火車車軸尺寸測量精度控制

王春海

摘 要：隨著我國軌道交通領域的快速發展，對于貨車、高鐵、地鐵等車輛各部件的檢修工作量快速增加，特別是輪對的檢修，直接關系到車輛的正常運行和安全，以往的人工已不能滿足快速增長的工作量，為此我們針對輪對設計了各種測量設備，車軸自動測量機即為其中之一，用于車軸各尺寸的測量，而采取措施和方法保證其測量精度顯得意義重大。

關鍵詞：車輛；車軸；測量精度；測量機

中圖分類號：U279 文獻標志碼：A

火車車輛輪對主要由車輪、車軸、軸承及其他附件組成，車輪和軸承壓裝前，是以車軸尺寸為基準選擇配合間隙的，則車軸各截面（軸頸、防塵板座、輪座等）幾何尺寸及形狀誤差的測量精度，直接決定了軸承與車輪的選配及壓裝質量。而輪對是各種軌道車輛的關鍵部件，直接關系到車輛的正常運行和安全，所以保證車軸尺寸測量精度顯得尤為重要，目前各鐵路局及中車各車輛廠要求測量精度為0.005mm。本文簡要闡述了一種車軸自動測量機從設計、加工、安裝、調試等方面保證車軸尺寸測量精度的措施和方法。

1 設計措施

1.1 主體框架

車軸自動測量機主體框架是直徑測量裝置、中心孔定位裝置等的安裝載體，其結構的穩定性直接影響測量的精度，經過多次的反復設計和分析，選擇了龍門式結構，由兩個對稱的立柱、底梁和上橫梁組成，材料選擇HT150鑄造且經過人工時效處理消除內應力，其框架結構合理，具有足夠的強度、剛度、抗震性和較高的穩定性，能適應長時間的持續工作而結構變形可以忽略。

1.2 中心孔定位

本設備在兩側立柱各設置一套中心孔定位裝置，此裝置分別用液壓和伺服電機驅動頂緊車軸中心孔，把車軸頂起，使車軸中心孔軸線與兩中心孔定位裝置軸線重合，以車軸中心孔作為測量基準。這樣使測量基準與設計基準及加工基準統一，最大程度地保證測量結果的準確性，消除累計誤差。

1.3 測量裝置及測量原理

本設備在兩端設置兩套直徑測量裝置，每套直徑測量裝置由兩套高精度磁柵位移傳感器（分辨率為0.5μm）、閉環控制的伺服直線滑臺及安裝支架組成。系統采用間接比較測量法，首先，我們用一個經過檢定的標定環來校準磁柵位移傳感器，即記錄當兩個傳感器完全釋放時的讀數（稱之為s1、s2）。然后，伺服直線滑臺帶動安裝在支架上的位移傳感器運行到車軸相應截面的位置，再次將位移傳感器完全釋放，記錄位移傳感器的讀數（稱之為r1、r2），假設標定環檢定直徑為L，則車軸被測截面的直徑D = L-[（r1-s1）+（r2-s2）]或者D=L +[（r1 - s1）+（r2 - s2）]。這里被測物體的直徑等于標定環的直徑加上或減去磁柵位移傳感器兩次讀數差值的代數和，取決于傳感器的讀數方向。采用這種方法使被測車軸與標定環處于同一工作環境小，消除了溫度等工況引起的測量誤差。測量時根據《輪規》要求，車軸每個截面每旋轉60度測量一個直徑，每個直徑連續測量三次取其平均值作為該次測量直徑值，3次測量直徑的平均值即為該截面直徑值，3次測量直徑的最大差值即為該截面圓度值，不同截面的差值可以得出倒錐情況，截面直徑值和倒錐是選配軸承和車輪的基準。

2 加工措施

本設備主體框架立柱、底梁及上橫梁之間均設置了凹凸止口。底梁、上橫梁兩邊的止口使用大型臥式銑床同一次裝夾一刀加工完成。兩個對稱的立柱點焊在一起，先在側面銑出一個臨時基準面，然后以這個面為基準一起加工上下兩面的止口及中心孔定位裝置的安裝孔，這樣能最大程度地保證主體框架各部件安裝基準的直線度及兩立柱中心定位裝置安裝孔的同軸度，直接保證了車軸被頂起后的直線度，間接保證了車軸各截面的測量精度。

