铁路局车辆段QC小组车轴弯曲检测机的研制成果汇报书

车轴弯曲检测机的研制铁路局车辆段设备QC小组PAGEPAGE20车轴弯曲检测机的研制铁路局车辆段设备车间2017年4月6日一、前言货车轮对是车辆运行的核心部件，如果轮对出现弯曲变形，则会严重影响列车运行品质，在车辆运转过程中产生剧烈振动。如果振动与运行频率产生共振，车辆振动幅度增大，极易导致车辆脱轨颠覆，造成重大经济损失和人员伤害。目前，我国铁路各车辆段还没有用于轮对弯曲检测的专用设备。我们现有的检测方法是：使用轴径车床和车轮车床作为辅助检测设备，人工使用千分表进行精度检测。此方法虽然可行，但是在确保检测精度和测量准确性上很难控制，经常出现偏差，造成符合标准的轮对被确定为不合格，偶尔也存在不合格轮对检测成合格品的情况，这给车辆运行埋下了严重的安全隐患。为突破这一技术难关，我们QC小组选择了“车轴弯曲检测机的研制”作为此次攻关课题。二、小组简介该设备QC小组成立于2016年3月，小组由11名成员组成，主要工作由组长主任负责，其他日常工作由副组长负责。小组主要成员为劳模室骨干成员、车间技术教育专职和班组电工、钳工技师等人员。表2-1QC小组成员表小组名称设备QC小组人数11人组长成立日期2008年10月注册日期2016年3月18日注册号16-03-18课题起止2016年3月18日—12月31日活动频次每月进行课题活动总次数10次本次攻关课题车轴弯曲检测机的研制课题类型创新性小组成员简介姓名年龄技术职务职务组内分工39高工主任（劳模室成员）组长36工程师副主任（劳模室成员）副组长29助理工程师助理工程师组员53技术员技术员组员38电工技师电工技师（劳模室成员）组员45钳工技师钳工技师（劳模室成员）组员51高级电工高级电工（劳模室成员）组员43电工技师电工技师组员50高级钳工高级钳工组员26助理工程师助理工程师组员28助理工程师助理工程师组员制表人：时间：2016年3月三、选择课题1.选题理由苏家屯车辆段负责货车轮对检修工作，每年也对事故车轮对进行鉴定和检修。我们对2015年事故车轮对鉴定修理情况进行统计分析（如表3-1），同时我们选择两个班次检测人员利用车轮车床对20条轮对分别进行检测，判断确定轮对状态（如表3-2）。表3-12015年事故车轮对鉴定修理情况事故车轮对数量鉴定留用数量留用比例鉴定报废数量报废比例损失金额（万元）65239560.6%25739.4%205.6表3-2抽查20条轮对检测情况测量轮对检测人员1检测人员2结果对比测量轮对检测人员1检测人员2结果对比轮对1合格合格相同轮对11不合格不合格相同轮对2合格合格相同轮对12合格合格相同轮对3不合格不合格相同轮对13合格合格相同轮对4合格合格相同轮对14不合格不合格相同轮对5合格合格相同轮对15合格合格相同轮对6不合格合格不同轮对16合格合格相同轮对7不合格不合格相同轮对17合格合格相同轮对8合格合格相同轮对18合格不合格不同轮对9合格合格相同轮对19合格合格相同轮对10合格合格相同轮对20合格合格相同对比结论10%10%根据表3-1分析，我段2015年检测处理的事故车轮对652条，全部为人工检测鉴定，确定合格395条，不合格257条，占39.4%，损失金额约205.6万元。根据表3-2分析，负责事故车轮对检测鉴定的两个班人员检测同样的20条轮对时，检测结果有2条不同，这属于职工操作手法和观察力不同造成的。对于同一条轮对，在不同装备和不同人测量时，测量数据都会不同，对照同一标准判断结果就可能不同，这样的误差率占10%。