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铁路客车构架支撑检测方法研究

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摘要:针对某型高铁构架复检时发现的侧梁端头定位尺寸超差问题,提出铁路客车构架的等腰三角形三点支撑检测方法。对等腰三角形三点支撑检测方法与传统四点支撑检测方法进行了对比,确认等腰三角形三点支撑检测方法具有操作简单、检测准确等特点,适合应用与推广。

关键词:列车;构架;支撑;检测

1研究背景

铁路客车运行性能主要取决于转向架,构架作为转向架的核心部件,是列车承载和传力的基体[1],也是转向架众多部件连接的主体骨架。构架是一个受力复杂的结构部件,不仅承载车体上部的所有质量,而且承载并传递列车运行中产生的垂向、纵向和横向动态作用力。构架质量对转向架性能有至关重要的影响,客车转向架目前的构架均采用全焊接结构[2]。高速动车组作为铁路客车的典型系列产品,速度较快,对安全和舒适性等指标有更高的要求。构架尺寸和相互间位置度是高速动车组运行安全和品质的强有力保证,为此结合检测设备研究动车组转向架构架结构和检测技术[3],提出更合理、准确度更高的构架检测方法具有重要意义。

2现场情况

某型高铁构架机加工后,在三坐标测量机上复检时发现侧梁端头帽筒处R25mm圆弧的定位尺寸168±0.3mm出现了不同程度的超差。对这一问题进行了深入研究,发现问题产生的根源是构架在四点支撑条件下,由于自重使局部发生变形,导致构架整体平面度超差,进而使R25mm圆弧定位尺寸168±0.3mm出现超差。

3等腰三角形三点支撑检测方法

构架在机加工的装夹过程中,要充分考虑装夹使构架产生变形的问题[4]。因此,为避免构架因自重变形使构架平面度超差这一问题,构架在机加工时可以选择等腰三角形三点支撑方式,一侧梁组成中心位置的空气弹簧孔正下方为一点,另一侧梁组成两端头帽筒内侧下平面为另两点,如图1所示。但是,在三坐标测量机复检时采用了四点支撑方式,即两根侧梁组成的两端头帽筒内侧下平面四点支撑,如图2所示。对比两种支撑方式,分析平面度超差的原因。构架自身质量约为1500kg,主要集中在横梁组成部位。横梁组成部位刚性较好,不易变形。随着侧梁组成从转臂定位座向帽筒方向延伸,构架的刚性越来越差,就容易产生变形。按照等腰三角形布置的三点支撑,在空气弹簧孔处承受的质量约为构架质量的1/2,在构架侧梁端头帽筒处承受的质量约为构架质量的1/4。若采用四点支撑,因构架焊接扭曲变形,导致四角构架侧梁端头帽筒处实际只有两点或三点承受构架全部质量,实际支撑侧梁端头帽筒处承受的质量约为构架质量的1/3~1/2。承受质量越大,就越容易变形。经过两种不同支撑方式的检测试验[5],结果表明两种支撑方式下构架的平面度检测结果相差较大,具体检测数据见表1。由表1数据可见,在四点支撑条件下,构架质量对自身变形影响较大,使四角平面度差值较大,从而导致侧梁端夹帽筒处R25mm圆弧定位尺寸超差。为进一步研究两种支撑方式对平面度的影响,便于选择合理的支撑方式,对现有的6动6拖12节某型高铁车构架均按照两种支撑方式在三坐标测量机上复检试验,并明确具体的支撑位置和三坐标测量机探测位置。通过检测结果对比平面度值,证实等腰三角形三点支撑方式相比四点支撑方式,检测结果更接近实际加工数据,说明等腰三角形三点支撑检测方法是合理的。等腰三角形三点支撑检测方法有效解决了高铁构架在三坐标测量机上检测时出现的问题,并得到小批量检测验证,具有合理性和可行性,且在三坐标测量机上检测准确度高,质量可靠[6-10]。

