軌道交通車(chē)輛閘瓦剩余厚度測(cè)量裝置。詳細(xì)介紹了測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)和原理,并通過(guò)仿真及樣品試用對(duì)測(cè)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(cè)量裝置設(shè)計(jì)巧妙,基礎(chǔ)裝置長(zhǎng)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(cè)量效率高,可以滿足測(cè)量需求。所設(shè)計(jì)的緊固螺釘和刻度尺可以提高測(cè)量的精確度。

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