城軌車輛轉(zhuǎn)臂式軸箱關(guān)節(jié)更換裝置分析

文 / 何鵬 陳倩 株洲九方裝備股份有限公司

0 引言

對(duì)于城軌車輛來(lái)說，轉(zhuǎn)臂式軸箱和油壓減震器、螺旋彈簧等形成完整的懸掛系統(tǒng)，可以使得車輪的牽引以及制動(dòng)作用力傳遞到構(gòu)架上而完成車輛的牽引和制動(dòng)，轉(zhuǎn)臂式軸箱關(guān)節(jié)質(zhì)量情況直接影響著城軌車輛性能以及行車安全性。橡膠關(guān)節(jié)是轉(zhuǎn)臂式軸箱最主要的部分之一，充分利用橡膠特性（包括彈性、多維度變形能力）實(shí)現(xiàn)柔性連接，此種連接方式不會(huì)產(chǎn)生摩擦所以并不用潤(rùn)滑，具有較強(qiáng)的振動(dòng)緩沖作用。轉(zhuǎn)臂式軸箱關(guān)節(jié)是比較容易受到損壞的部件，為了確保車輛行車的安全性需要對(duì)其進(jìn)行定期檢修以及更換。通過轉(zhuǎn)臂式軸箱關(guān)節(jié)更換裝置能夠更加快速、準(zhǔn)確、高效的對(duì)橡膠關(guān)節(jié)進(jìn)行更換，所以分析研究城軌車輛轉(zhuǎn)臂式軸箱關(guān)節(jié)更換裝置具有非常現(xiàn)實(shí)的意義。

1 城軌車輛轉(zhuǎn)臂式軸箱關(guān)節(jié)更換裝置方案分析

1.1 軸箱體以及橡膠關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)性分析

對(duì)于城軌車輛來(lái)說，為了確保運(yùn)行過程中部件的穩(wěn)定性，轉(zhuǎn)臂式軸箱體內(nèi)孔和橡膠關(guān)節(jié)采取的是過盈配合（即依靠軸與孔的過盈值，裝配后使零件表面間產(chǎn)生彈性壓力，從而獲得緊固的聯(lián)接）的方式。

按照基本設(shè)計(jì)要求可知，在進(jìn)行軸箱體和橡膠關(guān)節(jié)裝配過程中，在長(zhǎng)度方向橡膠關(guān)節(jié)和軸箱體兩側(cè)壓裝深度相同，控制其對(duì)稱度為0.3mm。需要注意的是，在對(duì)橡膠關(guān)節(jié)壓裝過程中一定要避免橡膠件受到外力影響，并且要確保橡膠關(guān)節(jié)

外圓金屬件只可以承受壓力作用。另外，為了確保安裝的準(zhǔn)確性，需要控制橡膠關(guān)節(jié)芯軸平面和軸箱體中心線的平行度在0.3mm以下。

1.2 轉(zhuǎn)臂式軸箱關(guān)節(jié)更換裝置初期方案設(shè)計(jì)

從上述分析可知，轉(zhuǎn)臂式軸箱關(guān)節(jié)更換裝置在進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)最關(guān)鍵的問題就是要確保裝配之后能夠保證橡膠關(guān)節(jié)的對(duì)稱度以及平行度，除此之外更換裝置也要具有足夠的剛度和穩(wěn)定性，以便橡膠關(guān)節(jié)可以有效壓入壓出。為了滿足城軌車輛轉(zhuǎn)臂式軸箱關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及裝配工藝方面的要求，橡膠關(guān)節(jié)更換裝置要包括壓裝平臺(tái)、導(dǎo)向定位部分、壓入壓出機(jī)構(gòu)等多部分，關(guān)節(jié)更換裝置初期設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

