鐵路貨車軸承后擋檢修裝置的研制

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)

鐵路貨車軸承后擋檢修裝置的研制

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)

通過調研、分析,對退卸后發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。

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。在廠修中發現，二者所配套的后擋在退卸后發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，經過調研后發現：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。

因為第一種情況而發生報廢的，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

根據前面的分析，并經過對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，在使用中我們發現，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品工藝要求。

2.3 新方案的確定

有了之前失敗的經歷，經過認真分析、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收縮并發生微量的永久變形后，再進行微量的精加工，最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、壓頭、定尺環外環等共同組成。

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，與擠壓環提供的作用力q2，共同形成一對力偶矩，迫使后擋向內收縮直至發生塑性變形。由于作用力巨大，使擠壓環的磨耗加劇，因此擠壓環采用了模具鋼Cr12制造；壓頭則采用45鋼制造并經熱處理。

定尺環則用于防止后擋變形過度造成裂紋而報廢。定尺環采45鋼并表面熱處理，增加耐磨性。

外環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。

經過多次試驗，最終確定了合理的壓力和變形量，使原來變形超差的后擋經過最小量的變形和加工得以修復重利用，達到了最初的研制目的。

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生裂紋。針對矯形后的后擋采用了磁粉探傷的工藝，以此發現后擋在矯形過程中，由于各種不確定性因素而產生的裂紋。為此，確定了如下工藝流程如圖5所示。(經長時間跟蹤探傷未發現有裂紋產生。)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生了后擋與定尺環粘在一起的情況，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

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

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和一個錐形的壓環來達到目的。

由于作用力很大，磨耗顯著，因此擠壓環和錐套均采用耐磨鋼制造，錐套采用T10A鋼，擠壓環則采用了60Si2Mn彈簧鋼，并經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，磨耗環采用45鋼制造，經過熱處理，硬度低于錐套約10HRC。磨耗環上加工有存油孔，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，這證明經矯形后的產品質量穩定、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系列的后擋已經大量上線運用，并超過一個廠修期，從未發生過一起質量問題，實踐證明該項目取得了良好的效果。