城市軌道交通車輛閘瓦剩余厚度測量裝置*

1.湖南鐵路科技職業技術學院 鐵道機車學院 湖南株洲 412000 2.石家莊鐵道大學 機械工程學院 石家莊 050043

1 設計背景

當前,城市軌道交通發展迅速,所需檢修人員的數量遠遠跟不上人才培養的速度。城市軌道交通車輛的運營特點是站間距離較短,啟動和剎車較為頻繁。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營及車輛輪對踏面的保護都非常關鍵。為保證城市軌道交通車輛的安全運營,許多運營公司檢修部門都會對閘瓦的檢修作出相關布置和應對方案。目前比較普遍的執行方式是為閘瓦安排日檢,根據廠家的規定要求及車輛的運營情況,確定閘瓦更換的最小尺寸,每日檢查跟蹤。為提高效率,許多運營公司要求檢修人員先根據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的厚度。如果目測明顯大于需要更換時的厚度,那么可不用詳細測量,記錄安全即可。如果比較接近需要更換時的厚度,那么用鋼尺進行詳細測量,如圖1所示。此方式對檢修人員的經驗要求高,存在一定的誤判風險,并且使用鋼尺測量時,對于需要更換時的厚度,如果測量位置不同,會使讀數產生較大誤差,總體而言可靠性不高。

圖1 鋼尺測量現場

許多學者對軌道交通車輛閘瓦進行了相關研究。李俊等[1]通過對車輛閘調器的檢修工藝方法進行調整,提高了閘調器關鍵部件的檢修質量。李永闖等[2]針對閘瓦托同向后仰變形導致閘瓦上部與車輪貼靠不合的現象,通過試驗和對比分析提出改進建議,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行中閘調器的問題,結合閘調器的應用原理提出改進建議。孫可心等[4]通過理論和仿真模型分析,提出當鐵路貨車中各閘瓦一端磨耗量達到16 mm時,通過閘瓦上下對調方式延長閘瓦壽命。張旭華等[5]設計了一種礦用閘瓦間隙實時保護裝置,此裝置可使礦山機械制動閘瓦間隙的測量更加直觀,同時提高礦井生產力,降低安全風險。此外,羅迎、姚偉偉、宋大偉等也進行了相關研究[6-10]。

綜上所述,目前行業內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,筆者設計了一種閘瓦剩余厚度測量裝置,能夠快捷、準確、高效地檢測城市軌道交通車輛閘瓦剩余厚度。通過工程實例仿真和對樣品進行實踐驗證,確認了這一測量裝置的有效性。

2 設計方案

城市軌道交通車輛閘瓦剩余厚度測量裝置的設計思路源于萃智理論[11-13]。通過在西部某地鐵運營公司檢修車間進行調研發現,當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、受光線環境影響大等缺點。明確改進目標為提高檢測精度和檢測效率,確定矛盾點為鋼尺測量時無明確定位方式,車底測量位置光線較暗,影響測量讀數精度。

根據上述分析,筆者設計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 裝置結構

城市軌道交通車輛閘瓦剩余厚度測量裝置結構如圖2所示,主要包括基礎裝置、滑動裝置及緊固螺釘等部件。

圖2 城市軌道交通車輛閘瓦剩余厚度測量裝置結構

3.1 基礎裝置

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

基礎裝置的結構如圖3所示。定位擋塊用于測量時與閘瓦背面貼合定位,此貼合面為圓弧結構,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基礎裝置與閘瓦側面緊密貼合?；瑒又箵酡裼糜谧柚够瑝K的滑動,此處需根據實際情況來設計詳細位置?；塾糜诨瑒友b置的滑動導向。螺紋孔用于緊固螺釘的緊固。另外,基礎裝置長度為定位擋塊與基礎裝置另一端端面的距離,此長度需要根據閘瓦的最小允許剩余厚度來設計。

圖3 基礎裝置結構

3.2 滑動裝置

滑動裝置起滑動定位測量及閘瓦剩余厚度測量的階段性判斷作用。

滑動裝置的結構如圖4所示,主要包含滑塊、刻度尺、滑動止擋Ⅱ等部分?？潭瘸叩淖x數為滑塊的實際滑動量加基礎裝置長度,滑塊實際滑動量由閘瓦剩余厚度測量中預設的檢測值來確定?；瑒又箵酡蛑饕糜诨瑝K滑動的限位。

