弹簧检测机研究

唐拥军 蒲宗礼 薛 伟

（1.中国铁路北京局集团有限公司车辆部，北京 100086；2.国铁集团兰州安监特派办，兰州 730000；3.齐齐哈尔四达铁路设备有限责任公司，齐齐哈尔 161000）

制动系统是铁路货车的重要组成部分，是铁路货物运输秩序和安全的重要保障[1]。铁路货车制动系统是一个工作过程非常复杂、专业性很强的系统。制动缸与闸调器作为制动系统的关键部件，其性能直接影响铁路的行车安全。制动缸缓解弹簧和闸调器内部弹簧作为制动缸与闸调器的关键部件，直接影响铁路货车的制动性能和行车安全[2]。研制能够快速检测弹簧各项参数的检测设备，使铁路货车厂修装车的弹簧达到工艺要求，是确保铁路货车行车安全的关键。

1 弹簧检测机整机结构设计

设备包括弹簧检测机主机框架、弹簧压力加载装置、弹簧定位机构、弹簧高度位移检测装置、弹簧压力检测装置、安全防护装置以及控制系统。

1.1 主机框架结构

根据弹簧检测机测量形式分析，设备的主机框架采用上下箱式结构，上部为弹簧检测区，下部为压力加载区。框架采用方钢管焊接，四周镶嵌钢制门板，箱体正面为活页门结构。框架中间为15mm 厚的钢板，从而将上下箱体连接成一个整体。

1.2 弹簧压力加载装置

设备的弹簧压力加载装置由驱动气缸和直线导杆组成[3]。驱动气缸采用螺栓连接到主机框架中间的钢板上。直线导杆的导向套固定在主机框架中间的钢板上。直线导杆与气缸勾贝通过连接板固定在一起，从而保证气缸勾贝在升降过程中直线运动且不旋转，具体结构如图1 所示。

图1 弹簧压力加载装置

1.3 弹簧定位机构

设备的弹簧定位机构是一块厚度为90mm 的钢板按照试验弹簧的内外径尺寸加工的仿形凹槽，待测弹簧可以通过凹槽进行定位，具体结构如图2 所示。

图2 弹簧定位机构

1.4 弹簧高度位移检测装置

设备的弹簧高度位移检测装置是在弹簧压力加载装置的升降气缸与直线导杆连接件上把接一块连接板。连接板与拉线位移传感器的输出端连接，拉线位移传感器本体固定安装在主机框架中间的钢板上。驱动气缸上下升降过程中将带动拉线位移传感器移动，从而测量计算弹簧的高度位移。

1.5 弹簧压力检测装置

设备的弹簧压力检测装置是通过在弹簧压力加载装置的升降气缸与直线导杆连接件上部与弹簧定位机构下部安装一只S 型压力检测传感器。当弹簧受力压缩时，压力传感器将直接测量压力值并反馈给主控计算机，具体结构如图3 所示[4]。

图3 弹簧压力检测装置

1.6 安全防护装置

设备的安全防护装置采用双层防护结构[5]。其中，内层采用12mm 厚的钢板在弹簧试验器四周进行密封；外层采用主机框架弹簧上层检测区冲压钢板进行二次防护。控制上，压力检测传感器实时动态检测和判断压力与位移变化，如果出现压力突然消失、瞬间减小以及位移检测瞬间增大，则证明弹簧有折断或者崩出。此时，系统快速切换压力加载气缸控制方向，使气缸停止加载向下运动，并提示操作者处理。

1.7 控制系统

设备的控制系统采用计算机控制，而计算机控制柜采用标准单机柜结构[6]，放置在主机框架右侧。计算机采用Windows 10 操作系统。控制软件设计有试验操作界面和参数设置界面[7]，如图4 所示。

图4 控制界面

2 结语

设备采用气缸的上升下降动作对弹簧施加压力，通过高精度的位移拉线传感器和压力传感器直接测量方式检测被测弹簧在自由高、装配高、装配负荷、工作高以及工作负荷各部位的实时数据信号。采集数据经控制计算机板卡将位移与压力信号转换为数字信号，转换后的数字信息经控制程序计算得出被测弹簧的各项参数的数值，并与标准数据进行比较，从而判断被测弹簧是否满足工艺要求。实践表明，设备自动化程度高，操作简便，适合各种弹簧的检测，提高了铁路货车厂修的检修效率与质量，减轻了劳动强度，保证了货车行车安全，具有较高的推广应用价值。