電氣化鐵路特形定位器彎管工裝設計

馬仕祥

（中鐵建電氣化局集團軌道交通器材有限公司，江蘇 常州 213179）

接觸網在電氣化鐵路供電回路中起著十分重要的作用，為了滿足鐵路運輸的需要，接觸網必須全天候不間斷供電，直接影響著電氣化鐵路的運行可靠性。接觸網作為無備用的供電設備，必須保證高的可靠性。特形定位器主要用于絕緣關節中心柱處固定接觸線位置，保證接觸線工作平面平行于軌面，并承受接觸線的水平拉力。在實際生產過程中，容易產生管材彎曲部位附近的直線段截面發生畸變的問題，不僅影響著后續產品裝配導致生產效率低下，也制約著定位管質量的提高。因此，對現有的特形定位器管彎管工藝進行優化不僅是對公司產品質量的保證，更是對廣大旅客的生命安全和國家財產安全的負責。

1 現有特形定位器管彎管問題分析

如圖1所示為特形定位器示意圖，特形定位器管的材料為6082鋁合金，需經管材彎曲成形。在彎曲初始階段，特形定位器管的彎曲內側半徑大于凸模的圓周角半徑，隨著彎管機上凹模的旋轉，直管與凸模表面逐漸靠緊，當凸模、管材、凹模三者完全壓合時，彎曲過程結束。在此過程中，管材彎曲的圓弧部位會逐漸變扁，其內壁上承載著很大的變形力，容易導致管材需要彎曲部附近的直線段截面發生畸變，通過生產統計可知管徑彎曲后變形尺寸超過0.5mm，不僅導致后續的裝配效率低下，而且部分變形尺寸過大的定位器管無法完成裝配而造成報廢，提高了成本；此外，過大的變形量會產生較大的內應力，在工作狀態下與工作荷載疊加容易使管材發生開裂，為通車后的實際應用過程帶來安全隱患。因此，針對特形定位器管彎管成形存在的問題進行深入的研究，通過必要的實驗驗證和數據分析，設計開發一種防變形彎管工裝，有效解決上述技術缺陷，消除長期困擾電氣化鐵路接觸網定位裝置的一大隱患。

2 防變形彎管工裝方案設計

2.1 方案的提出

圖1 特形定位器示意圖

針對現有彎管過程中與變形圓弧連接的直線段容易發生截面畸變的問題，提出了一種防變形彎管工裝設計的方案，將該工裝在彎管過程中置于定位器管的直線段部位，撐住定位器管內壁，防止其發生變形。由于定位器管在彎曲過程中會使定位器管產生變形而夾緊放置在管內的工裝，所以該工裝的外徑需要設計成可調整的形式，在管材抱緊該工裝后，通過變小工裝外徑尺寸，使其能順利從管材中取出，故考慮將該防變形彎管工裝設計成由彈性夾頭和定位管芯軸組成的結構形式。彈性夾頭利用摩擦力的原理，設計為莫氏錐度，具有自鎖能力。

2.2 方案的設計思路

如圖2所示為防變形彎管工裝示意圖，該工裝由彈性夾頭和芯軸兩部分組成，分別如圖3和圖4所示。彈性夾頭外形為兩段直徑不等的柱形整體結構，大頭外徑尺寸視所彎管管材內徑尺寸設計，其值略小于所彎曲管材的內徑尺寸，小頭外徑為大頭外徑的4/5，內部具有與芯軸外形相配合的通孔，彈性夾頭的通孔分為通孔上段、通孔中段和通孔下段，通孔上段呈光滑的倒錐形，通孔中段呈光滑的圓柱形，通孔下段呈具有內螺紋的圓柱形，沿彈性夾頭的上半段開設有4個沿圓周均勻分布的縱向豎槽，彈性夾頭的下半段橫向開設有圓孔，豎槽延伸至圓孔，且豎槽底部與圓孔相連。

芯軸分為上段、中段和下段，芯軸上段呈光滑的倒錐形，與彈性夾頭通孔上段相配合；芯軸中段與通孔中段相配合呈光滑的圓柱形；芯軸下段具有與彈性夾頭通孔下段相配合的外螺紋。芯軸的上端面設有一體結構的圓柱豎桿，并設有與圓柱桿一體的六角螺母，以向芯軸加載扭矩。芯軸的外側與彈性夾頭的內側相配合，并通過螺紋連接，螺紋配合的松緊控制彈性夾頭大頭的外徑在一定范圍內變化。

彎曲管件之前，彈性夾頭和芯軸螺紋之間為松動配合，使芯軸的錐形外壁與彈性夾頭的錐形內壁不接觸，保證彈性夾頭大頭外徑為原始狀態，并將彈性夾頭和芯軸組成的整體放入管材內變形圓弧過渡的直線段部位，然后擰緊螺紋，芯軸的錐形外壁與彈性夾頭的錐形內壁貼合，并撐開彈性夾頭的大頭，使彈性夾頭的大頭外徑增大并與所需彎曲的管件內壁緊密貼合，此時，彈性夾頭和芯軸組成的整體為剛性結構，然后進行管件彎曲工序，待管件彎曲結束后，旋松彈性夾頭和芯軸之間螺紋，隨著螺紋的旋松，芯軸的錐形外壁與彈性夾頭的錐形內壁由貼合到逐漸分離，彈性夾頭大頭外徑將恢復原始狀態，此時，彈性夾頭和芯軸組成的整體可順利從管內抽出。

圖2 防變形彎管

圖3 彈性夾頭示意圖

圖4 芯軸示意圖

2.3 生產試驗驗證

如圖5所示為所設計的防變形彎管工裝實物圖，芯軸與彈性夾頭通過螺紋連接，芯軸圓柱桿通過焊接固定在芯軸上端面。彈性夾頭和芯軸均采用40Cr材料加工成形，經過調質處理后可得到較高的強度和韌性等綜合機械性能，能有效地抵抗彎管過程管材變形所產生的壓力。在彎管前將保持螺紋松動狀態的彈性夾頭和芯軸整體放置于鋁管內孔中，然后在芯軸螺桿上施加扭矩，使彈性夾頭圓柱外表面與鋁管內壁緊密貼合，如圖6所示。之后啟動彎管設備彎曲管材，由于彈性夾頭圓柱體外表面與定位器管直線段內表面緊密貼合，能有效避免了管材上與彎曲部位相連的直線段截面容易發生變形的問題。如圖7所示為彎曲后的定位器管，使用該工裝后，管徑的變形尺寸控制在0.06mm以內，遠小于改進前的0.5mm，在極大地提高了產品合格率以及后續裝配工作效率的同時，也提高了產品質量，從而保證了接觸網定位裝置的安全性和可靠性。

圖5 防變形彎管

圖6 彎管過程

圖7 定位器管實物圖

3 結語

通過對現有特形定位器管彎管成形過程中存在的問題進行分析，設計了一種防彎管工裝，解決了原彎管過程中管材直線段截面變形尺寸過大的問題，成功克服了彎管過程中的此類技術缺陷，使管徑變形尺寸控制在0.06mm以內。使用該防變形彎管工裝后的特形定位器已大批量生產并使用，效果良好。該設計方案可廣泛應用于其他行業金屬管材彎曲過程中，預防彎曲部位附近的直線段截面發生畸變的問題。