GE運(yùn)輸鐵路公司是全球技術(shù)的領(lǐng)頭羊，也是鐵路、運(yùn)輸、船用引擎以及礦業(yè)中的設(shè)備供應(yīng)商。該公司在賓西法尼亞西部設(shè)有工廠，在過去的十年中，該公司領(lǐng)導(dǎo)了整個(gè)柴油電力機(jī)車市場(chǎng)，目前，在世界范圍內(nèi)有15,000臺(tái)GE公司的機(jī)車投入使用，用于貨運(yùn)和客運(yùn)車廂的牽引。 鐵路工業(yè)與其他行業(yè)沒有什么兩樣；鐵路的利潤(rùn)在于以最小的投入實(shí)現(xiàn)最大的產(chǎn)出。開始時(shí)，鐵路工業(yè)盡力實(shí)現(xiàn)更為經(jīng)濟(jì)的運(yùn)送收貨人的產(chǎn)品。這就是說，需要尋找速度更快，馬力更大，也更為經(jīng)濟(jì)的動(dòng)力。所謂的“動(dòng)力競(jìng)爭(zhēng)”事實(shí)上就是在鐵路剛出現(xiàn)的時(shí)候開始的。早期的機(jī)車大部分都是由蒸汽作為動(dòng)力。用木材，煤，或者石油加熱鍋爐中的水來產(chǎn)生蒸汽，從而推動(dòng)與驅(qū)動(dòng)桿相連的活塞，驅(qū)動(dòng)桿推動(dòng)車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)。過去，在這種方案里出現(xiàn)了許多不同的實(shí)現(xiàn)方式，發(fā)展的頂峰是使用大型機(jī)車，它利用了許多耦合的驅(qū)動(dòng)輪，使得這種動(dòng)力的牽引能力實(shí)現(xiàn)最大化。這些機(jī)器的維護(hù)專業(yè)化程度高得可怕。到三十年代或者四十年代，人們普遍感到蒸汽動(dòng)力相對(duì)于投資來說，已經(jīng)發(fā)展到了利潤(rùn)的最大程度。 二十世紀(jì)初，人們發(fā)現(xiàn)利用電力來牽引是一種更為有效的推動(dòng)方式。但是，這需要建設(shè)固定的發(fā)電設(shè)備，還需建立高架設(shè)施來把電流傳到機(jī)車處。電流被用來使(牽引)馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)，馬達(dá)連接到車軸上。機(jī)車的每個(gè)車軸都需要安裝馬達(dá)，這就使得鐵路中使用的牽引能力更大，而消耗的電能更少。 多年來，許多發(fā)明者和制造商努力尋找備選方案。結(jié)論就是開發(fā)輕型、高輸出功率的柴油引擎的發(fā)展就是得到的答案。這使制造商可以將它們與發(fā)電機(jī)耦合起來直接在機(jī)車上驅(qū)動(dòng)牽引馬達(dá)。這樣就不需要之前所用的昂貴的固定發(fā)電站來實(shí)現(xiàn)電力牽引了。 GE公司現(xiàn)已成為實(shí)際電力機(jī)車的制造商們所需的電氣器件的供應(yīng)商。早期的柴油電力機(jī)車需要許多這樣的設(shè)備。該公司與幾家機(jī)車制造商合作提高電力設(shè)備的容量，以便與柴油機(jī)輸出功率的提高同步。GE公司還建成了自己的一套小型配電系統(tǒng)以及工業(yè)用的機(jī)車來滿足相應(yīng)的市場(chǎng)需要。 在二十世紀(jì)四十年代到五十年代之間，北美鐵路工業(yè)實(shí)現(xiàn)了向柴油電力驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)換。對(duì)柴油電動(dòng)機(jī)車來說，維護(hù)更便宜，它也更為靈活機(jī)動(dòng)，停工時(shí)間更短，而且相互之間能夠連結(jié)到一起，可以從一個(gè)位置進(jìn)行控制。這里最后一個(gè)特點(diǎn)加速了北美蒸汽動(dòng)力機(jī)車退出歷史舞臺(tái)的進(jìn)程。