(鐵道部科學(xué)研究院 北京)
侯松明
(*科 北京)
提 要 針對(duì)國(guó)內(nèi)外用屢試法調(diào)試鋼軌接觸焊參數(shù)十分費(fèi)時(shí)耗材，首次應(yīng)用逐次正交試驗(yàn)法并輔以CAD，其優(yōu)化焊軌參數(shù)的科學(xué)性已為簡(jiǎn)便和高效所證明。
關(guān)鍵詞 鋼軌 接觸焊 正交 CAD
中圖分類號(hào) TG407
Round-for-Round Orthogonal Optimization Method with Its
CAD for Readjusting Rail Resistance Welding Parameters
Hou Qixiao
(Metals & Chemitry Research Institute,China Academy of Railway Sciences,Beijing 100081,China)
Hou Songming
(China Academy of Sciences,Beijing 100080,China)
Abstract To counter the fact that for readjusting the rail resistance welding parameters,the again and again method which is in common used at home and abroad expended much time and much material, the round-for-round orthogonal test method with its CAD is used for the first time .The scientificness of this method to optimize welding technical parameters has been proved by its simplicity and efficiency.
Keywords rail; resistance welding; orthogonal; CAD
“提速、高速、重載”焊接無(wú)縫線路是國(guó)民經(jīng)濟(jì)大動(dòng)脈鐵路的戰(zhàn)略發(fā)展重點(diǎn)。目前我國(guó)每年鋪設(shè)焊接無(wú)縫線路在3 300 km以上，其中85%采用接觸焊。由于焊接接頭的質(zhì)量事關(guān)行車安全大計(jì)，故對(duì)其檢驗(yàn)的技術(shù)條件十分嚴(yán)格。每一型號(hào)的焊接軌在投產(chǎn)前必須通過(guò)鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)TB/T1632-91規(guī)定的型式試驗(yàn)，其中最有代表性、通常也最難通過(guò)的是連續(xù)焊25個(gè)接頭的落錘與斷口灰斑檢驗(yàn)。國(guó)內(nèi)外在型式試驗(yàn)前調(diào)試參數(shù)時(shí)都是在參考過(guò)去的和別人的經(jīng)驗(yàn)后，采用屢試的方法逐步分析與調(diào)整，然而鋼軌接觸焊在閃平、預(yù)熱、燒化、頂鍛、保壓等諸階段都有各自的電壓、電流、壓力、速度、持續(xù)時(shí)間(或位移)等參數(shù)，總數(shù)達(dá)數(shù)十個(gè)之多。我國(guó)鐵路廠、校、院在型式試驗(yàn)前調(diào)試參數(shù)時(shí)施焊的軌頭數(shù)少者一二百個(gè)，多者五六百個(gè)，最多的達(dá)868個(gè)(有的廠終于將落錘調(diào)試過(guò)關(guān)，但灰斑仍不合格，只好免強(qiáng)投產(chǎn))。這么多的工藝參數(shù)與施焊結(jié)果間的函數(shù)關(guān)系又是極其復(fù)雜的，無(wú)法進(jìn)行接近實(shí)際情況的理論推導(dǎo)以預(yù)置參數(shù)，迫切需要一種簡(jiǎn)便而高效的解決辦法。
2 試驗(yàn)
針對(duì)屢試法調(diào)試鋼軌接觸焊的眾多參數(shù)十分費(fèi)時(shí)耗材，且調(diào)出的參數(shù)組合不一定優(yōu)佳，作者應(yīng)用了逐次正交試驗(yàn)法。
正交試驗(yàn)是一種多參數(shù)選優(yōu)法，可通過(guò)試驗(yàn)直接求出應(yīng)置參數(shù)的優(yōu)佳解。安排的試驗(yàn)方案均衡地分散在配合完全的位級(jí)組合的方案之中，因而具有代表性。在比較某一參數(shù)的幾個(gè)位級(jí)、選取優(yōu)秀位級(jí)時(shí)，能*限度地排除其他參數(shù)的干擾。此法兼?zhèn)渫耆囼?yàn)法和參數(shù)輪換法的優(yōu)點(diǎn)，可通過(guò)較少的試驗(yàn)次數(shù)迅速找到各參數(shù)的優(yōu)佳匹配。逐次正交試驗(yàn)就是逐輪進(jìn)行正交試驗(yàn)，將前輪正交試驗(yàn)的結(jié)果作為安排后輪正交試驗(yàn)的依據(jù)，通常采用比前輪小的正交表。
