王燕玲 王興喜 張建武

(資陽中車電力機(jī)車有限公司 四川 資陽 641300)

0 引言

二系橫向止擋間隙大小直接影響到機(jī)車二系懸掛橫向振動(dòng)加速度，進(jìn)而影響機(jī)車運(yùn)行平穩(wěn)性及舒適性。由于HXD1型機(jī)車二系橫向止擋設(shè)置在機(jī)車質(zhì)心位置處(見圖1)，該尺寸測量環(huán)境差、精度低，且很大程度上增加了作業(yè)者的勞動(dòng)強(qiáng)度，進(jìn)而影響了作業(yè)進(jìn)度及機(jī)車運(yùn)行舒適性。機(jī)車二系橫向止擋間隙調(diào)節(jié)一直是困擾各個(gè)機(jī)車制造企業(yè)的一大難題，也是影響機(jī)車正常交車的一大因素。

1 二系橫向止擋概況

如圖1所示，二系橫向止擋單邊間隙aa的設(shè)計(jì)要求為35～37 mm?，F(xiàn)場操作通常是機(jī)車落車工序完成后，作業(yè)人員進(jìn)入機(jī)車底架，用內(nèi)卡鉗測量二系橫向止擋間隙，再用鋼板尺對比內(nèi)卡鉗的開口尺寸(即圖1中aa)。在這個(gè)過程中，存在以下問題：(1)操作者的讀數(shù)誤差為±1 mm；(2)內(nèi)卡鉗的測量誤差為1～2 mm。

圖1 機(jī)車二系橫向止擋示意圖

2 二系橫向止擋最佳橫向限制計(jì)算

2.1 建立動(dòng)力模型

式中：Kys為二系彈簧橫向剛度；δs1、δs2為止擋的橫向自由間隙和彈性間隙；Kyd1、Kyd2為止擋彈性剛度和剛性剛度；Ycb(L，R)i為車體與構(gòu)架之間的橫向相對位移(i表示第i個(gè)轉(zhuǎn)向架；L、R分別表示左側(cè)、右側(cè)；sgn表示取正負(fù)號(hào))

通過以上計(jì)算，可建立動(dòng)力學(xué)模型分析如圖2所示。

圖2 止擋動(dòng)力模型分析圖

從圖2中可以看出，車體與構(gòu)架在止擋位置處相互接觸，其接觸剛度為Kyd1，二系橫向不僅存在彈簧支承力，還存在一個(gè)接觸產(chǎn)生的沖擊力，當(dāng)Ycb大于41 mm時(shí)，二系懸掛橫向力大于1 000 N。當(dāng)Ycb大于止擋的最大間隙，即間隙δs1+δs2=42 mm時(shí)，二系懸掛橫向力撤退橫向力陡然上升。當(dāng)Ycb>40 mm時(shí)，二系懸掛橫向力Fys<1 000 kN,小于轉(zhuǎn)向架構(gòu)架等關(guān)鍵承力部件的等效應(yīng)力86 MPa[2]，即止擋橫向限值為40 mm，符合止擋動(dòng)力模型分析。

2.2 機(jī)車橫向振動(dòng)加速度計(jì)算

根據(jù)HXD1型電力機(jī)車運(yùn)行安全性要求，機(jī)車振動(dòng)頻率0.5～10 Hz帶通濾波，對于車體橫向振動(dòng)，頻率加權(quán)系數(shù)F(f)=0.85f2，通過計(jì)算得出二系橫向止擋間隙與車體橫向振動(dòng)加速度的關(guān)系[3](見圖3)。

圖3 車體橫向振動(dòng)加速度

由圖3可以看出，當(dāng)二系橫向止擋間隙Ycb>32 mm時(shí)，車體橫向加速度W小于機(jī)車運(yùn)行平穩(wěn)性限度值2.45 m/s2，機(jī)車運(yùn)行平穩(wěn)。

通過車體橫向加速度及動(dòng)力學(xué)模型分析可以看出，二系橫向止擋橫向限值在32～40 mm區(qū)間時(shí)，車體橫向沖擊力、運(yùn)行平穩(wěn)性均滿足機(jī)車運(yùn)行安全性要求。也就是說止擋間隙的工藝區(qū)間可調(diào)整為“止擋兩側(cè)橫向間隙之和在70～74 mm之間，兩側(cè)橫向止擋間隙之差不大于6 mm”，即最佳橫向限值為70 mm≤L+R≤74 mm,|L-R|≤6 mm。

3 數(shù)據(jù)采集位置及加墊量計(jì)算公式的確定

3.1 確定最佳加墊總量

為了確定最佳加墊數(shù)量，先對10節(jié)機(jī)車二系橫向止擋的單邊預(yù)加墊片(分別是5 mm、6 mm、7 mm、8 mm)，然后測量相應(yīng)的止擋間隙，如表1所示。

表1 質(zhì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì) /mm

對表1的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)在單邊預(yù)加8 mm墊片的情況下，合格率為66.7%，也就是說一般情況下，左側(cè)(L)加墊量與右側(cè)(R)理想加墊量和是16 mm；理想狀態(tài)時(shí)，L=8 mm，R=8 mm。

