長(zhǎng)沙中低速磁浮列車(chē)磁浮走行部的組裝工藝

周 源

(中車(chē)株洲電力機(jī)車(chē)有限公司，412001,株洲//工程師)

長(zhǎng)沙中低速磁浮列車(chē)是由中車(chē)株洲電力機(jī)車(chē)有限公司牽頭自主研發(fā)生產(chǎn)的國(guó)內(nèi)首個(gè)商業(yè)化運(yùn)行中低速磁浮列車(chē)，與傳統(tǒng)輪式軌道交通車(chē)輛相比有著明顯的特點(diǎn)：一是車(chē)輛行駛時(shí)輪軌不接觸;二是車(chē)輛的懸浮、驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)向完全依靠其下方的磁浮走行部來(lái)實(shí)現(xiàn)。車(chē)輛運(yùn)行時(shí)，懸浮架與F型軌道之間需保證精確而穩(wěn)定的8 mm懸浮間隙，同時(shí)需應(yīng)對(duì)車(chē)輛上下坡、轉(zhuǎn)彎等復(fù)雜工況。磁浮走行部作為一種新型走行結(jié)構(gòu)，其新型的機(jī)械結(jié)構(gòu)和嚴(yán)格的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)裝配工藝及可靠性提出了更高要求。

1 長(zhǎng)沙中低速磁浮列車(chē)磁浮走行部構(gòu)成

長(zhǎng)沙中低速磁浮列車(chē)磁浮走行部構(gòu)成如圖1所示。由圖1可見(jiàn),磁浮走行部包括懸浮架單元I、懸浮架單元II、迫導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、滑臺(tái)裝配、高度調(diào)節(jié)裝置、測(cè)速定位裝置、雷達(dá)與安裝支架裝配、掃石器裝置、接地刷和受流器等構(gòu)件。其中懸浮架單元包括模塊裝配、牽引裝置、電機(jī)懸掛裝置、懸浮架管路、支撐輪裝置、空氣彈簧裝置、垂向滑撬裝置、懸浮電磁鐵裝配、防脫開(kāi)裝置等構(gòu)件；模塊裝配包括左右模塊和前后抗側(cè)滾梁裝配等構(gòu)件。整個(gè)磁浮走行部依靠滑臺(tái)與車(chē)體底部相連接，為整車(chē)提供了懸浮、驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)向等功能。

圖1 長(zhǎng)沙中低速磁浮列車(chē)磁浮走行部俯視簡(jiǎn)圖

2 磁浮走行部組裝工藝技術(shù)要點(diǎn)

懸浮架在電磁鐵與F軌電磁作用力下處于懸浮狀態(tài)，直線(xiàn)電機(jī)為車(chē)輛提供行駛驅(qū)動(dòng)力。組裝時(shí)，要求各懸浮架上的電磁鐵和直線(xiàn)電機(jī)與F軌方向平行且間隙均勻。作為懸浮式走行轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，組裝偏差的直接反映為懸浮力、驅(qū)動(dòng)力及機(jī)構(gòu)運(yùn)作狀態(tài)不對(duì)稱(chēng)，引入了難以定量的內(nèi)部作用力，對(duì)磁浮走行部及列車(chē)通過(guò)空間曲線(xiàn)時(shí)的運(yùn)動(dòng)學(xué)狀態(tài)產(chǎn)生復(fù)雜的影響。另一方面，懸浮控制系統(tǒng)的控制算法依據(jù)磁浮走行部的理論結(jié)構(gòu)和力學(xué)模型建立，其對(duì)機(jī)械連接間隙、運(yùn)動(dòng)副精度十分敏感。整個(gè)磁浮走行部機(jī)械裝配的質(zhì)量問(wèn)題可能導(dǎo)致車(chē)輛的懸浮、驅(qū)動(dòng)及轉(zhuǎn)向等發(fā)生控制失穩(wěn)，甚至影響列車(chē)的正常運(yùn)行，因此需嚴(yán)格控制磁浮走行部組裝的工藝質(zhì)量。本文選取其中典型工藝案例闡述其工藝技術(shù)要點(diǎn)。

2. 1 迫導(dǎo)向機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)臂定向

迫導(dǎo)向機(jī)構(gòu)如圖2所示。由圖2可見(jiàn)，當(dāng)車(chē)輛通過(guò)曲線(xiàn)時(shí)，迫導(dǎo)向機(jī)構(gòu)長(zhǎng)短轉(zhuǎn)臂相對(duì)其與車(chē)底架的連接軸會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，同滑臺(tái)、鋼管組件共同構(gòu)成了車(chē)輛通過(guò)曲線(xiàn)時(shí)的幾何約束。