通过对2015年事故车轮对鉴定修理统计和两次实践鉴定情况统计，结合两名鉴定人员的检测结果，不难分析出每年我们在事故车轮对上产生的损失大约20.56（=205.6*10%）万元。制表：时间：2016年3月从分析结果可以看出，人工检测由于存在设备的误差、测量的误差、计算的误差，所以不但受人员素质影响较大，而且很容易造成重大资金浪费，甚至可能给行车留下严重安全隐患，必须寻求一种高效并且稳定性较好的检测设备。所以我们技术小组在全体苏辆员工的支持下，针对事故车轮对检测的种种问题，打算开展设备技术创新，解放现场生产力。目标明确后，小组成员经过充分酝酿，反复讨论针对每条主要因素，全方位地提出了相应解决方法。方法一：利用轴径车床改造一台新设备。方法二：重新设计、制造一台车轴弯曲检测机。2.确定课题最终方案的选择方法一:成本太高，浪费一台轴径车床，完成后设备的适应性不高，可能需要后期改造，但能提高一定工作效率，降低工人劳动强度。可靠性经济性可实施性有效性方法二:可行性强，设计制作比较复杂，成本最低，完成后设备的自动化程度高，可大幅度提高工作效率，降低工人劳动强度，提高检测精度。可靠性经济性可实施性有效性综合得分是否选用课题项目综合得分是否选用课题项目△△不选10○◎利用轴径车床改造设备△△不选10○◎利用轴径车床改造设备◎◎选取20◎◎自主研制检测设备◎◎选取20◎◎自主研制检测设备表中：表中：◎：5分○：3分△：1分制表：时间：2016年4月最终选择课题方案二，研发新型轴端弯曲检测设备3.提出课题图3-1课题流程图如何能调高轴颈弯曲检测精度呢提出问题如何能调高轴颈弯曲检测精度呢提出问题使用专用车轴弯曲检测机解决方法使用专用车轴弯曲检测机解决方法选择研制新型车轴弯曲检测机方法讨论选择研制新型车轴弯曲检测机方法讨论研制车轴弯曲检测机提出课题研制车轴弯曲检测机提出课题制图：时间：2016年4月通过大家的讨论，小组确定了此次攻关课题为“车轴弯曲检测机的研制”。四、活动计划及实施情况为保证课题的顺利实施，在规定的时间内完成攻关任务，我们制定了小组活动计划，并依计划落实。表4-1小组活动计划实施表活动阶段2016年3、4月5、6月7、8月9、10月11月12月P选定课题设定目标提出方案确定方案制定对策D对策实施C效果检查A巩固措施总结计划实施计划线实际完成线制表：时间：2016年3月五、设定课题目标1.设定目标值查阅相关规范及技术要求，确定课题目标为：确保车轴弯曲检测机达到优良标准。目标值：1、轴颈检测精度达到0.005mm；2、轴身弯曲检测精度不低于0.1mm；3、设备实现自动化控制，能够对数据进行自动采集和分析处理。2.目标设定依据有专业设计加工场所，拥有大量有丰富经验技术人员及设计制作大型专业设备的经验科技优势有专业设计加工场所，拥有大量有丰富经验技术人员及设计制作大型专业设备的经验科技优势我技术小组拥有多个设备设计制作成果，并获得多个技术成果奖项，形成了技术品牌，对该项目的成功完成充满信心。我技术小组拥有多个设备设计制作成果，并获得多个技术成果奖项，形成了技术品牌，对该项目的成功完成充满信心。历史成绩历史成绩技术小组人员年龄涵盖老中青,结构搭配合理，设计团队中有多人为高学历工程师及丰富经验技术人员，制作设备团队均为技师或高级技师。人员素质技术小组人员年龄涵盖老中青,结构搭配合理，设计团队中有多人为高学历工程师及丰富经验技术人员，制作设备团队均为技师或高级技师。人员素质六、方案提出及确定最佳方案小组成员在组长的领导下，开会商讨车轴弯曲检测机的研制方案，该设备由三部分组成：托起座、夹具、检测系统，托起座、夹具大家一致同意采用车床的通用结构。