动车组转向架构架检测技术研究

徐福辉，高婧，宋淑玲

（中车唐山机车车辆有限公司 检测中心，河北 唐山  063035）

动车组转向架构架检测技术研究

徐福辉，高婧，宋淑玲

（中车唐山机车车辆有限公司 检测中心，河北 唐山  063035）

介绍动车组转向架构架的结构、作用及其部分技术基准，依据检测需求对三坐标测量机进行选型配置。列出三坐标测量机检测动车组转向架构架的检测过程，并进行检测示例说明。应用三坐标测量机在转向架构架、工装中开展检测，可有效保证转向架的整体质量。

动车组；转向架；构架；三坐标测量机；检测技术

2 转向架构架检测工艺技术要求

查阅某型动车组转向架构架技术图纸得到其最大空间检测范围：X=2 850 mm、Y=3 000 mm、Z=500 mm。

转向架构架的主要检测项目包括：U型槽、帽筒中心孔、制动座孔、制动吊座、定位座、齿轮箱吊座安装孔等。以某型动车组转向架构架为例，其部分工艺技术基准见表1。

表1 某型动车组转向架构架工艺技术基准示例

为了满足转向架构架的检测工艺技术要求[3-4]，通过调研测量范围、项目和测量公差了解到，必须采用大型三坐标测量机才能完成这种高精度的空间测量任务，且主要依据上述技术要求选型配备三坐标测量机，确定检测方法，开展检测工作。

3 三坐标测量机选型与配备

3.1 原理与应用

三坐标测量机的主要结构包括测量机机械主体、电气控制柜、计算机、测头与控制软件。三坐标测量机就是在3个相互垂直的方向上有导向机构、测长元件、数显装置，有1个能够放置工件的工作台，测头可以以手动或机动方式轻快地移动到被测点上，由读数设备和数显装置把被测点的坐标值显示出来。根据这些点的空间坐标值，借助于三坐标测量机自带的计算机和测量软件求出被测元素的几何尺寸、相互间的位置尺寸及存在的尺寸误差与形位误差[5]。

三坐标测量机以其通用性强、测量范围大、精度高、效率高、性能好、柔性好及优异的数字化能力，成为现代制造业设计、开发、加工制造和质量保证的重要手段，并广泛应用于汽车和机车车辆制造行业。当今主要使用的三坐标测量仪器有桥式测量机、龙门式测量机、水平臂式测量机和便携式测量机。测量方式可分为接触式与非接触式2种。

3.2 选型配备的主要因素

（1）考虑动车组转向架检测的技术要求，针对三坐标测量机的精度等级、误差分析与处理、测量软件等技术配置方面进行选型。除常规长度检测外，还涉及平行度、平面度、同轴度、圆度、角度、锥度等复杂几何量的检测，因此需要应用精度等级高的三坐标测量机。

（2）考虑对动车组转向架构架、构架工装及样板、大部件和整体转向架的检测，针对三坐标测量机的外形尺寸、行程范围、被测工件最大质量等技术特征方面进行选型。选型时必须参考被检物件的最大外形尺寸是否在三坐标测量机的行程范围内，最大质量是否在三坐标测量机的允许承重范围内。

（3）考虑三坐标测量机的使用率，应选择具有完整校准检验程序的设备。

（4）针对测量间的环境状况、三坐标测量机的工作环境及设备安全环保要求，对三坐标测量机进行选型，一定程度上减少不必要的误差来源，保证三坐标测量机运行的稳定可靠性。

3.3 选型配备

通过对以上因素的考虑和不同厂家不同型号三坐标测量机的对比，最终选择Hexagon Delta Slant Performance 35.51.20龙门式坐标测量机（简称龙门测量机）。选择该坐标测量机的主要原因是其具有以下特点：

