胶轮温升试验台改进及应用

胶轮温升试验台改进及应用

余佳 周勇 李凯

中车株洲电力机车有限公司

摘要：本文根据墨西哥某地铁项目导向轮温升试验遇到的实际问题为分析点，详细的介绍了通过优化导向轮温升试验台结构、增加降温设备和温度温度测量设备等方法减小导向轮轮胎报废率、准确测量导向轮装置温度、提高作业效率的先进操作法。为公司胶轮产品的试验方法提供了参考意见，也进一步提高了班组作业技能水平。

关键词：导向轮温升试验、试验台结构、轮胎报废率、作业效率

引言：墨西哥城该地铁项目是株机公司代表中国中车在墨西哥获得的第2个项目，也是中国中车第一个海外总包项目。该车型走形部分采用胶轮承载、胶轮导向的结构，结构新、设计与工艺难度大，对中车株机公司而言是一次巨大的挑战。其中导向轮在组装完成后要进行温升试验，针对胶轮产品的温升试验，公司暂无相关的工艺技术可以借鉴。

一  提出问题及需改进项点

1、轮胎过热问题分析

根据业主及工艺要求，转向架导向轮需要做温升试验。在试验过程中，试验台的驱动轮与导向轮轮胎接触。一方面为导向轮提供旋转扭矩，一方面对导向轮施加载荷，模拟导向轮在实际工况下的运转情况。导向轮在实际运转过程中是轮胎紧贴着导向轨，为曲面与平面的接触，而在试验模拟过程中，是试验台的转筒与轮胎接触，为曲面与曲面的接触，此时轮胎发生了较大的变形。在轮胎的高速运转中，长时间的变形让导向轮轮胎过热，温度可达100℃以上（轮胎使用的极限温度为100℃），极易造成导向轮轮胎的报废和爆炸。同时，较高的轮胎温度会传递到轮毂中的轴承上，导致轴承温度异常升高，造成导向轮温度试验不合格。

经过几百件导向轮温升试验后，发现因温度过高导致实验轮胎损坏。通过报废橡胶轮多个裂开轮胎位置对比，所有轮胎裂开报废都是相同位置，都位于轮胎上边缘的第一槽位置。观察导向轮温升试验的过程可以发现，在轮胎旋转过程中，轮胎上边缘与试验转筒发生积压变形，上边缘第一个槽的位置变形最大，因此，该位置因长时间大变形造成的温度异常升高，最终导致该位置发生破裂。使用红外测温测量轮胎各个部位的温度，也是该处的温度最高。

图1、橡胶轮开裂报废

2、红外测温无法准确测量导向轮温度问题分析

温升试验台的温度测量通过红外测温设备，测量导向轮轮毂表面的单点温度，在导向轮的试验过程中无法调整测温设备的位置，因此，在整个试验过程中，只有导向轮轮毂表面的温度被测量到。影响导向轮轮毂表面温升的因素有很多，比如轴承的运转情况，这也是导向轮温升试验存在的意义，检测导向轮轴承的安装是否符合要求；同时，轮胎温度传到至轮毂中，风扇对轮毂的降温作用等等都会影响轮毂表面的温度。如何准确的测量导向轮试验过程中的温度为重难点内容。

3、导向轮更换问题分析

为了防止轮胎爆炸造成人员和设备伤害，导向轮温升试验台的旋转部位安装了防护装置。防护装置通过螺栓连接在试验台上，在每次装夹下一个导向轮试验时，需要把防护罩螺栓拆下，吊运出来，装夹完成后再吊上去，紧固螺栓，工序繁多，更换导向轮装置需要20分钟以上，严重影响生产效率（图2）

图2、需要拆卸多颗螺栓

二 改进方案及具体操作

1、驱动轮改进：通过观察轮胎踏面的外形，发现轮胎的踏面并非一个平面，在轮胎踏面的边缘是一个曲面。根据轮胎曲面的尺寸，设计试验台转筒的仿形尺寸，制作仿形驱动轮，减小轮胎在试验过程中的变形，减少轮胎产热。同时增加风机定向吹轮胎与转筒的接触面，增加轮胎表面散热速度，减小轮胎温升速度，极大延长橡胶轮使用寿命，仿形驱动轮设计图及风机如下（图3，图4）

图3、仿形驱动轮

图4、仿形驱动轮安装及增加风机

2、增加热成像仪设备：热成像仪可以通过扫描导向轮的温度场，实时的将导向轮的温度场显现在热成像仪的平面上。热成像仪不仅可以检测到整个导向轮的温度情况，还可以检测导向轮内部轴承的温度情况，温度测量范围更大，测量的温度更加准确。针对橡胶轮开裂位置进行重点监测；在实验即将结束之前五分钟温度是最高时刻，是导向轮上下轴承最真实的温度。通过对比可以反应出红外线测温只能固定的测一个点，热成像仪的能直接测出整体位置哪部分温度高，哪部分温度值最低，热成像仪可以直接测出整体温度，全面实时检测温度变化，减少频繁调整温度探头，工作效率提升超过100%。改进如下图（图5）

3、防护罩改进：将螺栓连接在试验台上的防护罩改造成导轨式的防护罩。在更换导向轮装置时只需要将防护罩在导轨上拉向另一端，而之前需要拆卸螺栓再吊运防护罩，这样就可以极大提升生产效率。同时在试验台上增加防护门和防护网，粘贴“无关人员禁止入内”等安全警示标识，进一步增加试验台的安全性和防护性。

三  结论

该导向轮温升试验操作法通过优化试验台结构、增加风机和热成像仪等设备，可以准确测量导向轮装置的温度情况，经过5个月时间进行验证，将原试验1月需报废9件橡胶轮降低至0，同时降低更换试验导向轮时间，本操作法能高效率的保证墨西哥城地铁1号线导向轮温升试验进行，同时可减小试验轮胎的报废率、增加设备安全性、提高生产效率。