如今，單個(gè)的引擎可以有足夠的輸出功率和牽引能力來拉動(dòng)以前需要兩個(gè)或更多蒸汽機(jī)車(包括各自的機(jī)組人員)才能拉動(dòng)的列車。 二十世紀(jì)五十年代到六十年代期間，北美的機(jī)車制造商數(shù)量減少，雖然此時(shí)鐵路正急需更高的馬力。而GE公司利用了它在機(jī)車電力控制方面的經(jīng)驗(yàn)，于六十年代初開始制造自己的更高馬力機(jī)車的生產(chǎn)線。機(jī)車的通用系列為本工業(yè)設(shè)定了一個(gè)輸出功率標(biāo)準(zhǔn)。到了七十年代，節(jié)約燃料已變得比輸出功率更為重要，GE公司再次加入這一發(fā)展。八十年代，電力控制上的進(jìn)步使得動(dòng)力競(jìng)爭(zhēng)地位又再次得到提升。GE公司總是在電力控制技術(shù)的前沿，并且借機(jī)生產(chǎn)了“第二代”柴油電力機(jī)車，它建立了性能改善，可靠性和生命周期成本的新記錄。GE公司已經(jīng)成為大馬力的柴油電力機(jī)車的頭號(hào)生產(chǎn)商。但是這并不是GE公司的頂峰。 牽引動(dòng)力是機(jī)車中最重要的部分，這臺(tái)GE公司柴油機(jī)利用激光標(biāo)記的正時(shí)齒輪來獲得動(dòng)力直到此時(shí)，大部分的柴油機(jī)車還是用直流牽引式電動(dòng)機(jī)來提供動(dòng)力。直流牽引效率相當(dāng)好，維護(hù)簡(jiǎn)便，使用安全，且只需要一個(gè)發(fā)電機(jī)來提供電流。然而直流牽引電動(dòng)機(jī)的效率曲線在每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)下降時(shí)也會(huì)下降。轉(zhuǎn)速越慢它們的效率越低，更容易過熱。 機(jī)車車輪變得越慢，需要的牽引作用就越大。機(jī)車的輸出功率需要在牽引電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的最低“失速速度”處達(dá)到峰值。七十到八十年代的進(jìn)一步改善把“最低失速”降低到8到9 MPH。在這個(gè)速度時(shí)，牽引電動(dòng)機(jī)輸出功率最大，效率最低。由于過熱帶來的損壞和效率的損失限制了速度的進(jìn)一步降低。鐵路和工業(yè)供應(yīng)商都知道交流電動(dòng)機(jī)的效率曲線更好，但是在運(yùn)動(dòng)的情況下它不能合理的控制交流電流。 九十年代時(shí)，人們發(fā)現(xiàn)歐洲鐵路市場(chǎng)發(fā)展起來的計(jì)算機(jī)控制和直流技術(shù)的進(jìn)步也滿足北美鐵路的需要。GE公司將這種交流技術(shù)和新一代效率超高的高馬力柴油引擎和交流發(fā)電機(jī)結(jié)合起來，從而生產(chǎn)了目前前沿的機(jī)車。在一些方面，這些機(jī)車的性能在移動(dòng)速度慢時(shí)更好。高速時(shí)的效率也顯著提高。目前GE公司繼續(xù)革新并改善它當(dāng)前產(chǎn)品系列，包括直流、交流和客運(yùn)機(jī)車。 約兩年前，公司開始尋找新的方法來改善打越來越多的定時(shí)標(biāo)記的方法，在位于賓州Grove市的工廠中，這些標(biāo)記被打在大型的200磅機(jī)車齒輪裝置上。當(dāng)時(shí)是使用了一臺(tái)老舊的激光打標(biāo)器，它很笨重，操作時(shí)容易出錯(cuò)，得到的標(biāo)志又不連續(xù)。 時(shí)間標(biāo)記是由激光在沿著凸輪軸齒輪走360度時(shí)，在每個(gè)度點(diǎn)刻出的線。