（1）精度等级高，充分满足检测需求（见表2）。

表2 龙门测量机精度指标

（2）行程范围大、承重强，充分满足检测需求（见表3）。

（3）龙门测量机环境适应能力强，环境条件要求见表4。

（4）选择PC-DMIS CAD++测量软件。PC-DMIS CAD++测量软件提供了如下的先进性能：具有完善、可定制的直观化图形用户界面；提供了快速启动界面；提供了功能强大的形位公差评价；可实现具有多种格式的CAD数模的导入、编程和测量；具有测量数据的多种通用输出格式；提供了丰富多样的检测报告标准模版；具备强大的扫描和逆向支持功能；支持薄壁件测量功能等。

表3 龙门测量机特征指标

表4 龙门测量机环境条件要求

（5）该坐标测量机的校准检验能力强。具有远程诊断集成系统，以便对设备进行远程查询、诊断和故障分析；同时设备控制系统具有自诊断、自校准、误差修正、人机对话、在线编程等功能，具有产品检验程序、备份软件、自检程序和设备正常运行及维修必需的其他辅助软件。

（6）设备安全环保方面：设备工作噪声≤65 dB（A），并符合ISO 14000环保标准和OHSMS18000职业健康安全标准；设备的机械、测量、液压、润滑、电气和光学系统有完善可靠的安全保护装置；设备依据GB 18209、GB 2894等标准的要求设有安全标识；设备所有零部件和各种仪表的计量单位全部采用国际单位（SI）标准、所有装置和仪表的设计及试验符合国际工业标准（ISO）及国际电工标准（IEC）；有紧急控制按钮（为凸出式），可手动操作处理故障。

4 应用三坐标测量机开展动车组转向架构架检测

4.1 检测步骤

4.1.1 确定测量方案

依据构架的技术标准，利用三坐标测量机在整体构架上建立三维坐标系，在需要检测的部位逐一采集其三维坐标值，依据技术标准对其进行形位公差评定，并出具检测报告，判定被检构架的状态。三坐标测量机检测转向架构架见图2。

图2 三坐标测量机检测转向架构架

4.1.2 测量机启动前准备

（1）将被测构架放在平板上的适当位置，并恒温保持不少于4 h；

（2）检查机器外观及机器导轨是否有障碍物，电缆及气路是否连接正常；

（3）对导轨及工作台面进行清洁；

（4）检查温度 、气压、电压、地线等是否符合要求，对前置过滤器、储气罐、除水机进行放水检查；

（5）以上条件都具备后，接通UPS、除水机电源，打开气罐开关。

4.1.3 测量机系统启动

（1）打开计算机电源，启动计算机，打开测头控制器电源；

（2）打开控制系统电源，系统进入自检状态；

（3）待系统自检完毕，点击PC-DMIS软件图标，启动软件系统；

（4）冷启动时，软件窗口会提示进行回机器零点的操作，点击操纵盒“加电”键，接通驱动电源，点击“确认”键，测量机进入回机器零点过程，三轴依据设定程序依次回零点；

（5）回机器零点过程完成后，PC-DMIS进入正常工作界面，测量机进入正常工作状态。

4.1.4 编制程序检测构架

（1）依据检测标准，使用PC-DMIS软件系统建立相关坐标系；

（2）使用PC-DMIS软件系统编制检测程序，依次在被测构架上采集检测相关的测量元素；

（3）按照检测标准所需数据，使用PC-DMIS软件系统依次对测量元素进行形位公差的评定，出具检测报告。

4.1.5 测量机系统关闭

（1）关闭系统时，首先将Z轴运动到安全的位置和高度，避免造成意外碰撞；

（2）退出PC-DMIS软件，关闭控制系统电源和测座控制器电源；

（3）关闭计算机电源、UPS、除水机电源，关闭气源开关。

4.2 检测示例

按照上述检测方式，对某型转向架构架采用三坐标测量机进行检测，部分检测报告见图3。测量报告中显示标称值、正负公差值、测定值、偏差值、超差值，测量结果可通过报告直观显示，其中标称值数据由构架检测标准给出。