圖2 迫導(dǎo)向機(jī)構(gòu)示意圖

為了保證迫導(dǎo)向機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)臂方向的準(zhǔn)確性，在車(chē)輛處于直線(xiàn)軌道時(shí)，迫導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的長(zhǎng)短轉(zhuǎn)臂需指向車(chē)輛正前方。原試驗(yàn)車(chē)組裝時(shí)需要操作人員不斷測(cè)量和調(diào)整迫導(dǎo)向機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)臂的位置尺寸以確保其處于居中位置，組裝調(diào)整過(guò)程非常繁復(fù)。在長(zhǎng)沙中低速磁浮車(chē)輛上，轉(zhuǎn)臂及車(chē)輛底架對(duì)應(yīng)位置預(yù)先通過(guò)機(jī)械加工開(kāi)出工藝孔，組裝前通過(guò)定制的定位銷(xiāo)軸連接，將轉(zhuǎn)臂直接固定于居中狀態(tài)，然后再與調(diào)整螺桿及鋼管組裝。該工藝方案的引入，大大降低了迫導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的組裝難度，減少了機(jī)械調(diào)整和動(dòng)態(tài)調(diào)試的工作量，使迫導(dǎo)向組裝工序的作業(yè)效率和作業(yè)質(zhì)量獲得了“雙提升”。

2. 2 機(jī)械配合

磁浮走行部組裝對(duì)機(jī)械配合要求較高。在懸浮架模塊和迫導(dǎo)向機(jī)構(gòu)中存在多處保證機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)功能的軸承連接。如片梁與片梁安裝座之間的向心關(guān)節(jié)軸承的作用是保證抗側(cè)滾梁小角度轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度。該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)依靠關(guān)節(jié)軸承、銷(xiāo)套與銷(xiāo)軸配合來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖3所示。銷(xiāo)軸中部與關(guān)節(jié)軸承銷(xiāo)套、銷(xiāo)軸與片梁銷(xiāo)套及片梁對(duì)應(yīng)的安裝孔應(yīng)精密配合，以減少機(jī)械間隙對(duì)整體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的難以預(yù)測(cè)的誤差擾動(dòng)，保證車(chē)輛在小半徑曲線(xiàn)轉(zhuǎn)彎時(shí)懸浮架模塊以足夠精確的平行四邊變形來(lái)產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。因此磁浮走行部組裝前，需對(duì)配合件的加工精度進(jìn)行把控。此外，考慮到部件表面按照GB/T 9799—1997《金屬覆蓋層 鋼鐵上的鋅電鍍層》中的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行處理，部件實(shí)際尺寸為原件尺寸與2倍電鍍層厚度之和，故需嚴(yán)格控制加工后的零件尺寸和電鍍工藝，使部件最終尺寸達(dá)到設(shè)計(jì)要求。另一方面，還需保證銷(xiāo)軸和銷(xiāo)套的長(zhǎng)度尺寸，以及保證關(guān)節(jié)軸承位于兩個(gè)片梁的對(duì)稱(chēng)中心線(xiàn)位置。

圖3 抗側(cè)滾關(guān)節(jié)軸承裝配示意圖

2. 3 空氣彈簧配置

空氣彈簧安裝于懸浮架和車(chē)體底部滑臺(tái)之間，傳遞垂向力和橫向力?？諝鈴椈傻母黜?xiàng)性能需滿(mǎn)足相應(yīng)技術(shù)規(guī)范要求，保證有氣、無(wú)氣狀態(tài)下的高度及AW0(空載)、AW3(超載)等工況下空氣彈簧的垂向剛度值。結(jié)合原試驗(yàn)車(chē)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，為保證車(chē)輛懸浮及運(yùn)行的可靠性，空氣彈簧在裝車(chē)前需進(jìn)行相關(guān)載荷試驗(yàn)，并將關(guān)鍵數(shù)據(jù)標(biāo)記于銘牌上。在組裝時(shí)對(duì)空氣彈簧進(jìn)行排序分組，按車(chē)輛一位端至二位端方向依次將20個(gè)空氣彈簧安裝在5個(gè)懸浮架托臂上，并做好記錄。在實(shí)際安裝過(guò)程中，單個(gè)懸浮架上的4個(gè)空氣彈簧在AW0工況下的剛度差值原則上不大于5 N/mm。此外，對(duì)于空氣彈簧高度，選取單節(jié)車(chē)上20個(gè)空氣彈簧中的最大自由高度作為基準(zhǔn)，使用調(diào)整墊墊在托臂空氣彈簧穴內(nèi)的空氣彈簧底部，并將該節(jié)車(chē)所有空氣彈簧調(diào)整至同一高度。在后續(xù)車(chē)輛運(yùn)營(yíng)中亦驗(yàn)證了空氣彈簧參數(shù)對(duì)懸浮系統(tǒng)的影響。