3 安裝措施

機械設備安裝的任務就是經過裝配、就位、找正、固定，使其安裝精度達到設計、規范和標準的要求。

3.1 設備基礎

安裝前應檢查設備基礎的幾何尺寸、位置、標高，預留孔的尺寸、位置及標高、預埋件的位置、數量，混凝土的強度，基礎沉降情況等滿足設計及相關標準要求。設備安裝調整檢驗合格后，基礎若強度不夠，或繼續沉降，安裝偏差會發生變化，影響設備安裝精度。因此，設備安裝應在基礎強度符合設計要求后進行，找正調平應在沉降觀測確定基礎穩定后進行，或在基礎穩定后作最終調整。設備運行后可能會產生較大的動載荷或沖擊載荷，若設備基礎抗振性能不足，也會影響設備的安裝精度。

3.2 墊鐵設置、地腳螺栓及灌漿

設備支承在調整墊鐵（調整幅度±5mm）上，通過調整各個墊鐵的高度保證設備安裝水平度、標高符合設計要求，墊鐵底面應平穩支承在基礎上，墊鐵上面與設備應接觸良好。

地腳螺栓安裝若不垂直，螺母（墊圈）與設備的接觸會偏斜，局部還可能產生間隙，受力不均，會影響設備固定，螺栓緊固力不夠，同樣影響設備固定。設備若固定不牢，在運行中會產生振動和位移。因此，地腳螺栓應安裝垂直，防止在澆灌混凝土時產生偏移。地腳螺栓應按要求緊固，設計有緊固力要求的應使用定扭矩扳手緊固，保證預緊值。地腳螺栓孔灌漿及設備與基礎之間的灌漿應振搗密實，強度應符合設計或有關規范規定。

3.3 設備裝配

解體設備的裝配精度將直接影響設備的運行質量，包括各運動部件之間的相對運動精度，配合面之間的配合精度和接觸質量。裝配時要嚴格按照設計要求保證設備各部件的裝配精度。必要時可采用修配法，對補償件進行補充加工，抵消過大的安裝累計誤差。

3.4 測量措施

測量誤差對設備安裝精度的影響主要是測量儀器的檢測精度、檢測基準的加工精度、安裝基準的實際偏差、檢測方法的合理性和檢測人員的技能水平。

設備檢測基準的選擇，直接關系到整臺設備安裝找正、找平的質量，應選擇在正確的部位，通常在加工面或軸線上檢測（如設備底座、機身、機座、臺板、機械軸等加工面），當設備有多個加工面和軸線時，應選擇在主要工作面或主要工作軸線上。檢測應減少中間環節，避免積累偏差。選用的測量儀器和檢測工具的精度必須與被測量裝置的精度要求相適應，否則達不到質量要求。測量人員操作誤差，如測量時的主觀性或視差，以及技能水平不夠、壓力過大等，將直接影響安裝精度。

設備安裝時應派專業的測量人員采用合理的檢測方法，選擇精度等級符合要求的測量儀器，選擇好測量基準來保證設備安裝精度。

3.5 操作人員水平

操作者產生操作誤差是不可避免的，問題的關鍵是將操作誤差控制在允許的范圍內，從事安裝工作的人員應具有相應的操作水平和責任心，按正確的工藝進行裝配和安裝。

4 調試措施

車軸自動測量機調試包括機械調試、電氣調試和軟件調試。每一步調試對測量精度的影響都至關重要。通過機械微調將成對的磁柵位移傳感器的測頭調整到同一水平面上，與軸頸各截面外徑（母線）接觸良好，且盡量保證接觸點在一個直徑方向上；通過電氣調試各運動部件的速度、定位位置、采集數據的次數等；通過軟件調試屏蔽異常值，消除測量元件的線性誤差，采用某種算法得出最接近真值的數值。

結語

總之，保證車軸自動測量機對車軸各截面測量精度的措施和方法涉及設備設計、加工、安裝、調試等過程的方方面面，每一步都不可馬虎、得過且過，否則將直接導致測量精度達不到客戶和設計要求，甚至設備報廢，客戶不予驗收。

參考文獻

[1]程赟.機械設備安裝精度控制的幾點探討[J].山東工業技術， 2016（21）：1-1.

[2] 吳忠飛，錢煜.機械設備安裝精度控制的幾點探討[J].工程技術（全文版），2016（31）：230-230.

[3]王志全，王利群，陳樹申，等.車軸自動測量機. CN202216668U[P]. 2012.