检测系统的制作，小组成员用头脑风暴法提出了不同的方案，并对方案进行可行性分析和评估，以确定最佳方案。（一）方案的提出经过小组成员共同讨论:确定由车轴弯曲检测机几部分组成:小组成员围绕现实小组活动目标，提出了如下三套对策方案，见图6-1。车轴弯曲检测机车轴弯曲检测机检测设计方案轴颈采用普通千分表检测，轴身采用靠尺检测轴颈采用数显千分表检测，轴身采用靠尺检测轴颈采用数显千分表检测，轴身采用激光测距检测图6-1车轴弯曲检测机设计方案（二）方案的可行性分析及评估：方案分析方案一、轴颈采用普通千分表检测，轴身采用靠尺检测方案二、轴颈采用数显千分表检测，轴身采用靠尺检测方案三、轴颈采用数显千分表检测，轴身采用激光测距检测设计思路轮对托起人工对准千分表旋转轮对风缸推动靠尺检测3处内距人工读取轴颈偏差值轮对托起自动定位千分表旋转轮对风缸推动靠尺检测3处内距自动读取轴颈、轴身偏差值轮对托起自动定位千分表旋转轮对激光测距检测3处内距自动读取轴颈、轴身偏差值可行性分析1、作业需要人工准确定位，操作要求较高；2、千分表度数需要职工细心读取，容易出现误差；3、风缸靠尺结构测量时需要停止轮对，接触式检测精度不高；4、由于人工度数，检测效率较低。1、由于数显千分表测量范围较大（20mm），机械自动定位可以满足；2、千分表数据可有PLC直接读取，职工不必一直关注表数据；3、风缸靠尺结构测量时需要停止轮对，接触式检测精度不高。1、由于数显千分表测量范围较大（20mm），机械自动定位可以满足；2、千分表数据可有PLC直接读取，职工不必一直关注表数据；3、激光位移传感器测量内侧距不需要停止轮对，而且检测精度高，可提高设备使用效率。结论此方案质量可控性不高，操作较复杂，自动化程度不高。此方案质量可控性高，操作方便，工作效率较低。此方案质量可控性高，操作方便，工作效率高。制表：时间：2016年5月通过对车轴弯曲检测机的不同设计方案进行可行性分析，方案三的质量可控性高、操作方便，并且能够满足课题目标值。按照此方案实施，可以简化职工作业流程、提高职工工作效率，并且可以给设备预留足够的升级空间。为此我们确定了此方案三--轴颈采用数显千分表检测，轴身采用激光测距检测为实施方案。七、方案具体化并制定对策表（一）方案三的具体分析实现轴颈、轴身弯曲度自动检测，并要保证其检测精度达到优良标准，关键控制点在于：1、轮对定位的准确性；2、千分表相对移动的稳定性；3、激光测距传感器检测的准确性。我们依据“5W1H”原则制定了如表7-1所示的对策表。表7-1对策表序号关键控制点对策目标值措施完成地点完成时间负责人1轮对定位的准确性控制1、控制RE2、RD2轮对托起时中心线定位准确；2、控制轮对旋转时定位机构不会产生偏差。1、保证RE2、RD2轮对托起时中心线和顶尖中心同线,同心度不大于1mm；2、保证轮对旋转时设备机体不会产生偏差。1、采用增加插片方式对RE2、RD2轮对托起高度调整，保证与顶尖同心；2、采用顶尖不旋转方式保持轮对旋转时机体的稳定性。设备车间2016年9月30日2千分表相对移动的稳定性控制1、控制千分表表座机构强度；2、控制千分表移动机构的传动精度。1、消除设备检测时千分表的振动；2、保证千分表移动时的位移偏差不大于0.05mm。1、采用10mm厚铁板切割成型，传动时利用直线导轨和滑块定位；2、采用步进电机驱动、滑台传动方式，保证千分表位移精度。设备车间2016年10月30日3激光测距传感器检测的准确性控制控制激光测距传感器的高度和横向轮对距离。