安全索端頭與鋼絲繩連接淺析

摘 要：安全索是鐵路車輛轉向架上的一種重要配件，特別是用于轉K2型轉向架及轉K6型轉向架。安全索由鋼絲繩、端頭和接頭組成，分為鋼絲繩與端頭的連接緊固和鋼絲繩與接頭連接緊固，該文以安全索端頭與鋼絲繩連接緊固效果為研究對象，通過工藝手段進行分析分析不合格品產生原因，通過計算得出合理的擠壓力，選用合適的生產設備。利用計算機虛擬技術建立安全索端頭的冷擠壓模型，采用有限元分析端頭擠壓變形后尺寸的變化和擠壓力的變化，通過對不同尺寸的端頭模型分析，選用合理的端頭尺寸范圍和鋼絲繩尺寸范圍。在實際生產過程中，由于端頭加工后出現尺寸誤差，在一定的公差范圍為，加工出不同直徑的端頭進行試驗，得出合理的公差范圍，確保安全索端頭與鋼絲繩連接后的質量。

關鍵詞：安全索 端頭 鋼絲繩

中圖分類號：U298 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）04（a）-0087-01

鐵路車輛轉向架安全索是鐵路車輛上的一種重要配件，由2根鋼絲繩、2個端頭和7個接頭組成。端頭材質BL2，接頭材質6063-O，鋼絲繩規格4ZBB6x19+1WS1770ZS滿足〈GB/T8918-1996〉。常用于鐵路車輛的轉向架，特別是用于轉K2型轉向架及轉K6型轉向架。[1]鋼絲繩與端頭生產在實際生產存在著很多影響質量的問題。

1 安全索的組成和標準

（1）單根安全索承受10KN軸向拉力時，安全索不得破壞。安全索組裝后，承受20KN拉力時，安全索不得破壞，安全索端頭和接頭不抽脫和滑移。

（2）鋼絲繩端面深入端頭孔不小于15mm。

2 端頭與鋼絲繩工藝分析

為保證安全索的生產質量，提高生產效率，將鋼絲繩與端頭擠壓設為關鍵工序，嚴格控制產品質量。

鋼絲繩加工后兩端尺寸的直徑和狀態是鋼絲繩穿入端頭的關鍵，因此鋼絲繩的生產工藝很關鍵，為了保證鋼絲繩和端頭連接緊固，必須把端頭內孔加工的足夠小，證鋼絲繩的端面不分股，方便穿入。采用熔斷工藝時，要減少氧化距離，如果氧化過長，在拉力試驗過程中極易被拉斷，不能滿足生產要求。且要經常對熔斷胎具進行清理，使鋼絲繩切割后鋼絲繩凝固端面不產生不規則堆積，使直徑變大，減少二次處理幾率。如果采用鋼絲繩直接切斷工藝，要確定鋼絲繩在周轉和組裝時不開股，且組裝后鋼絲繩另一端不暴露在接頭外部的情況，防止給操作者生產和轉序過程中對身體造成傷害。

由于同一型號的鋼絲繩的直徑有一定的偏差，所以采用熔斷工藝時，要盡量采購同一批次的鋼絲繩，如果鋼絲繩直徑發生改變，要及時更換端頭內孔直徑和熔斷機胎具。

在設計新型安全索的時候要根據技術要求，先計算端頭擠壓所需擠壓力。先依劇要求初步選定端頭的外形尺寸，先假定擠壓后的端頭和鋼絲繩的外形尺寸。利用擠壓變形的計算方法先初步計算出擠壓所需壓力在于實際應用所需進行檢驗。

通過計算可以得出端頭所需擠壓力，外徑10.6mm左右的端頭，所需擠壓力大約在250kN左右，由于實際生產中端頭和鋼絲繩直徑不同，所需擠壓力也會不同。

3 利用有限元方法分析端頭擠壓變形，確定端頭尺寸

利用有限元分析可以檢驗所需擠壓力的大小和端頭所需大小，通過不同尺寸的端頭有限元分析，選擇合適的端頭尺寸。端頭材質為標準件用碳素鋼熱軋圓鋼，設置參數有限元分析數值。端頭擠壓時受到上端面的均布正擠壓力，下端通過擠壓模限位部分時受到反擊壓力，產生縮頸，小于擠壓模限位尺寸的部分不受力，不產生變形，不會影響計算結果，針對外徑11mm，內徑4.3mm的模型，根據模型的約束條件與加載條件將已變形部位最小尺寸為分界線，去掉下端不受力的錐形部分。安全索端頭剖分后，可得安全索端頭的共剖分成8784個單元。

通過對比分析，得出適當減小安全索端頭的直徑，至多減少0.4mm，安全索端頭對內徑中鋼絲繩的壓力依舊滿足安全索的軸向拉力指標。結合沖壓機總壓力的經驗公式，選取合適的端頭外徑尺寸Φ11.4mm～Φ11.5mm和內徑尺寸Φ4.2mm～Φ14.3mm。通過有限元分析在適當減小安全索端頭的直徑的基礎上，確保端頭擠壓后的能夠有效降低沖壓機的磨損。

為確保實際生產過程中可能由于生產誤差生產出不同直徑的端頭，根據計算結果和以往經驗，選取4種直徑的端頭各10件進行擠壓，分別為Φ11.3mm、Φ11.4mm、Φ11.5mm、Φ11.6mm，擠壓后直徑為Φ9.98mm，拉力試驗后發現，Φ11.4mm、Φ11.5mm兩種拉力試驗效果最好，擠壓后端頭長度28+2mm，擠壓前端頭外徑選Φ11.4mm所以端頭總長為26.5mm為最佳長度。考慮到圓端尾端要倒角，生產后會產生毛刺，所以尺寸為26.5+0.5mm，端頭圓端長度取10mm之間最好。圓端直徑選定4種尺寸9.5mm、9.7mm、10mm、10.3mm經擠壓后，擠壓后端頭長度均符合要求，但考慮到內孔長度越長，鋼絲繩與端頭的摩擦力越多，選定直徑10.3mm最合適。當選定為10mm時選定縮徑后發現擠壓后直徑伸長量為3mm左右，考慮到鋼絲繩加工后氧化長度3mm左右，為保證鋼絲繩實與端頭有效長度，端頭擠壓前鉆孔18mm，端頭擠壓后，內孔縮小變為Φ3.6mm。鋼絲繩與端頭緊密連接，繩股間產生凹槽。按此尺寸加工后的端頭后經擠壓后，拉力試驗合格。

4 結語

經過生產驗證，上述改進方案能夠滿足安全索制造的技術要求。通過擠壓力計算和有限元分析可以得到所需端頭和鋼絲繩尺寸，和所需設備的標準，減少生產周期，提高生產效率和產品質量。另外本文可以對鋼絲繩連接和擠壓件生產可以提供一些幫助。

參考文獻

[1] 祁忠星.鐵路貨車用K2轉向架安全索制造工藝研究[J].科技創新與應用，2013（13）：55-56.