它被用來設(shè)定氣閥機(jī)構(gòu)和機(jī)軸之間的時(shí)間，這樣氣閥在活塞到達(dá)它在汽缸中運(yùn)動(dòng)的上止點(diǎn)時(shí)就能打開。這個(gè)過程貫穿于整個(gè)4400-輸出功率、16-汽缸引擎的進(jìn)氣和排氣周期。凸輪裝置被栓緊在由機(jī)軸驅(qū)動(dòng)的凸輪軸上，凸輪軸又驅(qū)動(dòng)氣閥機(jī)構(gòu)。利用機(jī)軸齒輪按度數(shù)的排列，凸輪裝置也可用來設(shè)定引擎的時(shí)間。 激光在凸輪裝置上的刻蝕，有360個(gè)散列的正時(shí)標(biāo)記線和36個(gè)數(shù)字時(shí)間標(biāo)記是由激光在鋼材表面雕刻得到的，散列的標(biāo)記是從0度到360度，每一度劃下線，每十度劃一個(gè)數(shù)字。這樣，就有360條散列的標(biāo)記線以及36個(gè)數(shù)字需要進(jìn)行激光雕刻。 GE公司發(fā)現(xiàn)由舊激光器對(duì)零件做標(biāo)記時(shí)，產(chǎn)品廢棄率為50%，這是因?yàn)榧す廨敵鲋貜?fù)率不好，同時(shí)由于處理的齒輪有200磅重，它帶來的誤差導(dǎo)致了工作位置的不一致。不合適的標(biāo)記需由系統(tǒng)操作員磨平，之后重新標(biāo)記。 Telesis Technologies公司(俄亥俄州，Circleville市)進(jìn)行了定制工程，在對(duì)GE公司的需要進(jìn)行考察后，提議了建立一套易裝卸的Eclipse激光標(biāo)記系統(tǒng)(CDRH一級(jí)封裝)，它使用了一個(gè)安裝在直線滑板上的分度器。大型的凸輪裝置可以通過起重機(jī)來簡(jiǎn)便安裝到分度器上，這樣，只要按個(gè)按鈕，整個(gè)平臺(tái)就將凸輪裝置平移到一個(gè)一級(jí)聯(lián)鎖封裝系統(tǒng)內(nèi)，開始在凸輪軸的齒輪面上進(jìn)行360度的正時(shí)標(biāo)記的雕刻。此前，舊的系統(tǒng)中，操作員不得不抬起一個(gè)金屬蓋，把大型凸輪裝置“運(yùn)”到安裝夾具中，且必須仍吊在起重機(jī)上，以免破壞激光器的檢流計(jì)頭。這個(gè)Telesis系統(tǒng)由于使用了可平移的回轉(zhuǎn)臺(tái)，安裝簡(jiǎn)便，無任何阻礙。這個(gè)系統(tǒng)還包括了用來保障安全的光幕，凸輪裝置的固定裝置提供了參照，可以確保齒輪方向的正確性。 GE公司購買的Telesis系統(tǒng)可以為凸輪裝置和引擎機(jī)座做標(biāo)記，這取決于固定裝置。這樣安排是因?yàn)闄C(jī)車的生產(chǎn)速度很低，利用激光的靈活性，公司可以既對(duì)齒輪進(jìn)行打標(biāo)又對(duì)所需的引擎機(jī)座進(jìn)行打標(biāo)。引擎機(jī)座被成批的打上條形碼標(biāo)志(表示生產(chǎn)信息)，而齒輪的標(biāo)記使用靜態(tài)信息標(biāo)記。目前使用的這個(gè)系統(tǒng)裝備有100W燈泵浦的Nd:YAG激光器。 所定制的工作站的設(shè)計(jì)，齒輪打標(biāo)是自動(dòng)進(jìn)行的，機(jī)座打標(biāo)是人工操作的。按鈕式控制站和工作狀態(tài)選擇開關(guān)可以用來控制水平滑板裝置的平移過程以及進(jìn)入工作點(diǎn)的激光能量。從側(cè)邊裝卸的特點(diǎn)使它可以進(jìn)行面板打標(biāo)，而此特點(diǎn)在舊系統(tǒng)中是沒有的。這項(xiàng)應(yīng)用需要一個(gè)回轉(zhuǎn)臺(tái)來對(duì)凸輪裝置的整個(gè)周長(zhǎng)進(jìn)行標(biāo)記，因此，就為安裝不同的夾具帶來方便以滿足進(jìn)行標(biāo)志面板的標(biāo)記時(shí)的需要。