3.2 確定數(shù)據(jù)最佳采集位置

HXD1型機(jī)車車體與構(gòu)架的相對位置，主要是通過二系彈簧進(jìn)行定位，也就是說車體與構(gòu)架的相對位移是影響二系橫向止擋間隙的主要因素，因此二系彈簧座、二系彈簧導(dǎo)管與二系橫向止擋、車體限位框之間的關(guān)系就成為數(shù)據(jù)采集的關(guān)鍵點(diǎn)。

3.2.1二系橫向止擋定位尺寸采集

二系彈簧座與二系橫向止擋的設(shè)計(jì)方式，決定了它們之間的關(guān)系尺寸僅有二系彈簧座與二系橫向止擋側(cè)表面尺寸，即二系橫向止擋定位尺寸。如圖4所示，為了保證空間測量尺寸的準(zhǔn)確性，設(shè)計(jì)專用的測量工裝，利用數(shù)顯游標(biāo)卡尺讀取數(shù)據(jù)。

3.2.2二系彈簧導(dǎo)管與車體限位框關(guān)系尺寸采集

(1)測量限位框厚度

通過測量限位框厚度值a(見圖5)，對采集的數(shù)據(jù)按照以下要求計(jì)算加墊量：

a值有偏差時(shí)，L+R=16 mm；理想狀態(tài)時(shí)，L=8 mm，R=8 mm。

70 mm≤L+R≤74 mm,|L-R|≤6 mm。

落車后，發(fā)現(xiàn)8節(jié)機(jī)車，需要調(diào)整的機(jī)車有5節(jié)，即合格率為37.5%。

圖4 二系橫向止擋定位尺寸C測量示意圖

圖5 限位框厚度測量及相關(guān)數(shù)據(jù)采集

(2)測量限位框定位尺寸

限位框定位尺寸主要是指二系彈簧導(dǎo)管與限位框外側(cè)面的尺寸， 通過圖6所示的檢測樣板將三維空間尺寸轉(zhuǎn)換到同一平面內(nèi)，同時(shí)測量限位框的定位尺寸b，對采集的數(shù)據(jù)按照以下要求計(jì)算加墊量：

a值有偏差時(shí)，L+R=16 mm；理想狀態(tài)時(shí)，L=8 mm，R=8 mm。

70 mm≤L+R≤74 mm,|L-R|≤6 mm。

落車后，發(fā)現(xiàn)8節(jié)機(jī)車，需要調(diào)整的機(jī)車有1節(jié)，即合格率為87.5%。

圖6 限位框定位尺寸測量及相關(guān)數(shù)據(jù)采集

經(jīng)過以上分析、驗(yàn)證：(1) 確定了二系橫向止擋總加墊量最佳值為16 mm；(2)確定數(shù)據(jù)采集的最佳位置為二系橫向定位尺寸、限位框定位尺寸；(3)推導(dǎo)出了加墊量計(jì)算的公式，即當(dāng)車體與轉(zhuǎn)向架中心相對位移|X|大于2 mm時(shí)，加墊量可按照理想狀態(tài)操作，即L=8 mm、R=8 mm；當(dāng)車體與轉(zhuǎn)向架中心相對位移|X|不大于2 mm時(shí)，加墊量可按照L+R=16 mm、L-R=|X|-2計(jì)算。

4 計(jì)算程序驗(yàn)證

根據(jù)推導(dǎo)出的加墊量計(jì)算公式，設(shè)計(jì)程序編寫流程。對19節(jié)機(jī)車的限位框、橫向止擋的定位尺寸進(jìn)行測量，分別建立矩陣，在采集到的數(shù)據(jù)表中，將左側(cè)限位框的定位尺寸設(shè)為CL，將左側(cè)限位框的定位尺寸設(shè)為CR，將左側(cè)橫向止擋座的定位尺寸設(shè)為GL，將右側(cè)橫向止擋座的定位尺寸設(shè)為GR。在Matlab軟件中引入矩陣表，計(jì)算出左、右側(cè)加墊量，根據(jù)Matlab計(jì)算的加墊量對二系橫向止擋間隙進(jìn)行調(diào)整，機(jī)車落車后，橫向止擋合格率100%，說明設(shè)計(jì)流程、數(shù)據(jù)采集位置及計(jì)算程序完全滿足加墊量的準(zhǔn)確計(jì)算。為了減小計(jì)算量，分別建立Matlab的變量文件CL、CR、GL、GR，只需要將每次采集的數(shù)據(jù)記錄在變量文件中，調(diào)用程序即可獲得準(zhǔn)確的加墊量，保證了落車合格率。

5 結(jié)束語

本文通過橫向加速度及動(dòng)力模型確定了二系橫向止擋最佳橫向限值，并通過圖紙分析、現(xiàn)場驗(yàn)證獲取了最佳總加墊量、數(shù)據(jù)采集的關(guān)鍵尺寸及計(jì)算關(guān)系式。根據(jù)計(jì)算關(guān)系式設(shè)計(jì)出程序編寫流程及計(jì)算程序，為便于操作者計(jì)算，編寫了矩陣計(jì)算所需的變量文件。最終實(shí)現(xiàn)了二系橫向止擋一次加墊合格率100%，即形成了免調(diào)系統(tǒng)，避免了工序多重復(fù)、質(zhì)量低等問題，顯著提高了工作效率，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)，保證機(jī)車運(yùn)行平穩(wěn)性，大幅降低了輪軌橫向力及機(jī)車脫軌的風(fēng)險(xiǎn)。