從圖1中能夠得知壓裝平臺(tái)包括底板、支撐環(huán)、吊環(huán)等多個(gè)部分，而導(dǎo)向定位部分主要包括導(dǎo)向滑塊、彈簧定位銷、導(dǎo)向銷、彈簧等等部分?？偟膩?lái)說，此設(shè)計(jì)方案得到的關(guān)節(jié)更換裝置具有如下幾方面特點(diǎn)：

第一，此設(shè)計(jì)方案采取的是軸箱體軸承安裝孔實(shí)施定位，通過軸承安裝孔端面和橡膠關(guān)節(jié)安裝孔端面實(shí)施支撐，這樣就能夠確保設(shè)計(jì)基準(zhǔn)（基準(zhǔn)A）和工藝基準(zhǔn)的一致性，從而提升了裝置使用的有效性；

第二，由于此裝置較為復(fù)雜，所以為了防止工裝受到加工誤差、裝配誤差的影響，壓裝平臺(tái)采取一體化的方式。兩個(gè)支撐環(huán)利用配鉆安裝銷軸的方式進(jìn)行定位，同時(shí)導(dǎo)向定位機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向滑塊體、導(dǎo)向銷和壓裝平臺(tái)各個(gè)部分之間實(shí)現(xiàn)高精度的配合，這樣就能夠提升橡膠關(guān)節(jié)的定位精度；

第三，為了滿足橡膠關(guān)節(jié)對(duì)稱度方面的要求，本方案設(shè)計(jì)了壓入機(jī)構(gòu)的限位裝置；

第四，為了能夠?qū)ο鹉z關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的支撐定位，本方案設(shè)定了彈簧支撐導(dǎo)向滑塊體。

2 城軌車輛轉(zhuǎn)臂式軸箱關(guān)節(jié)更換裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 城軌車輛轉(zhuǎn)臂式軸箱關(guān)節(jié)更換裝置的基本概況

城軌車輛轉(zhuǎn)臂式軸箱關(guān)節(jié)更換裝置主要采取的壓力機(jī)當(dāng)做動(dòng)力源，為了能夠更加便利的進(jìn)行使用、降低其維護(hù)費(fèi)用，完成了壓裝平臺(tái)的組裝調(diào)試之后不用對(duì)其進(jìn)行拆裝就可以直接進(jìn)行使用，這樣也能夠確保較好的壓裝精度，此種結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單并且操作便利，同時(shí)具有較高的工作精度。裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分采用的是45號(hào)鋼（優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼）進(jìn)行加工，為了提升其綜合性能需要對(duì)其進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，之后對(duì)其進(jìn)行精加工，并且完成工件加工之后為了提升其防腐性能需要對(duì)其涂抹防腐油漆處理。在進(jìn)行橡膠關(guān)節(jié)的拆解和組裝過程中無(wú)需過多復(fù)雜操作，只要對(duì)導(dǎo)向定位機(jī)構(gòu)、壓入壓出機(jī)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)單更換即可，同時(shí)在壓裝平臺(tái)上配置有多個(gè)吊環(huán)孔，以便對(duì)整個(gè)裝置進(jìn)行吊運(yùn)。

2.2 壓裝平臺(tái)

壓裝平臺(tái)是整個(gè)轉(zhuǎn)臂式軸箱關(guān)節(jié)更換裝置的基礎(chǔ)性部分，主要用于定位支撐等作用。壓裝平臺(tái)中的每部分都具有相應(yīng)的作用，兩個(gè)支撐環(huán)通過定位銷和底板定位，通過螺栓進(jìn)行連接，兩個(gè)支撐環(huán)的定位尺寸保持在400（±0.15mm）mm。支撐環(huán)一主要用在支撐軸箱體橡膠關(guān)節(jié)安裝孔端面，支撐環(huán)二主要用于定位軸箱體軸承安裝孔，這樣就可以確保設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和壓裝基準(zhǔn)的統(tǒng)一性。采用此種方式不但可以有效降低零件的加工成本，同時(shí)能夠確保組裝之后的較高精度。另外，吊環(huán)螺栓主要用于整個(gè)壓裝平臺(tái)的起吊運(yùn)輸，支撐螺栓主要用于支撐軸箱體偏載重量。

