GE運輸鐵路公司是全球技術的領頭羊，也是鐵路、運輸、船用引擎以及礦業中的設備供應商。該公司在賓西法尼亞西部設有工廠，在過去的十年中，該公司領導了整個柴油電力機車市場，目前，在世界范圍內有15,000臺GE公司的機車投入使用，用于貨運和客運車廂的牽引。 鐵路工業與其他行業沒有什么兩樣；鐵路的利潤在于以最小的投入實現最大的產出。開始時，鐵路工業盡力實現更為經濟的運送收貨人的產品。這就是說，需要尋找速度更快，馬力更大，也更為經濟的動力。所謂的“動力競爭”事實上就是在鐵路剛出現的時候開始的。早期的機車大部分都是由蒸汽作為動力。用木材，煤，或者石油加熱鍋爐中的水來產生蒸汽，從而推動與驅動桿相連的活塞，驅動桿推動車輪的轉動。過去，在這種方案里出現了許多不同的實現方式，發展的頂峰是使用大型機車，它利用了許多耦合的驅動輪，使得這種動力的牽引能力實現最大化。這些機器的維護專業化程度高得可怕。到三十年代或者四十年代，人們普遍感到蒸汽動力相對于投資來說，已經發展到了利潤的最大程度。 二十世紀初，人們發現利用電力來牽引是一種更為有效的推動方式。但是，這需要建設固定的發電設備，還需建立高架設施來把電流傳到機車處。電流被用來使(牽引)馬達轉動，馬達連接到車軸上。機車的每個車軸都需要安裝馬達，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，許多發明者和制造商努力尋找備選方案。結論就是開發輕型、高輸出功率的柴油引擎的發展就是得到的答案。這使制造商可以將它們與發電機耦合起來直接在機車上驅動牽引馬達。這樣就不需要之前所用的昂貴的固定發電站來實現電力牽引了。 GE公司現已成為實際電力機車的制造商們所需的電氣器件的供應商。早期的柴油電力機車需要許多這樣的設備。該公司與幾家機車制造商合作提高電力設備的容量，以便與柴油機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以及工業用的機車來滿足相應的市場需要。 在二十世紀四十年代到五十年代之間，北美鐵路工業實現了向柴油電力驅動的轉換。對柴油電動機車來說，維護更便宜，它也更為靈活機動，停工時間更短，而且相互之間能夠連結到一起，可以從一個位置進行控制。這里最后一個特點加速了北美蒸汽動力機車退出歷史舞臺的進程。如今，單個的引擎可以有足夠的輸出功率和牽引能力來拉動以前需要兩個或更多蒸汽機車(包括各自的機組人員)才能拉動的列車。 二十世紀五十年代到六十年代期間，北美的機車制造商數量減少，雖然此時鐵路正急需更高的馬力。而GE公司利用了它在機車電力控制方面的經驗，于六十年代初開始制造自己的更高馬力機車的生產線。機車的通用系列為本工業設定了一個輸出功率標準。到了七十年代，節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展。八十年代，電力控制上的進步使得動力競爭地位又再次得到提升。GE公司總是在電力控制技術的前沿，并且借機生產了“第二代”柴油電力機車，它建立了性能改善，可靠性和生命周期成本的新記錄。GE公司已經成為大馬力的柴油電力機車的頭號生產商。但是這并不是GE公司的頂峰。 牽引動力是機車中最重要的部分，這臺GE公司柴油機利用激光標記的正時齒輪來獲得動力直到此時，大部分的柴油機車還是用直流牽引式電動機來提供動力。直流牽引效率相當好，維護簡便，使用安全，且只需要一個發電機來提供電流。然而直流牽引電動機的效率曲線在每分鐘轉數下降時也會下降。轉速越慢它們的效率越低，更容易過熱。 機車車輪變得越慢，需要的牽引作用就越大。機車的輸出功率需要在牽引電動機產生的最低“失速速度”處達到峰值。七十到八十年代的進一步改善把“最低失速”降低到8到9 MPH。在這個速度時，牽引電動機輸出功率最大，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一步降低。鐵路和工業供應商都知道交流電動機的效率曲線更好，但是在運動的情況下它不能合理的控制交流電流。 九十年代時，人們發現歐洲鐵路市場發展起來的計算機控制和直流技術的進步也滿足北美鐵路的需要。GE公司將這種交流技術和新一代效率超高的高馬力柴油引擎和交流發電機結合起來，從而生產了目前前沿的機車。在一些方面，這些機車的性能在移動速度慢時更好。高速時的效率也顯著提高。目前GE公司繼續革新并改善它當前產品系列，包括直流、交流和客運機車。 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標記的方法，在位于賓州Grove市的工廠中，這些標記被打在大型的200磅機車齒輪裝置上。當時是使用了一臺老舊的激光打標器，它很笨重，操作時容易出錯，得到的標志又不連續。 時間標記是由激光在沿著凸輪軸齒輪走360度時，在每個度點刻出的線。它被用來設定氣閥機構和機軸之間的時間，這樣氣閥在活塞到達它在汽缸中運動的上止點時就能打開。