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【株所风云60年•第二十七期】赵熙雍:高速机车试验台的研制与应用

来源: 作者: 时间:2019-07-08

赵熙雍

1962年毕业于上海交通大学,1969年调入株洲所工作;教授级高级工程师,曾任西南交通大学兼职教授;曾任牵引动力国家重点实验室学术委员会第一、二届委员。长期从事机车转向架的研究、设计、试验工作。被授予株洲所资深专家。

20世纪60年代至80年代,机车车辆整车试验,只能在铁路线路上进行,因此机车车辆的性能、速度、可靠性提高不多,更新很慢,创新更少。

起步

从萌发研制试验台那一刻开始

从事机车研究设计的工程技术人员梦寐以求的就是拥有相关的试验设备。从1976年起,我萌发研制相关试验设备的梦想,并为此广泛搜集资料,做预研准备。从研制一根轴的轮对振动试验台做起,先后做了几个方案。1978年我们成立了课题组研究高速机车用全悬挂传动装置,为了进行实物试验,同时研制传动试验台,就是在轮对振动试验台预研的基础上进行的,所以做起来很快,而且很顺利,该传动试验台实际上就是一根轴的轮对准动态试验台。传动试验台1979年底组装成功,1980至1984年5年间先后用它对200km/h轮对空心轴全悬挂装置,150km/h双侧六连杆橡胶球铰轮对空心轴全悬挂传动装置,内燃机车传动齿轮啮合不良造成牵引电动机振动进行了试验,这些均是铁道部下达的研究课题,另外也为四川德阳第二重型机器厂轧钢机用万向轴不同空间夹角引起的附加扭矩试验,以及为北京二七机车厂机车用万向轴作了强度试验。试验都取得了成功,为产品改进、性能提高和使用寿命提供了实验依据,不仅考验了试验台本身,也对科研生产起到了促进作用,积累了研制相关试验装置的经验和知识。

1982至1985年,我担任机械研究室主任期间,十分重视试验手段的建设。除研制了传动试验台外,还建造了基础制动试验台,液压减振器试验台,轮缘喷油器试验台等。有了这些基础部件试验台后,转而研制转向架振动试验台,并积极进行准备工作。1986年12月回到机械室工作,1991年1月至1993年3月,1995年6月至1997年1月又曾两次任机械室主任。

破局

从第一个试验台到装备公司诞生

进入20世纪90年代,铁道部进入机车车辆提速时代,各工厂、研究机构纷纷开发了许多高速机车和动车,包括交直交机车等,要进入正式线路试验,困难重重,因为各条铁路运输任务繁忙,无法插入试验任务,研制机车试验台非常迫切。于1992年1月起,我联合课题组主持了三轴转向架滚动试验台的开发设计工作。因为现代机车、动车、车辆都是采用转向架走行方式,加上我所试验车间场地小,无法安排整车试验台,只能采用试验一个转向架的半台车试验方式。当时,世界上试验整车存在两种实验模式,一种是德国铁路慕尼黑滚振试验台,6套滚振轮对试验单元,用轨道轮滚动模拟铁路轨道,同时在每个轮子下用电液伺服振动器模拟线路不平顺,根据不同轴距灵活组成整车试验;另一种是美国滚动、振动分开试验模式,用轨道轮滚动模拟无限长钢轨形成滚动试验台,用电液伺服振动器模拟轨道不平顺支撑机车做振动试验,机车不滚动。1984年我所曾组织技术考察团参观过德国慕尼黑试验台,我是成员之一,考察了几天,参观了试验台,并拍了不少照片,与德方试验站座谈,对该试验台有了较深较全面的了解,给我们研制试验台起到了指导作用。铁道部四方车辆研究所建立了滚振分开的两套试验台,承接了铁道部指令的机械部分的试验归口任务。

