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鐵路貨車軸承后擋檢修裝置的研制

2018-08-21

 張洪權　徐相生
（中國北車集團齊齊哈爾軌道裝備有限責任公司，黑龍江齊齊哈爾　161002）

　　摘　要：通過調(diào)研、分析，對退卸后發(fā)生變形的軸承后擋進行修復重利用提出了科學的解決方案。通過長時間的大量運用結果表明，該方法是科學的、合理的，能夠滿足鐵路貨車對后擋的運用要求。
　　關鍵詞：貨車；后擋；矯形；運用
      目前，我國鐵路貨車軸承主要型號為26系列和30系列兩種，前者用于60噸級貨車，后者用于70噸級貨車。在廠修中發(fā)現(xiàn)，二者所配套的后擋在退卸后發(fā)生的平均報廢率達到50%以上，26系列甚至達到80%以上。由于報廢后的后擋直接以新品補充，造成大量的資源浪費，也增加了修車成本。

      1　原因分析
      針對前述情況，經(jīng)過調(diào)研后發(fā)現(xiàn)：造成后擋大量報廢的主要原因是，當軸承在退卸時，后擋跟防塵板座之間的過盈力與退卸力之間形成的力矩，使后擋與防塵板座的配合部發(fā)生了永久變形而導致;次要原因為，軸承運用或退卸中造成的整體變形而報廢。

      因為種情況而發(fā)生報廢的，超過報廢總量的92%，因此本裝置主要研究如何修復配合部尺寸，以使這些后擋得到合理的科學利用，提升資源利用率和降低修車成本壓力（如圖1所示）。

      2　研制過程
      經(jīng)過前面的原因分析，要修復因變形報廢后的后擋，其直接的方法就是將發(fā)生了變形的后擋通過再次變形處理，達到可以進行機械加工、并使之恢復原有運用性能。

      通過外力使后擋局部發(fā)生可控塑性變形，并在對其進行機械加工后可恢復原有運用性能的工藝過程稱為：后擋矯形。
      2.1 設計原則
      （1）作為檢修工藝的輔助裝備，應先能滿足產(chǎn)品檢修的工藝要求。（2）具有操作簡單、安全可靠的特點。（3）工裝制造工藝簡單，成本低，維護方便。
      2.2 原理的探索
      根據(jù)前面的分析，并經(jīng)過對26型后擋進行了多次實驗后，先研制了針對26型后擋進行矯形的簡易工裝。其原理如圖2所示。

　　在實際生產(chǎn)中，使用此工裝進行矯形后的后擋可以滿足設計目的。然而，在使用中我們發(fā)現(xiàn)，雖然此工裝可以將后擋配合尺寸矯正合格，但同時也造成后擋牙口尺寸外漲φ190超差。（q為受力面，R為支撐面）。

      顯然，此方案不能完全滿足產(chǎn)品工藝要求。
      2.3 新方案的確定
      有了之前失敗的經(jīng)歷，經(jīng)過認真分析、研究認為：由于后擋牙口直接承受了力偶矩，導致了其尺寸變大而超差。針對此情況，重新確定了一套方案。其原理如圖3。

      新的矯正裝置避開了牙口部位，直接對后擋配合部進行施壓，矯正力矩根本作用不到牙口部位。在此原理的基礎上，我們重新設計制造了新的矯正裝置。
      圖4是新的26型后擋矯正裝置的示意圖。 

      該裝置的基本原理是：通過擠壓配合部分外圓錐面，使后擋的配合部位向內(nèi)收縮并發(fā)生微量的永久變形后，再進行微量的精加工，Z終使其配合尺寸達到工藝要求。

      該裝置主要由一個鋼板結構的沖壓模架作為一個主載體，包括擠壓環(huán)、壓頭、定尺環(huán)外環(huán)等共同組成。
      模架除作為主載體外，還兼具導向作用，方便工裝在壓力機上進行安裝，并在工作時防止壓頭磕碰到后擋牙口，造成工件損傷。
      壓頭提供作用力q1，與擠壓環(huán)提供的作用力q2，共同形成一對力偶矩，迫使后擋向內(nèi)收縮直至發(fā)生塑性變形。由于作用力巨大，使擠壓環(huán)的磨耗加劇，因此擠壓環(huán)采用了模具鋼Cr12制造;壓頭則采用45鋼制造并經(jīng)熱處理。