這個過程貫穿于整個4400-輸出功率、16-汽缸引擎的進氣和排氣周期。凸輪裝置被栓緊在由機軸驅動的凸輪軸上，凸輪軸又驅動氣閥機構。利用機軸齒輪按度數的排列，凸輪裝置也可用來設定引擎的時間。 激光在凸輪裝置上的刻蝕，有360個散列的正時標記線和36個數字時間標記是由激光在鋼材表面雕刻得到的，散列的標記是從0度到360度，每一度劃下線，每十度劃一個數字。這樣，就有360條散列的標記線以及36個數字需要進行激光雕刻。 GE公司發現由舊激光器對零件做標記時，產品廢棄率為50%，這是因為激光輸出重復率不好，同時由于處理的齒輪有200磅重，它帶來的誤差導致了工作位置的不一致。不合適的標記需由系統操作員磨平，之后重新標記。 Telesis Technologies公司(俄亥俄州，Circleville市)進行了定制工程，在對GE公司的需要進行考察后，提議了建立一套易裝卸的Eclipse激光標記系統(CDRH一級封裝)，它使用了一個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來簡便安裝到分度器上，這樣，只要按個按鈕，整個平臺就將凸輪裝置平移到一個一級聯鎖封裝系統內，開始在凸輪軸的齒輪面上進行360度的正時標記的雕刻。此前，舊的系統中，操作員不得不抬起一個金屬蓋，把大型凸輪裝置“運”到安裝夾具中，且必須仍吊在起重機上，以免破壞激光器的檢流計頭。這個Telesis系統由于使用了可平移的回轉臺，安裝簡便，無任何阻礙。這個系統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系統可以為凸輪裝置和引擎機座做標記，這取決于固定裝置。這樣安排是因為機車的生產速度很低，利用激光的靈活性，公司可以既對齒輪進行打標又對所需的引擎機座進行打標。引擎機座被成批的打上條形碼標志(表示生產信息)，而齒輪的標記使用靜態信息標記。目前使用的這個系統裝備有100W燈泵浦的Nd:YAG激光器。 所定制的工作站的設計，齒輪打標是自動進行的，機座打標是人工操作的。按鈕式控制站和工作狀態選擇開關可以用來控制水平滑板裝置的平移過程以及進入工作點的激光能量。從側邊裝卸的特點使它可以進行面板打標，而此特點在舊系統中是沒有的。這項應用需要一個回轉臺來對凸輪裝置的整個周長進行標記，因此，就為安裝不同的夾具帶來方便以滿足進行標志面板的標記時的需要。側面的入口處不僅提供了凸輪裝置的安裝方法，也提供了面板打標的安裝/拆卸方法。 打標以前，未處理的機車正時齒輪被放置在 Nd:YAG激光器打標頭下面定制的固定裝置上此外，Telesis AMI(自動化機器接口)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記的正確標簽的圖片文件，這樣操作員可以保證正確圖案的加載，夾具的固定等等。因為Telesis軟件可以支持四種可編程的軸向控制，操作員可以簡便的加載用于凸輪裝置或面板的正確圖樣，而回轉臺，平移臺，和可編程“Z”工具可被快速的移動到需要應用的位置。編程和操作的簡便可以使操作員對系統更容易接受，大大減少了學習周期。 大約18個月以前，GE公司安裝了這套系統。目前得到的結果很不同凡響。四月份，超過1800個凸輪裝置被打標且無一報廢。這點尤為重要，因為每個齒輪要用測試夾具進行檢驗，以確保每個散列的標志的排列在齒輪的360度標志范圍內是正確且可重復的。由于不用再打磨和再打標而節省的生產費用已經可以與短短的18個月內由于投資該系統而從正常運作中得到的收益相比擬。 打標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齒輪，當它們通過安全光幕后，操作員接收到一個就緒信號，后運行電腦中的齒輪程序。齒輪被移入激光器的封裝內，位置放好后，門就被自動關上了，激光就在齒輪周邊打上需要的標記。標記打好后，門被自動打開，齒輪從一級工作站內被送出。 對于機座標記來說，通過掃描條形碼，滑板被自動移到打標處，條形碼的作用是選擇一個適當的圖案，設置從激光器到適當焦點處“Z”形的高度。操作者可以透過側邊門人工安裝單個或者多個機座到夾具上。門關上后，允許“開始打標”，軟件將旋轉夾具調節機座和激光光束之間相對位置，然后進行所需的打標操作。如果使用的是多重夾具，軟件將驅動回轉臺對下一批打標，直至平臺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激光器標記系統，它能夠在凸輪軸所需的深度雕刻以及機座所要求的表面退火標記過程中保持穩定。Telesis系統的雙重過程能夠滿足GE公司設計和建立有利于客戶的革新解決方案的相同目標。 本文感謝Steven Belforte, Guilford Rail Systems列車運營助理總監和 Ralph Villiotti，Telesis Technologies Inc公司東部區域銷售經理. (www.telesis.com).