2.3 壓入壓出機(jī)構(gòu)

壓入壓出機(jī)構(gòu)的作用主要是為了將橡膠關(guān)節(jié)壓入或者壓出到軸箱體當(dāng)中，需要在壓入壓出機(jī)構(gòu)中設(shè)置限位機(jī)構(gòu)，能夠確保壓裝過程中的自動(dòng)限位，這樣就可以確保軸箱體和橡膠關(guān)節(jié)裝配后平行度和對(duì)稱度的要求。

2.4 彈簧設(shè)計(jì)計(jì)算

對(duì)于城軌車輛轉(zhuǎn)臂式軸箱關(guān)節(jié)更換裝置的結(jié)構(gòu)分析可知，彈簧克服的最小載荷為導(dǎo)向滑塊以及橡膠關(guān)節(jié)所具有的重量（P1=205.8N），最小的載荷高度為橡膠關(guān)節(jié)和軸箱體相接位置的初始?jí)貉b位置（H1=180mm），按照橡膠關(guān)節(jié)的壓入量能夠計(jì)算出彈簧的工作行程（h=93.5mm），以上述條件為基礎(chǔ)，相關(guān)設(shè)計(jì)人員需要通過《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》來(lái)確定出彈簧的具體參數(shù)，包括材料直徑d=6mm，彈簧中徑D=70mm，彈簧材料65Mn，彈簧有限圈數(shù)n=8，工作極限載荷下單圈變形量20.53mm以及切變模量G=79kMPa，得出具體的參數(shù)之后，需要將其帶入公式計(jì)算彈簧的剛度為4.66N/mm、自由高度224.1為mm以及節(jié)距為26.38mm，最后還要檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的彈簧是否符合標(biāo)準(zhǔn)，通過計(jì)算最小載荷高度176mm以及最大載荷436N,所以彈簧設(shè)計(jì)滿足標(biāo)準(zhǔn)。

3 進(jìn)行實(shí)物的驗(yàn)證

按照以上設(shè)計(jì)內(nèi)容為基礎(chǔ)制作出一整套城軌車輛轉(zhuǎn)臂式軸箱關(guān)節(jié)更換裝置，同時(shí)采用此更換裝置對(duì)于實(shí)際產(chǎn)品實(shí)施組裝實(shí)驗(yàn)，以便確定所設(shè)計(jì)裝置的有效性。具體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果為：軸箱體壓裝橡膠關(guān)節(jié)之后很難順利將其取出，主要是由于橡膠關(guān)節(jié)受到了導(dǎo)向滑塊體的影響而無(wú)法順利取出。針對(duì)此種問題可以采取如下解決措施：

進(jìn)一步提升圖4中導(dǎo)向滑塊體和導(dǎo)向銷的加工精度，同時(shí)有效降低導(dǎo)向滑塊體和橡膠關(guān)節(jié)的接觸面積。在此基礎(chǔ)上需要在支撐環(huán)一的下部設(shè)置通孔來(lái)防止壓裝之后因?yàn)橹苇h(huán)一內(nèi)外壓差而造成橡膠關(guān)節(jié)無(wú)法取出的問題。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文主要分析了軸箱體以及橡膠關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)性特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上提出了轉(zhuǎn)臂式軸箱關(guān)節(jié)更換裝置設(shè)計(jì)方案，同時(shí)對(duì)于具體方案進(jìn)行了驗(yàn)證及改善，能夠?qū)貉b工藝進(jìn)行優(yōu)化，可以進(jìn)一步提升城軌車輛轉(zhuǎn)臂式軸箱關(guān)節(jié)壓裝精度和效率，對(duì)于推動(dòng)城軌發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)意義。