圖4 滑動裝置結構

3.3 緊固螺釘

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

4 測量方法

根據閘瓦材質的磨耗特性和車輛的運營情況,預設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測的厚度尺寸H4。具體測量方法如下:

(1) 當閘瓦剩余厚度H0大于H4時,檢修人員可以判斷此閘瓦運營安全,暫時無運營風險;

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

(3) 當閘瓦剩余厚度H0不大于H3時,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,需要對測量裝置進行特殊設計。

對于基礎裝置長度H1,在設計制造時要求等于閘瓦更換厚度H3。將滑動裝置刻度尺的最大值預設為H4。

測量方法與結論見表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。如果發現待測量的閘瓦出現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 工程實例仿真分析

某城市軌道交通車輛所用閘瓦新品時厚度為50±1 mm,閘瓦背部弧面半徑為447 mm,結構如圖5所示。參照標準[14],結合閘瓦供應商的建議,考慮城市軌道交通車輛閘瓦運營余量,將H3設為20 mm。

圖5 城市軌道交通車輛閘瓦結構

為提高閘瓦剩余厚度測量的效率和準確度,將H4設為30 mm,即如閘瓦剩余厚度大于30 mm,則無需準確測量;如閘瓦剩余厚度在20～30 mm區間內,則需要準確測量。

基于以上測量方法,將基礎裝置定位擋塊的圓弧半徑設計為447 mm,基礎裝置長度H1設計為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,對測量過程進行分析。

如圖6所示,閘瓦剩余厚度為48 mm,用基礎裝置進行測量,發現閘瓦剩余厚度大于H1,判斷此閘瓦不需要更換。繼續測量,當滑塊滑動至最大位置處時,滑塊仍未與輪對踏面接觸,可判斷此閘瓦磨耗余量充足,不用繼續測量,記錄為合格。

圖6 閘瓦剩余厚度48 mm時測量示意圖

如圖7所示,閘瓦剩余厚度為28 mm,用基礎裝置進行測量,發現閘瓦剩余厚度大于H1,判斷此閘瓦不需要更換。繼續測量,滑動滑塊,發現滑塊還未至最大位置時已經與車輪踏面接觸,此時需要對閘瓦進行詳細測量。將滑塊頂住車輪踏面,緊固螺釘緊固后取下測量裝置,讀取此時的刻度值為28.5 mm,并對此踏面厚度值進行記錄。然后觀察此閘瓦磨耗是否均勻,如無明顯偏差,則可進行下個閘瓦的測量。

圖7 閘瓦剩余厚度28 mm時測量示意圖

如圖8所示,閘瓦剩余厚度為20 mm,用基礎裝置進行測量,發現基礎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時測量示意圖

由以上分析可知,所設計的城市軌道交通車輛閘瓦剩余厚度測量裝置在測量時方便、快捷、準確,工程實用性強。

6 樣品驗證

閘瓦剩余厚度測量裝置樣品在城市軌道交通車輛上進行試用,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場

試用表明,采用該測量裝置測量,相較傳統目測加鋼尺測量的方法,在時間方面可節省約1/4,在測量準確度方面可實現零錯誤。應用這一測量裝置,可以有效提高閘瓦剩余厚度的檢測效率。

7 結束語

針對當前城市軌道交通車輛閘瓦檢測中出現的問題,結合萃智理論,設計了城市軌道交通車輛閘瓦剩余厚度測量裝置。詳細介紹了測量裝置的結構和原理,并通過仿真及樣品試用對測量裝置的可行性及有效性進行了驗證。

閘瓦剩余厚度測量裝置設計巧妙,基礎裝置長度和滑塊滑動量直接與閘瓦的判定尺寸關聯,使用方便快捷,測量效率高,可以滿足測量需求。所設計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構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,還可以為其它機械部件的測量方法及工具改進提供參考,在城市軌道交通車輛領域具有較高的推廣應用價值。