合理固定激光测距传感器，保证不同轮对规格、不同轮对窜动量都能正常检测。计算最大轮对和最小轮对的半径差值，结合轮辋厚度，合理确定传感器高度；结合传感器检测范围，确定传感器横向距轮对距离。设备车间2016年11月15日制表：时间：2016年6月八、对策实施过程实施一：轮对定位准确性控制我们从2016年9月5日开始进行了一下工作：1、安装轮对托起风缸，找正导向装置，在导向杆底部增设RE2、RD2轮对区分插片。由于RE2轴身直径比RD2大10mm，在托起不同轮对时需要调整托起高度，以保证轮对定位中心孔与顶尖对应。结合托块托起部位，利用几何计算原理，可以计算出插片的厚度，约4.5mm。图8-1轮对托起机构设计2、轮对顶尖沿高强度直线导轨推进，顶到轮对顶针孔上，只要施加足够的力（1吨力，由拉力传感器检测判定），可以保证轮对定位强度。为了消除顶尖旋转造成的轮对径向跳动，经过实践确定采取顶尖固定的方式可以实现轮对稳定旋转，因此我们取消了顶尖旋转功能。效果检查：经过采取一系列的措施后，我们成功的实现了RE2和RD2轮对的合理定位检测，托起不同轮对时同心度不大于1mm，也消除了设备本体对轮对轴颈检测的不良影响，符合检测要求。实施二：千分表相对移动稳定性控制我们在2016年10月8日做了一下工作：为保证千分表在轮径上稳定滑移，我们采用步进电机进行控制，利用滚珠丝杠和直线导轨组成的滑台控制千分表安装座的稳定移动。同时，为了消除千分表的前后振动，我们在千分表座板上增设了一组直线导轨，保证了千分表定位的稳定性。图8-2千分表检测机构原理效果检查：经过采取一系列的措施后，我们成功的控制了千分表移动的稳定性，位移偏差不大于0.05mm，也有效地消除了轮对旋转时造成表的振动问题，符合设计目标。实施三：激光测距传感器检测的准确性控制我们从2016年11月1日开始做了一下工作：1、我们查阅资料，掌握激光测距传感器有效测量距离是100+/-35mm。我们又反复实测了轮对在轨道上的偏移量，不大于25mm。因此，我们确定传感器的安装位置是距离轮对内侧面100mm处，可以满足无需人工精确定位轮对就可以进行检测的目的。2、我们查阅轮对相关资料，询问修车和技术科人员，了解掌握各种轮对结构尺寸，综合数据分析，我们选定了激光测距传感器中心距离轮对中心380mm高度安装。图8-3激光测距传感器的安装定位效果检查：经多次试验，轮对内侧距测量始终保持在激光测距传感器有效范围内，100+/-10mm处，符合设计要求。九、效果检查（一）目标值实现情况小组成员通过对一条标准轮轮对的30次重复测量，发现设备重复精度满足工艺要求，实现了预期目标值。表9-1车轴弯曲检测机实物测量数据分析轴颈端部测量偏差轴颈肩部测量偏差内侧距一测量值内侧距二测量值内侧距三测量值结论最大值0.0030.0071352.521352.581352.69数据稳定，符合精度要求最小值0.0020.0041352.591352.531352.65轴颈检测精度达到0.003mm，满足目标0.005mm轴身弯曲检测精度0.07mm，满足目标0.1mm设计制作的设备实现自动化控制，利用PLC、MODBUS通讯协议、网络系统，能够对数据进行自动采集、分析处理和数据共享。小组通过9个月的攻关活动，完成了课题，实现了车轴弯曲检测机的设计研发，达到了预期的目的，取得了显著的效果。经过使用部门、技术部门的共同检查验收，确认此项成果达到了预期的目标值。（二）技术效益通过此次攻关活动，使我们积累了第一手S7-1200型PLC的应用经