转向架轴承磨合测试中磨合试验机的应用研究

 李  凯1，戚景观2，王  兴1

 （1．太原科技大学，山西  太原  030024;2．晋西车轴股份有限公司，山西  太原  030027）

摘要：铁路货车在实际运行过程中会出现热轴现象，为了解决这一难题，生产企业都在使用磨合机做磨合测试来及时发现和剔除热轴，以避免和减少轮对、转向架以及铁路货车实际运行故障。主要研究了磨合试验机的研制及应用情况，从轮对及转向架生产实际出发考虑设备选型问题，具有一定的推广和应用价值。

关键词：磨合试验机；转向架轴承；磨合测试中图分类号：U260. 331+．2

 0引言

 传统的转向架轴承测量手段具有效率低、差错率高和不便于信息化管理等诸多缺点，所以逐步被淘汰。与此同时，高速重载列车的发展使得转向架轴承的磨耗加剧，检修周期相应缩短。这就迫使铁路货车生产企业联合相关自动化控制专家研究相应的工艺流程及检测技术，研制出自动化程度高并且能同时具备完成轮对加载、变速磨合等多功能的轴承温升检测设备，以提高生产检测效率。

1转向架轴承温升及磨合测试

 改善轴承的设计和提高轴承的精度依然不能避免在实际转向架运行中出现轴承运行温度高于环境温度40℃的现象。为了避免这种现象的发生，工艺要求在正式装车前应对转向架进行磨合测试。为此，我们专门研制了一台铁路货车轴承磨合试验机，它能够考虑到加载及动态运行工况等，可以大大提高轴承在使用中的可靠性，保证铁路运输的安全。

2磨合试验技术要求

 铁道部下发的新《轮规》要求对压装合格的轴承不仅要“左右旋转3圈～5圈，转动灵活，不得有卡阻”，还要求“磨合测试转速不低于200 r／min、时间不少于5 min”，而且对这一作业提出了相应的要求，即轴承转动时不宜有异声，磨合过程中应使用测温仪，并做好记录，磨合过程中轴承温升不高于40℃。

 转向架轴承磨合试验机是测试铁路货车转向架轴承的专用设备，是在轮对压装完轴承后通过对轴承进行磨合试验来检测转向架轴承装配质量的装置，对其进行磨合试验要达到的主要技术指标如下：转向架轴承磨合转速应大于200 r／min，磨合时间应大于5 min；转向架模拟载荷为0～21×10.i N;自动检测各个轴承8个测温点温升，当轴承温升大于40℃时能自动报警；轮对磨合5 min结束后能够实现制动；操作方便，便于维修，使用寿命长；能够实现自动／手动控制方式。

3磨合试验机的研制

 鉴于铁路货车轴承在运行中可能出现的温升问题，解决温升的各种方法以及新《轮规》对轴承磨合测试的要求，我们研制出新的磨合试验机，它主要由液压传动系统、机械和电气控制系统、制动系统3部分组成。设备系统架构如图1所示，其基本原理为：模拟铁路货车转向架轴承的运行状况，利用液压系统和机械装置夹紧转向架轴承，同时对轴承进行加载；然后通过电机带动传动装置使得转向架轴承在高速重载下做磨合运转；测温系统采用较为成熟的温升报警检测装置，实时对轴承温升进行检测，进而完成磨合试验。此磨合试验装备添加了机械和电气联锁来确保磨合试验的安全高效运行。

3.1  液压传动系统

 磨合试验机的液压传动系统主要由液压泵、液压阀、液压油缸和液压站等组成，其主要实现的功能是：液压油泵连续将油泵出，把机械能转变成压力能和动能来实现油缸的控制动作；主油缸起着从上部往下压紧轮对的作用，其他油缸起着辅助夹紧、定位、固定等作用；液压阀作为控制元件，通过控制油的流量和流动方向，或限制压力来实现油缸动作，进而完成压紧、夹紧和固定轮对等磨合试验准备工作，以满足轮对磨合试验的条件；液压站、滤油器、连接管路、密封件和冷却器等主要负责油液的储存、净化、输送、密封和散热等辅助性工作。液压系统传动原理如图2所示。

