机车空压机皮带张紧程度检测方案设计

［摘 要］铁路机车普遍采用空气制动方式，空气制动的风源来自空压机，空压机与动力源之间采用带传动。带传动设计中皮带松紧程度是必须考虑的问题，皮带安装过松或过紧均会产生不良影响。皮带安装过松会出现打滑现象，影响传动效果；皮带安装过紧会增加磨损，减少皮带使用寿命。带传动设计时对带传动松紧程度的判断是通过皮带受力与挠度大小来判断的，通过计算可以得出皮带应该施加力的大小与挠度。但是，在皮带实际安装过程中，由于无法准确测量皮带的受力和挠度，皮带松紧程度通常通过用手按压来判断，导致空压机皮带松紧程度不合理。为了确保空压机皮带安装张紧程度适中，文章设计了一种皮带张紧程度检测方案，该方案通过分别检测皮带安装的压力与挠度，进而判断皮带松紧程度是否符合安装要求。该方案操作方便、成本低廉，可实现空压机皮带张紧程度检测功能。

［关键词］空压机安装；皮带传动；张紧程度检测

［中图分类号］U269.5 ［文献标志码］A ［文章编号］2095–6487（2024）04–0078–03

1 皮带张紧程度计算方法

依据机械设计理论，可以计算在带与带轮的两切点中心施加的载荷Wd 和该载荷下皮带的挠度f。

载荷计算方法分新安装的带和运转后的带两种情况，新安装的带载荷计算公式为：

式（1）～（3）中， 为单根皮带的初张紧力， △F0为初张紧力增量。

挠度f 计算公式为：

f=1.6t/100（4）

式中，t为切边长，计算公式为：

式中，a为带轮中心距，da1为小带轮外径，da2为大带轮外径。

根据式（1）～（5）可得出皮带的加载力与挠度要求。空压机皮带安装张紧程度要求具体为：施加30～40 N 的力于两带轮皮带切边中点位置，皮带挠度为10～15 mm。

2 皮带张紧程度检测方案设计

为了实现皮带安装工艺要求，文章将皮带张紧程度检测方案分为加载方案和皮带挠度测量方案两部分。

2.1 加载方案设计

根据空压机安装情况，不同车型皮带两带轮切边中心内侧距（图1）差异较大，目前车型变化范围为180～300 mm。力的施加可选择数显式测力计（图2），目前市场上测力计（加挂钩）长度最小为155 mm。该款测力计质量为0.18 kg，加载时操作方便。皮带上系1 根细线，用测力计挂钩挂在细线上便可向里加载。

皮带最大挠度为15 mm，假设受力后挂钩处细线与皮带距离为10 mm，则拉力施加需要的最小皮带中心内侧距为180 mm。因此，对于中心内侧距大于180 mm 的车型，可选择数显式测力计施加拉力。但对于最小中心内侧距180 mm，选用测力计直接加载，测力计末端很可能与皮带干涉，导致加载失败。

对于测力计加载空间不够的车型，可采用传感器加载（图3），需要搭配挂钩、示数器使用。传感器高度为64 mm，挂钩长度切断处理后安装总高度约为110 mm。加载需要的距离为45 mm。因此，皮带内侧加载空间足够，该加载方案可行。

数显式测力计加载方便，成本低，适用于皮带内侧距大于180 mm 的车型。传感器加载成本较高，加载时需要连接示数器，但通用性好。

2.2 皮带挠度测量方案设计

为了测量皮带受力时的挠度，设计了测量尺，如图4，测量时单手托着该测量尺并贴紧带轮。测量尺由支撑杆、螺钉与观测尺组成。皮带加载后，通过观测尺判断挠度是否在指定范围内，进而判断皮带松紧程度是否合理。皮带挠度测量方案如图4 所示。

2.2.1 观测尺设计

观测尺模型如图5 所示，材料为透明亚克力板，该材料热胀冷缩率低，季节变化对尺寸精度影响极小。由于皮带挠度范围为10～15 mm，所以可将观测尺10～15 mm 段以下通过粘贴纸胶带等方式进行非透明处理。加载时，在10～15 mm 透明段平视时若可看到皮带，则皮带松紧程度满足安装要求。

2.2.2 支撑杆设计

支撑杆材料为铝合金，设计长度为1 000 mm。考虑现场可操作空间等因素，截面形状为正方形，尺寸为40 mm×40 mm。不同壁厚会对支撑杆的质量、刚度等产生影响。支撑杆作为测量工具，应具有一定的刚度抵抗变形，否则回导致检测结果不准确。根据使用工况，设支撑杆中部受力50 N，如图6 所示。

采用叠加法对挠度进行计算，计算公式为：

ωmax=Fl3/48EI（6）

式中， ωmax为最大挠度，F为支撑杆受力，l为杆长，E为弹性模量，I为矩形截面对z轴的惯性矩，计算方法为：

Iz=hb3/12（7）

式中，h为支撑杆矩形截面的高，b为矩形截面的宽。

支撑杆设计时，不仅应考虑其刚度对测量性能的影响，还应考虑其质量对可操作性的影响。支撑杆壁厚对其质量、最大挠度的影响见表1。

由表1 可知，支撑杆壁厚与质量呈现线性关系，壁厚与最大挠度呈现非线性关系。考虑到测量精度及操作便利性，确定支撑杆壁厚为2 mm。

3 结束语

本机车空压机皮带张紧程度测量装置设计从功能与约束出发，围绕形状、材料、刚度、质量、可操作性等因素展开设计。针对不同车型皮带切边中心内侧距这一限制因素，设计了数显式测力计加载和传感器加载两种加载方案。两种加载方案成本均较低，可操作性强。通过实施该检测方案，可确保机车空压机皮带安装松紧程度合理，从而杜绝皮带磨损过快或打滑问题，提高机车空压机组装可靠性。

参考文献

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