制動連桿襯套裝配后內孔與螺栓桿配合間隙的研究

汪 鵬 王賢龍 梅卓民

(中車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司 江蘇 常州 213011)

0 引言

制動連桿上的襯套壓裝采用過盈配合，裝配時利用壓裝設備將襯套壓入到制動連桿上的配合孔內。襯套在壓裝時變形，導致襯套的內徑尺寸在壓裝過程中發生改變是個不可忽視的問題，將直接影響襯套內孔與螺栓桿之間的配合間隙。壓裝過盈量越大，襯套變形量也越大，對襯套內徑尺寸的收縮量影響也越大。下文將對壓裝時襯套內徑尺寸的收縮量進行分析。

1 制動連桿運用工況

制動連桿是制動夾鉗的主要部件，其一端連接車輛轉向架構架的前吊掛點安裝孔，另一端連接制動夾鉗的閘片安裝托。為了減小制動連桿與閘片安裝托之間的摩擦，提高閘片安裝托的壽命，降低制動鉗體的故障率，在制動連桿兩側的配合孔內安裝了襯套[1]。

制動連桿運用時，隨著列車運行方向的變化，在制動夾鉗制動過程中交替承受制動壓應力和制動拉應力。同時，為保證制動夾鉗的動作靈敏性，制動連桿兩端鉸接處均為間隙配合，列車在運行過程中的沖擊和振動情況也會增加襯套和制動連接螺栓的磨損。因此，需要設計合理的、滿足以上運用工況使用要求的襯套與螺栓桿的配合間隙(見圖1)。

圖1 制動連桿運用工況示意圖

2 襯套內孔收縮量計算

襯套和制動連桿采用H7/y6的過盈配合進行壓裝，襯套外圓柱面與制動連桿內壁面之間存在徑向壓力的作用，襯套安裝后內徑尺寸發生收縮。假設襯套為理想的圓柱體，制動連桿內壁為理想的圓柱面，制動連桿和襯套的相關尺寸、性能參數如表1所示。

表1 襯套和制動連桿尺寸、性能參數列表

利用彈性力學相關理論可得出如下公式：

(1)

(2)

其中Δ總=Δ1+Δ2，且考慮在p的徑向壓力作用下，襯套內孔直徑對應收縮量ε可按照下列彈性力學公式進行計算：

(3)

由上述(1)、(2)、(3)式可得：

(4)

又根據機械設計理論公式

γ=2r·d·d內γ′-β(Rz1+Rz2)

(5)

其中γ′為襯套外徑與制動連桿內徑的設計過盈量，系數β可根據裝配方法確定，采用壓入法壓裝時β=1.2，Rz1和Rz2分別為襯套外圓柱面和制動連桿內圓柱面的表面不平度的平均高度。由此，可得出襯套內孔直徑最大收縮量和最小收縮量的計算公式：

(6)

螺栓桿的直徑為Y，結合公式(6)可得出制動連桿襯套裝配后內孔與螺栓桿配合間隙值X：

(7)

因此可見，可用公式(7)可用于指導制動連桿襯套裝配后內孔與螺栓桿的實際間隙值計算和校核。

3 襯套內孔與螺栓桿配合間隙設計值校核

根據公式(7)計算制動連桿襯套裝配后內孔與螺栓桿配合的間隙值，其配合間隙計算值在0.153～0.266 mm范圍內變化，屬于較大間隙的配合，符合制動連桿在長周期惡劣工況下運用的工況。由于螺栓桿選用優質合金鋼材料，并對運動表面進行了表面高頻淬火處理，性能較襯套更為優越，因此重點對所設計的制動連桿上的襯套的尺寸值進行驗證。

3.1 實際壓裝過盈量的試驗驗證

選用H7/y6配合的最大和最小過盈量兩種情況，并考慮襯套內孔公差的前提下，選配合適的襯套和制動連桿進行壓裝試驗，分別測量壓裝前和壓裝后的襯套內徑收縮量，多組試驗實測間隙平均值為0.155～0.249 mm。與理論計算值基本一致。

3.2 磨損類型分析

襯套主要承受制動連桿的拉力和壓力，在交變接觸壓力的作用下，襯套表面因疲勞而產生物質損失，這部分磨損是襯套的疲勞磨損[2]。

襯套和制動連桿在外界變動負荷影響下，有小振幅的相對振動，襯套表面因振動產生大量的微小氧化物磨損粉末，這部分磨損是微動磨損。

3.3 磨損率的驗證

模擬襯套承受的交變接觸壓力和沖擊振動工況，設計了一套模擬制動連桿和襯套工作狀態的試驗設備(見圖2)，并進行了襯套模擬磨耗試驗。

圖2 襯套耐磨試驗

試驗前后襯套的質量和內徑尺寸測量結果如表2所示，試驗前后襯套的質量磨損量為0.313 g；尺寸的磨損量為0.026 5 mm。

表2 試驗前后襯套的質量和內徑尺寸

3.4 動作疲勞試驗驗證

將組裝有該配合間隙制動連桿的制動鉗體依次

進行沖擊和振動試驗，以及不少于200萬次的動作疲勞試驗后，檢查制動連桿轉動靈活，發生橫向位移后基本能夠自動復位至中間狀態；襯套軸向安裝狀態良好，未發生軸向竄動；襯套內徑表面光滑，徑向尺寸基本無變化，最大和最小直徑相差0.02 mm；試驗前和試驗后襯套質量相差1.05 g。所設計的制動連桿符合試驗驗證的要求。

3.5 裝車考核

將組裝有該配合間隙制動連桿的制動鉗體進行了裝車考核， 在運用過程中制動鉗體動作順暢， 制動功能正常。 在運用3年約120萬km的基礎上， 檢查制動鉗體轉動靈活， 襯套未發生軸向竄動， 內徑尺寸幾乎無減小， 直徑最大和最小相差0.02 mm。 因此該制動連桿無須更換襯套， 可以繼續組裝使用。

4 總結

(1)運用彈性力學和機械設計理論等相關知識，提出了制動連桿襯套和螺栓桿配合間隙的設計公式，為制動連桿等相關工況襯套的設計提供了理論依據。

(2)通過實際壓裝、磨損率測試、動作疲勞等方法驗證了所設計的制動連桿襯套轉動靈活，無軸向竄動，磨損率小，完全符合試驗驗證要求。

(3)通過120萬km裝車考核，驗證了所設計的制動連桿襯套運用正常，可滿足實際運用和檢修的要求。