輪對反壓試驗及退輪設備研制

李光遠

【摘 要】本文主要針對大型養路機械設備輪對反壓實驗及退輪進行研究，并對如何通過制作工裝確保完液壓式輪對壓裝機實現輪對反壓及退輪操作進行了介紹。

【關鍵詞】輪對反壓實驗；輪對退輪；工裝制作

中圖分類號： J905 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）12-0004-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.12.002

Wheelset Back Pressure Test and Development of Backwheel Equipment

LI Guang-yuan

（China Railway Construction High-tech Equipment Co.， Ltd.， Kunming， Yunnan 650215， China）

【Abstract】This paper studies large maintenance machinery wheel back pressure experiment and the back wheel， and on how to make tooling to ensure complete hydraulic wheel pressing machine to realize wheel back pressure and back wheel operation are introduced.

【Key words】Reverse pressure test of wheelset； Wheelset pulley； Tooling

1 研究目的及意義

輪對對于鐵路機械車輛來說，是影響行車安全的關鍵部件，必須對其生產全過程實施全面的質量控制。據調查，輪對與輪餅均為合金鋼材料的輪對正壓組裝后100%都要進行反壓試驗；輪對與輪餅均為碳鋼材料的，組裝工藝要求抽樣10%做反壓試驗。而現有液壓式輪對壓裝機，其壓裝后座的半圓槽的直徑太小，不能滿足主動輪對反壓試驗及退輪工序。要求那么如何居于現有設備設計工裝，實現輪對反壓及退輪操作，是一個急需解決的問題。

2 需求分析

根據目前大型養路機械在生產產品輪對具體參數分析，并對所有輪對主動輪的齒輪直徑進行測量，其中，QS-650清篩機的齒輪直徑最大：Dmax=550mm?，F有液壓式輪對壓裝機位移傳感器測量的識別界限為1mm。也就是說：在壓裝過程中變形量不能大于1mm。如果在壓裝過程中的變形量大于1mm，計算機就會誤判輪軸與輪餅已發生相對位移，壓裝輪對不合格。為此，設定目標改造值如下：

（1）半圓槽直徑：D設計≥550mm

（2）變形量：δ≤1mm

3 方案設計

對輪對壓裝設備實體尺寸進行測量和受力分析，設計制作一個焊接結構件，滿足輪對壓裝及反壓試驗標準的輪對壓裝后座。

方案涉及到對現有工裝設備實體外形尺寸，裝配尺寸的測量、篩選材料、模擬模型建立、對模型進行模擬受力分析、對受力分析結果進行分析、改進模型應力集中部分的強度及受力情況等，技術復雜。

3.1 初步建立模型

根據實體測量的數據，初步設計了模型的外形結構及幾何尺寸。半圓槽設計尺寸直徑：D=600mm>550mm（目標值）。借助SolidEdge三維繪圖軟件設計模擬的模型如圖1所示：

3.2 分析受力情況

根據實際輪對壓裝及反壓試驗的情況分析，輪對壓裝后座的受力情況如圖2所示：

3.3 選擇材料

根據模型建立的兩個基本條件：一是輪對壓裝后座承受的最大載荷為1960kN；二是設計輪對壓裝后座的變形量要求δ≤1mm。經過對公司現有幾種常用材料進行了模擬力學分析和變形量計算，初步選定Q345A。Q345A的物理屬性和設計要求最接近，其彈性模量為206GPa，泊松比為0.3，材料的許用應力為345MPa。

3.4 對模型進行有限元分析

通過分析和與實際中的情況相結合，決定采用實體單元來進行建模，并選用20節點的SOLID186單元來進行計算，其單元支持塑性、超彈性、蠕變、應力鋼化、大變形和大應變能力，其具有二次位移模式，可以更好的模擬不規則的網格，所以其計算結果較SOLID45理論上較為準確。

通過比較，本次計算采用35mm尺寸的單元進行劃分，總節點數為162738個，單元數為101282個。劃分結果如圖3所示。

3.5 計算求解

根據實際壓裝輪對過程加載的載荷情況，針對設計的模型，進行了6種工況的有限元受力分析，分別計算了Z方向的位移、總位移和最大應力。

圖4至圖6是以加載最大載荷2940kN工況下的計算結果：

由于我們關心Z方向的位移，所以在結果中羅列了各工況下的Z方向位移，以判斷該工件是否符合要求，另外根據第四強度理論，即當量應力來判斷該工件在各種工況下其當量應力是否超過該材料的屈服應力，從而來判斷該工件是否被破壞。

3.6 計算結果分析

（1）實際使用的最大載荷為1960kN時，設計輪對壓裝后座的變形量為：

δ=0.608mm<1mm，滿足目標值。

（2）當載荷超過最大載荷1.5倍時，即2940kN工況下，設計的輪對壓裝后座的變形量為：δ=0.972mm<1mm，也滿足目標值。

從以上結果可以看出，從工況1到工況6其Z 方向的位移均未超過1mm，且其最大當量應力也未超過材料的屈服極限。此外，還值得注意的是在一些焊縫區或連接區域（如圖7箭頭指示部分），其當量應力的數值比較大，應注意這些焊縫位置的焊接質量。

通過上述論證，該方案的工藝流程包含：板材下料、加工，結構箱體焊接，整體焊接件的熱處理及加工。以上各道工序通過生產指揮中心統一安排、各分公司配合就可以完成。且大部分材料都是利用正常生產下料余料制作，節約了成本，縮短了制作周期。

4 結果驗證

通過對設計輪對壓裝后座15天的正常試用，并收集了《輪對壓裝壓力曲線圖表》和《輪對反壓壓力曲線圖表》供分析、論證。

對反壓壓力曲線圖表分析：加載載荷與位移的變化量是呈線性增加的；而卸載時載荷的減小不引起位移的變化。從而可以得知：研制的輪對壓裝后座在壓裝過程中發生的變形滿足實驗要求。

5 總結

經工裝改造后的液壓輪對壓裝設備能夠實現輪對反壓及退輪操作，滿足了設計需求，大大提高了輪對壓裝的合格率，并對輪對壓裝的過程實現了質量監控。