4检测方法对比

为进一步研究等腰三角形三点支撑检测方法是否适用于其它车型构架,对目前在制城际列车、地铁和碳钢车的典型构架进行了等腰三角形三点支撑方式和四点支撑方式检测的平面度数据对比。对某城际列车构架进行等腰三角形三点支撑方式和四点支撑方式的三坐标测量机检测数据对比。采用等腰三角形三点支撑方式,一侧梁组成空气弹簧孔正下方和另一侧梁组成两端头一系簧座板下平面为三点,如图3所示。采用四点支撑方式,两根侧梁组成的两端头一系簧座板下平面为四点,如图4所示。构架两根侧梁组成的两端头一系簧座板平面四处加工后的高度基准平面度检测数据对比见表2。由表2可见,等腰三角形三点支撑方式检测精度及准确度较高,证实等腰三角形三点支撑方式更合理。对某地铁构架进行等腰三角形三点支撑方式和四点支撑方式检测高度基准平面度数据对比,等腰三角形三点支撑检测如图5所示,四点支撑检测如图6所示,高度基准平面度检测数据对比见表3。选择某碳钢车构架进行检测试验对比,等腰三角形三点支撑检测如图7所示,四点支撑检测如图8所示,构架两根侧梁组成的两端头四处帽筒上小圆柱高度基准平面度检测数据对比见表4。三点支撑检测结果显示,城际列车构架高度基准平面度检测为0.106mm,地铁构架高度基准平面度检测为0.075mm,碳钢车构架高度基准平面度检测为0.046mm,三种构架的高度基准平面度检测标准均为0.5mm,可见都满足技术要求。通过等腰三角形三点支撑方式和四点支撑方式的检测结果对比,证实采用等腰三角形三点支撑检测方法的构架,其平面度精度较高。

5应用推广

经测试对比分析,铁路客车构架的等腰三角形三点支撑检测方法较四点支撑更合理。等腰三角形三点支撑检测方法操作简单,安全可靠,在原来四点支撑的基础上,选一侧梁组成的空气弹簧孔下平面放置基准块和支撑顶镐。顶镐调低,待吊运构架放入四点支撑上后,调整顶镐使顶镐慢慢升高,直到支撑起构架,使同侧侧梁组成两端头的支撑完全悬空,即可进行检测。这一等腰三角形三点支撑检测方法可以推广应用至所有车型的构架检测中。

6结束语

通过对各铁路客车车型构架采用两种支撑方式的检测数据进行对比,确认等腰三角形三点支撑检测方法更为合理,数据更准确,质量更可靠。这一检测方法对于构架加工后的检测具有普遍适用的特点,值得应用推广。

参考文献

[1]严隽耄.车辆工程[M].2版.北京:中国铁道出版社,1999.

[2]吕国艳,贺靖伦,王银灵,等.动车组转向架装配线规划研究[J].机械制造,2018,56(2):87-90.

[3]徐福辉,高婧,宋淑玲.动车组转向架构架检测技术研究[J].中国铁路,2017(6):74-78.

[4]郑建科,王伟,黄军军,等.客车摇枕加工技术改进[J].制造技术与机床,2015(3):108-110.

[5]马修水.三坐标测量机动态误差源分析、建模与修正技术研究[D].合肥:合肥工业大学,2005.

[6]王正明,何雪明,刘伟,等.三坐标测量机自动测量技术的研究[J].机床与液压,2009,37(12):127-129,123.

[7]张国雄.三坐标测量机[M].天津:天津大学出版社,1999.

[8]谭志昊,张旭,张宏,等.基于三坐标测量机的产品质量检测关键技术研究[J].机械制造,2014,52(4):76-77.

[9]刘祚时,倪潇娟.三坐标测量机(CMM)的现状和发展趋势[J].机械制造,2004,42(8):32-34.

[10]张国雄.三坐标测量机的发展趋势[J].中国机械工程,2000,11(1-2):222-226.

作者:马玉国 郑建科 王伟 杜永强 吕海 单位:中车唐山机车车辆有限公司

客车技术杂志责任编辑:张雨    阅读:人次