火车车轴尺寸测量精度控制

王春海

摘 要：随着我国轨道交通领域的快速发展，对于货车、高铁、地铁等车辆各部件的检修工作量快速增加，特别是轮对的检修，直接关系到车辆的正常运行和安全，以往的人工已不能满足快速增长的工作量，为此我们针对轮对设计了各种测量设备，车轴自动测量机即为其中之一，用于车轴各尺寸的测量，而采取措施和方法保证其测量精度显得意义重大。

关键词：车辆；车轴；测量精度；测量机

中图分类号：U279 文献标志码：A

火车车辆轮对主要由车轮、车轴、轴承及其他附件组成，车轮和轴承压装前，是以车轴尺寸为基准选择配合间隙的，则车轴各截面（轴颈、防尘板座、轮座等）几何尺寸及形状误差的测量精度，直接决定了轴承与车轮的选配及压装质量。而轮对是各种轨道车辆的关键部件，直接关系到车辆的正常运行和安全，所以保证车轴尺寸测量精度显得尤为重要，目前各铁路局及中车各车辆厂要求测量精度为0.005mm。本文简要阐述了一种车轴自动测量机从设计、加工、安装、调试等方面保证车轴尺寸测量精度的措施和方法。

1 设计措施

1.1 主体框架

车轴自动测量机主体框架是直径测量装置、中心孔定位装置等的安装载体，其结构的稳定性直接影响测量的精度，经过多次的反复设计和分析，选择了龙门式结构，由两个对称的立柱、底梁和上横梁组成，材料选择HT150铸造且经过人工时效处理消除内应力，其框架结构合理，具有足够的强度、刚度、抗震性和较高的稳定性，能适应长时间的持续工作而结构变形可以忽略。

1.2 中心孔定位

本设备在两侧立柱各设置一套中心孔定位装置，此装置分别用液压和伺服电机驱动顶紧车轴中心孔，把车轴顶起，使车轴中心孔轴线与两中心孔定位装置轴线重合，以车轴中心孔作为测量基准。这样使测量基准与设计基准及加工基准统一，最大程度地保证测量结果的准确性，消除累计误差。

1.3 测量装置及测量原理

本设备在两端设置两套直径测量装置，每套直径测量装置由两套高精度磁栅位移传感器（分辨率为0.5μm）、闭环控制的伺服直线滑台及安装支架组成。系统采用间接比较测量法，首先，我们用一个经过检定的标定环来校准磁栅位移传感器，即记录当两个传感器完全释放时的读数（称之为s1、s2）。然后，伺服直线滑台带动安装在支架上的位移传感器运行到车轴相应截面的位置，再次将位移传感器完全释放，记录位移传感器的读数（称之为r1、r2），假设标定环检定直径为L，则车轴被测截面的直径D = L-[（r1-s1）+（r2-s2）]或者D=L +[（r1 - s1）+（r2 - s2）]。这里被测物体的直径等于标定环的直径加上或减去磁栅位移传感器两次读数差值的代数和，取决于传感器的读数方向。采用这种方法使被测车轴与标定环处于同一工作环境小，消除了温度等工况引起的测量误差。测量时根据《轮规》要求，車轴每个截面每旋转60度测量一个直径，每个直径连续测量三次取其平均值作为该次测量直径值，3次测量直径的平均值即为该截面直径值，3次测量直径的最大差值即为该截面圆度值，不同截面的差值可以得出倒锥情况，截面直径值和倒锥是选配轴承和车轮的基准。

2 加工措施

本设备主体框架立柱、底梁及上横梁之间均设置了凹凸止口。底梁、上横梁两边的止口使用大型卧式铣床同一次装夹一刀加工完成。两个对称的立柱点焊在一起，先在侧面铣出一个临时基准面，然后以这个面为基准一起加工上下两面的止口及中心孔定位装置的安装孔，这样能最大程度地保证主体框架各部件安装基准的直线度及两立柱中心定位装置安装孔的同轴度，直接保证了车轴被顶起后的直线度，间接保证了车轴各截面的测量精度。