2. 4 懸浮架在軌移動(dòng)問(wèn)題

長(zhǎng)沙中低速磁浮車(chē)輛在正常行駛時(shí)輪軌未接觸，靜止?fàn)顟B(tài)下以垂向滑撬著陸于F軌軌面。而懸浮架模塊在組裝完成吊入軌道后需按車(chē)體底部滑臺(tái)尺寸確定位置，以便于準(zhǔn)確落車(chē)。為調(diào)整懸浮架在F軌上的位置，若使用天車(chē)吊運(yùn)定位，精度難以滿(mǎn)足裝配要求；若使用撬棍等工具強(qiáng)行調(diào)整，則可能會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形或油漆面損壞等情況。懸浮架上設(shè)計(jì)了有輔助支撐的支撐輪裝置，以應(yīng)對(duì)車(chē)輛懸浮功能失效的狀況。然而，正常組裝后支撐輪裝置下底面距離F軌約3 mm，車(chē)輛運(yùn)行時(shí)可通過(guò)液壓驅(qū)動(dòng)進(jìn)行伸縮。經(jīng)綜合考慮，設(shè)計(jì)了一套結(jié)構(gòu)特殊的增高墊工裝，結(jié)合其使用位置空間狹小的特點(diǎn)，在工裝設(shè)計(jì)時(shí)通過(guò)CAD模擬其使用過(guò)程，調(diào)整工裝形狀尺寸以避免與周邊結(jié)構(gòu)產(chǎn)生干涉，確保該調(diào)整墊能夠順利插入和取出。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，在組裝時(shí)將支撐輪伸出約6 mm，然后插入該工裝進(jìn)行組裝，并于車(chē)輛調(diào)試時(shí)完全施放支撐輪(伸長(zhǎng)約11 mm)，即可回收調(diào)整墊片工裝。這樣大大降低了懸浮架移動(dòng)和定位調(diào)整的工作量，提高了作業(yè)效率。

2. 5 其他工藝要點(diǎn)

為優(yōu)化磁浮走行部組裝工藝，解決作業(yè)難題，實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，組裝工藝中的其他方面亦應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化。例如：結(jié)合懸浮架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了1套懸浮架組裝工裝，以便懸浮架實(shí)現(xiàn)離軌組裝和批量生產(chǎn)；在直線(xiàn)電機(jī)懸掛組裝時(shí)，設(shè)計(jì)了厚度檢測(cè)工裝，便于快速調(diào)整直線(xiàn)電機(jī)底面到F軌鋁感應(yīng)板的上表面尺寸；制定滑臺(tái)雙直線(xiàn)導(dǎo)軌組裝操作流程，保證雙直線(xiàn)導(dǎo)軌的平行度和滑動(dòng)順暢；結(jié)合原試驗(yàn)車(chē)經(jīng)驗(yàn)為牽引銷(xiāo)軸增加了減載槽等結(jié)構(gòu)，改善了應(yīng)力分布狀態(tài)，并增加端部六方頭便于進(jìn)行更換操作；設(shè)計(jì)了懸浮架固定工裝，防止懸浮架在轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中產(chǎn)生變形，避免了重復(fù)尺寸調(diào)整，提高了工作效率。此外，橫向滑撬磨損性能、螺栓防銹、空調(diào)排水管位置優(yōu)化等工藝問(wèn)題有待于進(jìn)一步改善。

3 結(jié)語(yǔ)

長(zhǎng)沙中低速磁浮列車(chē)為中車(chē)株洲電力機(jī)車(chē)有限公司在試驗(yàn)車(chē)基礎(chǔ)上推出的商業(yè)化運(yùn)行磁浮列車(chē)，磁浮走行部的設(shè)計(jì)和組裝工藝在批量生產(chǎn)前及過(guò)程中反復(fù)進(jìn)行大量的改進(jìn)和優(yōu)化，在組裝工藝方面也逐步積累經(jīng)驗(yàn)，對(duì)后續(xù)磁浮車(chē)輛產(chǎn)品及其他相關(guān)領(lǐng)域的組裝工藝具有一定指導(dǎo)意義。