株洲所的三轴转向架滚动试验台有三组轮对试验单元,每个单元由ø1370mm的轨道轮装置、万向联轴器、扭矩测量仪、同步齿轮箱、增速齿轮箱、以及牵引电动机(发电机)组成。三组轨道轮装置分别安装在焊接平台上,扭矩测量仪、同步齿轮箱安装在一个共用平台上,增速齿轮箱和牵引电动机(发电机)安装在一个共用平台上,三块平台分别安装在纵向布置的三组导轨上。导轨上布置有纵向t型槽,用t型螺钉按不同轴距安装平台。不同单元的同步齿轮箱之间用齿轮联轴节连接起来,使三组轨道轮同步,保证模拟钢轨的纵向刚度(无穷大),在轨道轮上支撑转向架试验时,用模拟车体与压车铁给转向架垂向加载和定位牵引,牵引电动机可逆运行,可作发电机运行,只需改变励磁方式。这样试验台双向可逆运行,可以用电动机拖动轨道轮旋转,驱动被试机(动)车运行,也可用被试机(动)车驱动,带动轨道轮旋转,使电机作发电机运行承担机车的负荷。株洲所试验站备有同步发电机组,可吸收转向架试验台发电机功率,转换为交流电反馈给电网,节约了能源,降低试验成本。机车做试验时一个转向架被轨道轮支承并滚动运行,另一转向架在轨道上,用专用牵引杆固定在地面专用支座上,以承受牵引力并供被试机车定位在试验台上。机车试验时,牵引杆只承受拉伸力,不应承受压缩力,因为容易引起压杆受压失稳,故应设计运用前后两个牵引装置,以适应正反两方向试验,只允许一个牵引装置承受牵引力,另一个调整为空载状态只起保险作用,不使机车脱轨出事。基础抗振问题也很重要,在机车整个试验过程中整套试验系统不能产生共振,振动幅度尽可能小,提高安全可靠性和试验精度。株洲所试验台设计施工时充分考虑了抗振问题,试验基础建立在试验室的地下岩基上,使试验基础与地下岩石连成一体,在以后的各种机(动)车试验时,整个试验系统稳如泰山,振动幅度很小。

1993年6月,试验台加工和地基施工完成,我亲自参加了试验台的组装调试试运行,最后最高试验速度达到350km/h,正式提供做试验,为株洲所提供了铁道部内第一个大型实验室机车实物试验设备。该试验台1995年上升为国家重点科技攻关项目“高速试验列车交—直—交传动系统的前期试验研究”中所规定的必建试验台,1997年通过国家科委组织的验收组验收,1998年通过铁道部科技司主持的部鉴定委员会鉴定。1998年至2001年该试验台先后为株洲电力机车厂的韶山8型试验型转向架,四方内燃机车厂nj型交直交调车内燃机车三轴转向架,南京浦镇车辆厂300km/h高速动力车转向架等8种交流传动的转向架进行了试验,最高试验速度达到350km/h,安全可靠。至2000年上半年试验创收400多万元,远远超过原建造投入的35万元。我亲眼见证了350km/h的机车运行速度下轮对高速旋转,很是激动和兴奋,试验顺利通过,倍感自豪。随着改革开放进一步发展,各主机厂、研究部门更积极研究开发高速机车、动车,各单位都有了建设机(动)车试验台的需要,相应产生了以开发设计制造专用试验台的营业性单位,如北京机电工程研究所,株洲所装备公司等应运而生。本世纪初,许多机务段都想建设定制试验台用于维修完的机(动)车的出段检验试验,代替线路试运,如北京内燃机车段,石家庄电力机车机务段,山海关机务段就先后建造了专用试验台,由北京机电工程研究所所承接。当时,北京机电所就以株洲所的转向架试验台为主要参考,先后多次来所学习和交流,成功应用于上述机务段滚动试验台的设计和制造并取得成功。十几年来,多次承接了机(动)车滚动试验台的建造,成为机车试验设备的主要承包商之一。

发展

系列成熟试验台助力试验

2006年株洲所原机械室撤消了编制,以原机械室的工程技术人员为骨干成立了机电设备有限责任公司(装备公司前身),主要承接试验设备的研究建造业务,十几年来,在发展壮大过程中,设计建造了北京铁道科学研究院的机(动)车滚动试验台,戚墅堰机车厂的机车滚动试验台,大同机车厂的机车滚动试验台,唐山车辆厂的动车滚动试验台,青岛四方股份有限公司的动车滚动试验台,株洲电力机车厂的机(动)车滚动试验台和滚振试验台,广州机车检修基地的机车滚动试验台,昆明工程机械有限责任公司的滚振试验台,武汉长江车辆有限责任公司的车辆滚动试验台等,产值累计十几亿元,建造后都成功投入试验。结果十分满意,四方股份公司用株洲所建造的试验台将高速动车跑出了621km/h的世界第一速度。试验台结构组成基本上继承了株洲所原有试验台的组成模式,有的试验不需要精确的扭矩和转速数据,就不需要配备扭矩仪,可将同步齿轮箱、增速齿轮箱和电机共同安装在一个平台上,结构更加紧凑。大多数工厂和基地无同步发电设备,试验台发电机所发电能就用做蓄电池充电,或者用电阻制动机消耗掉,交流电动车或交流机车则用逆变器变成三相交流电反馈回电网。

2015年至2016年,我有幸被株洲所返聘作为技术顾问参加了株机的机(动)车滚动试验台和滚振试验台和昆明工程机械有限责任公司的铁路工程机械滚振试验台的设计开发,深深感到我国的铁路运输设备突飞猛进的发展,改革开放形势一片大好,各部门创新发明的积极性高度增长,期待不久的将来有许多新的奇迹将如雨后春笋般地出现在祖国大地。