3 安装措施

机械设备安装的任务就是经过装配、就位、找正、固定，使其安装精度达到设计、规范和标准的要求。

3.1 设备基础

安装前应检查设备基础的几何尺寸、位置、标高，预留孔的尺寸、位置及标高、预埋件的位置、数量，混凝土的强度，基础沉降情况等满足设计及相关标准要求。设备安装调整检验合格后，基础若强度不够，或继续沉降，安装偏差会发生变化，影响设备安装精度。因此，设备安装应在基础强度符合设计要求后进行，找正调平应在沉降观测确定基础稳定后进行，或在基础稳定后作最终调整。设备运行后可能会产生较大的动载荷或冲击载荷，若设备基础抗振性能不足，也会影响设备的安装精度。

3.2 垫铁设置、地脚螺栓及灌浆

设备支承在调整垫铁（调整幅度±5mm）上，通过调整各个垫铁的高度保证设备安装水平度、标高符合设计要求，垫铁底面应平稳支承在基础上，垫铁上面与设备应接触良好。

地脚螺栓安装若不垂直，螺母（垫圈）与设备的接触会偏斜，局部还可能产生间隙，受力不均，会影响设备固定，螺栓紧固力不够，同样影响设备固定。设备若固定不牢，在运行中会产生振动和位移。因此，地脚螺栓应安装垂直，防止在浇灌混凝土时产生偏移。地脚螺栓应按要求紧固，设计有紧固力要求的应使用定扭矩扳手紧固，保证预紧值。地脚螺栓孔灌浆及设备与基础之间的灌浆应振捣密实，强度应符合设计或有关规范规定。

3.3 设备装配

解体设备的装配精度将直接影响设备的运行质量，包括各运动部件之间的相对运动精度，配合面之间的配合精度和接触质量。装配时要严格按照设计要求保证设备各部件的装配精度。必要时可采用修配法，对补偿件进行补充加工，抵消过大的安装累计误差。

3.4 测量措施

测量误差对设备安装精度的影响主要是测量仪器的检测精度、检测基准的加工精度、安装基准的实际偏差、检测方法的合理性和检测人员的技能水平。

设备检测基准的选择，直接关系到整台设备安装找正、找平的质量，应选择在正确的部位，通常在加工面或轴线上检测（如设备底座、机身、机座、台板、机械轴等加工面），当设备有多个加工面和轴线时，应选择在主要工作面或主要工作轴线上。检测应减少中间环节，避免积累偏差。选用的测量仪器和检测工具的精度必须与被测量装置的精度要求相适应，否则达不到质量要求。测量人员操作误差，如测量时的主观性或视差，以及技能水平不够、压力过大等，将直接影响安装精度。

设备安装时应派专业的测量人员采用合理的检测方法，选择精度等级符合要求的测量仪器，选择好测量基准来保证设备安装精度。

3.5 操作人员水平

操作者产生操作误差是不可避免的，问题的关键是将操作误差控制在允许的范围内，从事安装工作的人员应具有相应的操作水平和责任心，按正确的工艺进行装配和安装。

4 调试措施

车轴自动测量机调试包括机械调试、电气调试和软件调试。每一步调试对测量精度的影响都至关重要。通过机械微调将成对的磁栅位移传感器的测头调整到同一水平面上，与轴颈各截面外径（母线）接触良好，且尽量保证接触点在一个直径方向上；通过电气调试各运动部件的速度、定位位置、采集数据的次数等；通过软件调试屏蔽异常值，消除测量元件的线性误差，采用某种算法得出最接近真值的数值。

结语

总之，保证车轴自动测量机对车轴各截面测量精度的措施和方法涉及设备设计、加工、安装、调试等过程的方方面面，每一步都不可马虎、得过且过，否则将直接导致测量精度达不到客户和设计要求，甚至设备报废，客户不予验收。

参考文献

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