三坐标测量机检测优越性：

（1）原转向架构架使用三维划线仪进行检测，检测前需对构架调平找正，划线仪主要功能为划线，测量功能为辅助功能，且测量精度0.08 mm，精度较低，对操作者要求较高，测量为手动测量，无法保证测头接触力的一致性，对测量结果产生影响。三坐标测量机检测精度为微米级，测量方式为全自动测量，对操作者要求较低。

图3 三坐标测量机检测报告示例

（2）三坐标测量机首件程序编制后，其他同类型构架可反复应用该程序进行批量检测，自动测量测头接触力是否一致，避免操作者手动测量出现测量疏忽的情况，提高测量精度。

（3）三坐标测量机检测间为独立恒温间，三维划线仪一般安装在生产车间，无法保证测量过程的恒温、恒湿。

（4）三维划线仪测量结果数据处理依靠操作者手动计算，三坐标测量机数据处理依靠PC-DMIS软件后台计算，节约计算时间，避免手动计算出现错误的可能性，提高检测效率和检测准确性。

5 结束语

通过应用三坐标测量机对转向架构架的检测，能够轻易得出构架在组焊过程中的变形程度及整体趋势，利于对构架进行整体分析，有效提高产品质量，满足设计及工艺要求。同时，三坐标测量机还可以广泛应用在对构架系列工装的检测中。三坐标测量机在高速动车组转向架制造、质量控制整体过程中的应用正处在进一步研究与实践中，其检测技术将会更加完善。

[1] 孙永才，鲍维千．机车总体及转向架[M]．北京：中国铁道出版社，2012．

[2] 马斌斌．高速动车组转向架[J]．企业导报，2013(11)：294．

[3] 宋国义．铁路货车转向架检修新技术[J]．中国铁路，2014(11)：74-76．

[4] 李芾，傅茂海．高速客车转向架发展及运用研究[J].铁道车辆，2004，42(10)：1-7．

[5] 刘祚时，倪潇娟．三坐标测量机（CMM）的现状和发展趋势[J]．机械制造，2004，42(8)：32-34．

责任编辑 高红义

Research on Detection Technology for Bogie Frame of EMU

XU Fuhui，GAO Jing，SONG Shuling
（Detection Center，CRRC Tangshan Co Ltd，Tangshan Hebei 063035，China）

This paper introduces the structure, function and part of technical standard of EMU bogie frame, and selects the type and configuration of three-coordinate measuring machine according to the test demand. Describes the detection process of three-coordinate measuring machine to the bogie frame of EMU, and provides examples. The application of three-coordinate measuring machine in bogie frame and tooling testing can efectively guarantee the overall quality of bogie.

EMU；bogie；frame；three-coordinate measuring machine；detection technology

U260.331

：A

：1001-683X（2017）06-0074-05

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.06.074

1 转向架构架结构

徐福辉（1966—），男，高级工程师。

E-mail：xufuhui@tangche.com组成稳定的“目”字形框架结构。构架是转向架的基础，承受、传递各种作用力及载荷，是把转向架各部件组合成总体的一个重要承载部件。对构架组成部分的构件尺寸和相互间位置度都有很高的技术要求。

2016-12-22

动车组转向架是支撑车体并担负车辆沿着轨道高速走行的装置，主要实现承载、导向、牵引制动、减振降噪等功能，其性能直接决定高速动车组的运行安全和品质，是高速动车组的核心部件之一[1-2]。转向架构架又是动车组转向架的基础、核心部件，其构件尺寸和相互间位置度是高速动车组运行安全和品质的保证。为此，结合动车组转向架构架结构和检测的技术要求，并结合国内外检测设备现状，提出检测设备的选型配备和检测方法的建议。

以某型动车组非动力转向架为例介绍构架的结构组成（见图1）。主要由4部分组成：侧梁、横梁、纵向梁和制动梁。其特征在于：横梁采用无缝钢管，横梁与2个侧梁通过横侧梁连接座连接，横侧梁连接座采用变截面锻件，一端与横梁钢管对接组焊，另一端与侧梁伸出的接口焊接，2个纵向梁上各有4个接口，中间2个接口与2根横梁焊接，端部2个接口与2个制动横梁焊接，