根據(jù)對(duì)歷史資料和外廠焊軌資料的分析，按參數(shù)比較其共性與個(gè)性，確定要考察的焊軌參數(shù)及其諸位級(jí)值。首輪安排13參數(shù)3位級(jí)的大正交表L27(313)(同時(shí)固定對(duì)試驗(yàn)結(jié)果相對(duì)不敏感的其他參數(shù))，據(jù)此列出焊每一接頭各參數(shù)的取值，進(jìn)行27個(gè)焊頭的正交焊接試驗(yàn)。焊畢正火后用落錘逐一將焊頭砸斷(落錘試驗(yàn)支距1 m，錘重1 t，檢驗(yàn)60 kg/m軌焊頭時(shí)錘高3.1 m，經(jīng)住2錘者為合格，若砸了5錘仍未斷，則在軌底角鋸口再砸斷以觀測(cè)斷口灰斑)。就經(jīng)住的錘數(shù)和斷口的灰斑面積分別計(jì)算出各參數(shù)按位級(jí)對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果值之和以及它們的極差(極差是衡量被考察參數(shù)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響大小的重要標(biāo)志，極差序靠前者通常該參數(shù)的取值對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有重要影響)，并將各參數(shù)的極差由大至小排序，同時(shí)找出各參數(shù)直觀*平均值、落錘*位級(jí)組合、灰斑*位級(jí)組合，然后作出各參數(shù)的落錘趨勢(shì)圖和灰斑趨勢(shì)圖。根據(jù)對(duì)各趨勢(shì)圖的分析，分別確定各參數(shù)的落錘可能更優(yōu)位級(jí)值和灰斑可能更優(yōu)位級(jí)值。把13個(gè)參數(shù)中極差序靠后的(即對(duì)試驗(yàn)結(jié)果相對(duì)不敏感的)5個(gè)參數(shù)固定下來(lái)(其值由相應(yīng)參數(shù)的直觀*平均值、落錘、灰斑*位級(jí)值和可能更優(yōu)位級(jí)值判定)，安排極差序靠前的8個(gè)參數(shù)進(jìn)行第二輪L18(21×37)的18個(gè)焊頭的正交焊接試驗(yàn)。以*輪相應(yīng)參數(shù)的直觀*平均值、*位級(jí)值和可能更優(yōu)位級(jí)值作為第二輪正交試驗(yàn)該參數(shù)的3個(gè)位級(jí)值。焊畢正火后逐一用落錘將焊頭砸斷。就經(jīng)住的錘數(shù)和斷口灰斑面積分別計(jì)算出各參數(shù)按位級(jí)對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果之和以及它們的極差，并將各參數(shù)的極差由大至小排序，同時(shí)找出各參數(shù)的直觀*平均值、落錘*位級(jí)組合、灰斑*位級(jí)組合，同樣作出各參數(shù)的落錘趨勢(shì)圖和灰斑趨勢(shì)圖。根據(jù)對(duì)各趨勢(shì)圖的分析，分別確定各參數(shù)的落錘可能更優(yōu)位級(jí)值和灰斑可能更優(yōu)位級(jí)值。把8個(gè)參數(shù)中極差序靠后的4個(gè)參數(shù)固定下來(lái)，安排極差序靠前的4個(gè)參數(shù)進(jìn)行第三輪L9(34)的9個(gè)焊頭的正交焊接試驗(yàn)。步驟同上。之后，將4個(gè)參數(shù)中極差序靠后的1個(gè)參數(shù)固定下來(lái)，安排極差序靠前的3個(gè)參數(shù)進(jìn)行第四輪L4(23)的4個(gè)焊頭的正交焊接試驗(yàn)(由于只有2個(gè)位級(jí)，此輪不再作趨勢(shì)圖)。由參數(shù)直觀*平均值和*位級(jí)值判定該3個(gè)參數(shù)的取值。這四輪正交焊接試驗(yàn)不一定要都做。例如若經(jīng)前二輪優(yōu)化后發(fā)現(xiàn)效果已經(jīng)非常好，就可免做第三輪；又如若對(duì)各參數(shù)的取值已有一定程度的底而試驗(yàn)時(shí)間或條件受到限制時(shí)，也可免做焊頭數(shù)最多的*輪正交試驗(yàn)。
3 應(yīng)用
我們與錦州鐵路分局合作用L27(313)、L18(21×37)
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圖1 第×輪正交焊軌試驗(yàn)流程圖
配合逐次正交焊軌試驗(yàn)進(jìn)行了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。應(yīng)用此相應(yīng)軟件的工廠，免去了在試驗(yàn)安排、統(tǒng)計(jì)運(yùn)算和繪制曲線過(guò)程中大量繁瑣的手工勞動(dòng)，并確保了運(yùn)算和作圖的準(zhǔn)確性。我們已向6個(gè)焊軌工廠提供了此軟件。CAD促進(jìn)了逐次正交焊軌試驗(yàn)法的推廣。 第×輪正交焊軌試驗(yàn)的流程圖見(jiàn)圖1。 5 結(jié)論 ( 1 ) 逐次正交試驗(yàn)法已首次應(yīng)用于優(yōu)化鋼軌接觸焊參數(shù)，實(shí)踐證明了它的科學(xué)性。 ( 2 ) CAD為逐次正交焊軌試驗(yàn)優(yōu)化帶來(lái)了便利。 6 參考文獻(xiàn) 1 侯啟孝，許廣德，王春孝，陳大中，楊克.控制鋼軌接觸焊灰斑的正交優(yōu)化研究.鐵道學(xué)報(bào)，1997,19(1)：122～128 2 Hou Qixiao, Xu Guangde, Wang Chunxiao, Chen Dazhong ，Yang ke.Orthogonal optimization research on controlling grey spots in rail resistance welding.China Welding,1997,Vol.6 No.2 3 姜同川編著.正交試驗(yàn)設(shè)計(jì).濟(jì)南：山東科學(xué)技術(shù)出版社，1985 *本文依據(jù)1994年鐵道部科學(xué)發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目《接觸焊控制灰斑工藝參數(shù)》項(xiàng)目研究，由侯啟孝、陳大中、許廣德、楊克、王春孝完成，CAD由侯松明進(jìn)行。(No.94G13) 收稿日期：1998-05-13 侯啟孝 男 1938年出生 副研究員 鐵道部科學(xué)研究院金化所 郵編：100081 |