      定尺環(huán)則用于防止后擋變形過度造成裂紋而報廢。定尺環(huán)采45鋼并表面熱處理，增加耐磨性。
      外環(huán)的作用是提供足夠的強度以保證后擋的變形得以順利進行，其采用45鋼制造。
      經(jīng)過多次試驗，Z終確定了合理的壓力和變形量，使原來變形超差的后擋經(jīng)過Z小量的變形和加工得以修復重利用，達到了Z初的研制目的。
      2.4 制定后擋矯正、加工的工藝流程
      由于采用冷處理矯正后檔變形，所以在矯正過程中有可能產(chǎn)生裂紋。針對矯形后的后擋采用了磁粉探傷的工藝，以此發(fā)現(xiàn)后擋在矯形過程中，由于各種不確定性因素而產(chǎn)生的裂紋。為此，確定了如下工藝流程如圖5所示。（經(jīng)長時間跟蹤探傷未發(fā)現(xiàn)有裂紋產(chǎn)生。）如圖6所示。

      2.5 30軸承后擋矯形裝置的研制
      有了之前26軸承后擋矯形裝置的研制經(jīng)歷，30軸承后擋矯形裝置的研制則順利了很多。當然，由于30軸承后擋的結構與26軸承后擋的結構有所不同，其矯形裝置的具體結構及工作原理也略有不同。

      圖7所示為30軸承后擋矯形裝置的原理及結構簡圖。
      同26型軸承后擋矯形裝置類似，30型軸承后擋矯形裝置也采用了一個鋼板模架作載體，包括底座、頂出裝置、擠壓機構、定尺環(huán)及壓料裝置等共同構成。由于改進了設計，盡管結構更加復雜，制造成本反而降低。

      2.5.1 模架
      模架采用鋼板模架結構，由上下模板及導向裝置組成，具有制造工藝簡單，成本低，剛性好的特點。
      本裝置結構緊湊，對導向有一定要求，但又不像傳統(tǒng)沖壓模那樣要求精確導向，所以本裝置適當降低了導向裝置的制造精度，以便于降低制造成本。
      2.5.2 底座
      底座采用t30鋼板焊接后加工而成，模架固定于其上。底座同時用于安裝頂出裝置。
      2.5.3 頂出（卸料）裝置
      由于之前26型軸承后擋矯形裝置在使用中發(fā)生了后擋與定尺環(huán)粘在一起的情況，造成卸料困難。因此，本次設計增加了頂出裝置。頂出裝置由三根頂桿及一個凸輪機構組成，采用手動控制方式。

      2.5.4 定尺環(huán)
      定尺環(huán)是該裝置的核心部件之一，是用來確定后擋受擠壓的程度，以確保以Z小的變形量達到對后擋變形的要求，降低擠壓力量和產(chǎn)品報廢風險。定尺環(huán)采用45鋼制造并經(jīng)熱處理。

      2.5.5 擠壓機構
      擠壓機構也是本裝置關鍵部分之一，它采用一個開放式的擠壓環(huán)和一個錐形的壓環(huán)來達到目的。
      由于作用力很大，磨耗顯著，因此擠壓環(huán)和錐套均采用耐磨鋼制造，錐套采用T10A鋼，擠壓環(huán)則采用了60Si2Mn彈簧鋼，并經(jīng)過不同程度的熱處理。
      另外，在錐套的外面增加了一個磨耗環(huán)，磨耗環(huán)采用45鋼制造，經(jīng)過熱處理，硬度低于錐套約10HRC。磨耗環(huán)上加工有存油孔，可以保留潤滑脂，降低磨擦力。實踐證明，該結構可以有效降低零件磨耗量。

      2.5.6 壓頭
      壓頭采用45鋼制造并經(jīng)熱處理，它的主要作用就是傳遞壓力機的力量至錐套，由錐套收縮擠壓環(huán)達到使后擋變形的目的。
      2.5.7 壓料裝置
      由于后擋外圓錐的存在，為防止擠壓時后擋向上竄移，設計了壓料裝置。壓料裝置由四個彈性聚氨酯彈簧提供壓緊力。
      2.6 制定后擋矯正、加工的工藝流程
      與26型后檔工藝流程相同（圖8）。 

      3　使用結果
      經(jīng)過長時間的使用證明，該裝置操作勞動強度低，使用方便、安全可靠，能夠達到設計要求。經(jīng)過該裝置矯形后的后擋，99%以上均可通過探傷檢查，不存在裂紋，這證明經(jīng)矯形后的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、可靠。

      由于大量原本列入報廢的后擋得到重新利用，修車成本也得到一定程度的降低，節(jié)省了資源，達到了項目研究的目的。
      目前，30系列的后擋剛進入廠修不久，剛開始進行檢修。但使用此方法進行檢修后的26系列的后擋已經(jīng)大量上線運用，并超過一個廠修期，從未發(fā)生過一起質(zhì)量問題，實踐證明該項目取得了良好的效果。

來源：《中國科技縱橫》2015年1期