側(cè)面的入口處不僅提供了凸輪裝置的安裝方法，也提供了面板打標(biāo)的安裝/拆卸方法。 打標(biāo)以前，未處理的機(jī)車正時(shí)齒輪被放置在 Nd:YAG激光器打標(biāo)頭下面定制的固定裝置上此外，Telesis AMI(自動(dòng)化機(jī)器接口)軟件使得編程和用來加載圖形的條形碼掃描更為簡(jiǎn)單，并將掃描信息置于合適的位置。AMI還可以加載所要做的標(biāo)記的正確標(biāo)簽的圖片文件，這樣操作員可以保證正確圖案的加載，夾具的固定等等。因?yàn)門elesis軟件可以支持四種可編程的軸向控制，操作員可以簡(jiǎn)便的加載用于凸輪裝置或面板的正確圖樣，而回轉(zhuǎn)臺(tái)，平移臺(tái)，和可編程“Z”工具可被快速的移動(dòng)到需要應(yīng)用的位置。編程和操作的簡(jiǎn)便可以使操作員對(duì)系統(tǒng)更容易接受，大大減少了學(xué)習(xí)周期。 大約18個(gè)月以前，GE公司安裝了這套系統(tǒng)。目前得到的結(jié)果很不同凡響。四月份，超過1800個(gè)凸輪裝置被打標(biāo)且無一報(bào)廢。這點(diǎn)尤為重要，因?yàn)槊總€(gè)齒輪要用測(cè)試夾具進(jìn)行檢驗(yàn)，以確保每個(gè)散列的標(biāo)志的排列在齒輪的360度標(biāo)志范圍內(nèi)是正確且可重復(fù)的。由于不用再打磨和再打標(biāo)而節(jié)省的生產(chǎn)費(fèi)用已經(jīng)可以與短短的18個(gè)月內(nèi)由于投資該系統(tǒng)而從正常運(yùn)作中得到的收益相比擬。 打標(biāo)齒輪的操作順序如下；操作員人工在固定裝置上加載和安置一個(gè)齒輪，當(dāng)它們通過安全光幕后，操作員接收到一個(gè)就緒信號(hào)，后運(yùn)行電腦中的齒輪程序。齒輪被移入激光器的封裝內(nèi)，位置放好后，門就被自動(dòng)關(guān)上了，激光就在齒輪周邊打上需要的標(biāo)記。標(biāo)記打好后，門被自動(dòng)打開，齒輪從一級(jí)工作站內(nèi)被送出。 對(duì)于機(jī)座標(biāo)記來說，通過掃描條形碼，滑板被自動(dòng)移到打標(biāo)處，條形碼的作用是選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)膱D案，設(shè)置從激光器到適當(dāng)焦點(diǎn)處“Z”形的高度。操作者可以透過側(cè)邊門人工安裝單個(gè)或者多個(gè)機(jī)座到夾具上。門關(guān)上后，允許“開始打標(biāo)”，軟件將旋轉(zhuǎn)夾具調(diào)節(jié)機(jī)座和激光光束之間相對(duì)位置，然后進(jìn)行所需的打標(biāo)操作。如果使用的是多重夾具，軟件將驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)臺(tái)對(duì)下一批打標(biāo)，直至平臺(tái)上所有象限的完整圖案都打好為止。 也許給人印象最深的就是Nd:YAG 100W Eclipse激光器標(biāo)記系統(tǒng)，它能夠在凸輪軸所需的深度雕刻以及機(jī)座所要求的表面退火標(biāo)記過程中保持穩(wěn)定。Telesis系統(tǒng)的雙重過程能夠滿足GE公司設(shè)計(jì)和建立有利于客戶的革新解決方案的相同目標(biāo)。 本文感謝Steven Belforte, Guilford Rail Systems列車運(yùn)營(yíng)助理總監(jiān)和 Ralph Villiotti，Telesis Technologies Inc公司東部區(qū)域銷售經(jīng)理. (www.telesis.com).