拉軌卷揚制動裝置改進研究

白增印　靳志宇

【摘 要】原拉軌卷揚制動座制動時對卷筒側面長期滑動磨損形成圓環形凹槽，對卷筒整體強度造成了破壞；并且制動座在操作和維修保養時，由于制作座所處安裝位置空間狹小，不便操作和維修。研究改進后的制動裝置選用對卷筒外圓柱面線接觸滾動摩擦的制動方案，并且變更制動裝置的安裝位置，根據卷筒防護罩尺寸以及后承臺和操作臺與拉軌卷揚座的實際布局尺寸，確定安裝位置，并限定制動裝置的整體外部結構尺寸，實現了操作和維修簡單方便的需求，最終滿足了中國鐵運總公司各鐵路局用戶拉軌卷揚制動要求。

【關鍵詞】拉軌卷揚制動裝置；制動座；磨損；滾輪組成；彈簧

1 原制動裝置功能和結構

長鋼軌作業車是中車沈陽機車車輛有限公司自主研發的一項重要產品，應用于中國鐵運總公司日常鐵路長鋼軌的維護保養。長鋼軌作業車作業中車（一）上的拉軌卷揚裝置承擔的任務是從運軌車上把鋼軌牽引至作業中車（一）上的輸送機進行卸軌。首先由卡具回送裝置將卷筒上鋼絲繩所連接的軌卡送至運軌車上，再由液壓馬達帶動卷筒轉動，完成牽引任務。為了防止軌卡回送時卷筒自由轉動，造成鋼絲繩松動現象，設置了制動裝置。然而，經過多年使用驗證，原制動裝置有缺陷，需改進。原拉軌卷揚制動是有座體、頂柱、彈簧和螺塞組成，制動原理是通過制動座里的含壓簧的頂柱施壓滑動摩擦卷筒側面來實現制動。原制動座結構簡單，雖能滿足制動要求，但由于采用的點接觸滑動摩擦，長時期運行工作后卷筒側面會被磨損形成一個較深的圓環形狀的凹槽，對卷筒的整體強度造成了破壞；并且磨損后的調節制動座螺塞時，制動座安裝位置空間狹小，不易進行調試和維修。各鐵路局用戶也多次反映此問題，為此進行改進研究。

針對原制動座存在的上述問題，在分析改進設計研究中放棄了原來的制動方式和安放位置，將滑動摩擦點接觸卷筒側面實現制動改為滾動摩擦線接觸卷筒外圓柱面實現制動，大幅降低卷筒的強度破壞，提高制動裝置和卷筒的使用壽命周期，結構設計中要參照卷筒防護罩尺寸以及后承臺和操作臺與拉軌卷揚座的實際空間布局尺寸，確定安裝位置，并調整優化制動裝置的整體外部結構尺寸。

2 新制動裝置的結構研究

2.1 滾輪組成設計研究

參照長鋼軌作業車拉軌卷揚的卷筒側護板間距及側板厚度和材質，選取滾輪厚度為175mm，外徑Φ155mm，壁厚41mm。滾輪軸經強度計算及效驗后，選用Φ40mmh6精度尺寸的階梯軸，整體由滾輪套、密封擋圈、滾輪軸、氈圈、彈簧擋圈及單列向心球軸承組成。考慮到滾輪套表面熱處理時變形量的影響，采用油淬熱處理工藝，滾輪套表面硬度HRC30～35，避免火焰淬火熱處理過程造成滾輪套較大的變形影響制動效果[1]。滾輪套圓柱面壓在拉軌卷揚座上的卷筒兩側的護板外圓面，通過線接觸滾動摩擦的方式來實現制動。

2.2 彈簧壓柱的設計研究

彈簧采用壓簧結構，選用65Mn材料，由原卷揚卷筒制動時線速度計算新結構制動的作用力，設計壓簧的具體參數：剛度10.35N/mm，總圈數為8圈，有效圈數為6.5圈，右旋。整體彈簧壓柱結構由壓簧、滑套、螺柱、螺母、座板組成。M24的螺柱與滑套0.5mm間隙滑動配合可升降，通過螺母調整彈簧壓力，在長時期運行由于磨損導致卷筒制動所需作用力不足時，通過微調彈簧壓力來滿足制動需求。

2.3 滾輪座的設計研究

滾輪座作用是將滾輪組成、彈簧壓柱、支架通過它結合起來，能夠將彈簧壓柱的壓力通過滾輪組成最終傳遞給拉軌卷揚的卷筒側護板，起到制動效果。結構確定后，進行優化設計，將滾輪座設計成梯形結構，降低零件重量及材料成本，滾輪座整體由2個側板和一個壓板焊接組成。φ24mm轉動軸將滾輪座通過支撐支架上φ25mm的孔裝配在上面，使滾輪座靈活運動，轉動軸的預緊采用雙螺母預緊防松的方式。

2.4 支撐支架設計研究

支撐支架的作用相對簡單，主要是起將上述部件裝配在上面，固定在長鋼軌作業中車（一）上面，因此它的強度很關鍵，考慮到制動力的大小、卷揚側護板卷筒的線速度極限變化、常用材料儲備等諸多影響因素，將安全系數定在1.5。材料選用上，選擇了公司內使用率高的[100mm×48mm×5.3mm的槽鋼材料，結合長鋼軌作業中車（一）上安裝位置空間尺寸限制，將支撐支架的外形尺寸定在240mm×160mm×654mm，整體結構由底板及支架焊接組成。考慮到底板在支架焊接過程中垂直度精度控制的問題，選擇底板焊接前厚度為30mm，預留5mm的加工余量來調整支架的垂直度，工藝上支架上φ25mm孔也選擇焊后加工，來保證裝配側板滾輪座后，使滾輪套能處于水平狀態與卷筒線接觸的位置。

2.5 拉軌卷揚制動裝置的預算及安裝

改進后的拉軌卷揚制動裝置由11種自制配件、8種標準件組成，配件及標準件裝配數量是41件，部件自重59.18kg。拉軌卷揚制動裝置自制配件原材料消耗預算400.5元，標準件消耗預算76.1元，自制件加工及裝配人工費850.5元，預算共合計1327.1元。

安裝工藝要求在長軌車作業中車（一）進行焊接裝配，安裝尺寸現場參照卷筒防護罩以、后承臺、操作臺及拉軌卷揚座的空間尺寸進行配做。

3 結語

經過生產試制驗證，改進后的長鋼軌作業車拉軌卷揚制動裝置，結構簡單，操作方便，也便于維修保養，解決了原制動座磨損出凹槽破壞卷筒結構強度，空間狹小維修調試不方便的問題，在交付中國鐵運總公司各鐵路局用戶使用后，反饋良好。

【參考文獻】

[1]成大先.機械設計手冊第一卷[M].5版.北京：化學工業出版社，2008：422-449.

[責任編輯：湯靜]