3.2  机械及电气系统

 机械机构主要包括转向架、轮对支架、夹紧及固定装置以及其他辅助装置等，它们是电气液控制的硬件基础和前提条件，基本上由电机、气缸与油缸带动来配合完成磨合试验。

 电气系统主要包括微机系统、VB监控操作界面、PLC控制器、三相异步电动机和红外线温度传感器等硬件基础。系统能够实现上位机和下位机的通信，能够实现数字量及模拟量的信号采集及处理。系统VB监控操作界面具有多个测温点温度指标（初始温度、磨合温度和温升指数）显示等众多功能。磨合试验机监控示意见图3。

 PLC控制器采用西门子200，其控制信号主要包括VB操作界面的控制按钮信号以及现场各工位的限位开关信号等。三相异步电动机在磨合试验机机械装置上的作用是受控于PLC控制器，带动机械装置正反转；而红外线温度传感器的作用是实时、准确测温，并将信号经过PLC控制器处理后传输至上位机VB监控操作界面。

 轴承温度通过红外温度传感器测量，由西门子S7-200 PLC控制器的A/D转换模块来对数据进行采集和处理。红外温度传感器相对灵敏度高、响应快，比较适合非接触式温度测量，在运动及重载的工况下运用不损坏测温仪器，也能保证测温精度。经实践证明该种传感器比较适合于转向架轴承的温升测量。通过采用具有RS232／RS485转换功能的PC/PPI电缆将上位机和西门子S7-200 PLC连接起来，从而实现上、下位机之间串行通信的协议转换，其硬件连接如图4所示。RS232接口是一种标准的串行通信接口，串口操作简单、可靠性高，在通信中应用广泛。

3.3  制动控制系统

 制动系统采用能耗电力制动，磨合时间为5 min，由时间继电器控制。轮对磨合结束后，中间继电器作用，系统自动进入制动阶段。其工作原理为：电机通直流电，利用电磁力制动电机，再通过摩擦轮制动轮对，制动时间可通过时间继电器调整。

4磨合试验机的应用情况

 研制的磨合试验机主要用于检测铁路货车转向架轴承在模拟实际运行中的温度变化情况，避免因轴承质量和轴承压装质量问题而造成的转向架质量不合格。

4.1  磨合试验机的使用

 在进行磨合测试过程时，装夹固定轮对后，应确保轴承磨合机的摩擦轮与轮对的轮周面充分紧密接触。同时，也应对轴承磨合机的转速进行校准，保证被测轮对的转动真实可靠。操作中操作人员若发现异常，应立即停机进行检查以排除故障。

 磨合试验工作完成后，首先应使各部位回归起始位置，然后有序关闭操控台电源，最后填写设备运行记录。

4.2  磨合试验机测试结果

 按照操作要求完成磨合试验，其中一批次试验结果如表1所示。

 按照VB上位机程序设定，温升大于40℃则判定为“热轴”，也即轴承磨合试验不合格。从表1可以看出，该批次中出现一个热轴。

  4.3磨合试验机发挥的作用

 磨合试验机为铁路货车转向架轴承温度的测量提供了一种自动化程度高、精度高、效率高的检测手段。它的应用提高了铁路货车生产企业轮对、转向架及车辆出厂合格率，提高了投放轨道上运行的铁路货车的可靠性，这也会在一定程度上延长转向架轴承在铁路线上的使用寿命。

  5  结束语

 磨合试验机顺应了铁路货车高速重载的发展方向。这种磨合机能够及时检测转向架轴承的质量、参数是否符合实际标准，降低转向架轴承运行故障，提高轴承压装和转向架生产的质量。