牽引桿掛車轉(zhuǎn)盤抗傾翻能力試驗研究

宋新華，文春景

（山東省交通科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250031）

引言

由于牽引桿掛車的制造成本低、列車運(yùn)行燃油經(jīng)濟(jì)性好，得到了市場的認(rèn)可。牽引桿掛車的關(guān)鍵是牽引桿掛車轉(zhuǎn)盤，在掛車中起著承載徑向載荷和水平推力的作用，決定汽車列車的運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性。二十世紀(jì)七十至九十年代，我國機(jī)械加工能力和水平處于起步階段，轉(zhuǎn)盤的制作加工處于很低的水平。由于轉(zhuǎn)盤的技術(shù)水平低，造成了列車在轉(zhuǎn)彎運(yùn)行或者緊急制動時，轉(zhuǎn)盤發(fā)生破壞，上下轉(zhuǎn)盤脫開造成掛車側(cè)翻或者導(dǎo)致安全事故；由于轉(zhuǎn)盤的上下轉(zhuǎn)盤軸向和徑向間隙過大，造成掛車后軸擺動量過大，影響其他車輛正常行駛。隨著高速公路運(yùn)輸?shù)钠占埃珤燔嚨陌踩院头€(wěn)定性帶來了高速行駛的安全隱患，被相關(guān)部門禁止行駛，從而造成全掛汽車列車的市場萎縮，影響了全掛車列車的發(fā)展。

1 牽引桿掛車轉(zhuǎn)盤傾覆因素分析

牽引桿掛車轉(zhuǎn)盤是一種適用于汽車、拖拉機(jī)運(yùn)用的全掛車轉(zhuǎn)盤，該轉(zhuǎn)盤的上、下法蘭盤之間設(shè)有含滾珠的環(huán)形滾道。轉(zhuǎn)盤通過滾珠支撐，具有轉(zhuǎn)向和承受力的作用。滾珠既承受來自掛車重量的垂直力，也承受來自牽引和制動的水平力。由于滾珠與環(huán)形滾道之間具有間隙，造成列車運(yùn)行過程中的左右擺動；在遇到緊急情況下列車側(cè)翻時，造成轉(zhuǎn)盤傾覆，從而上下法蘭盤脫開。這兩種情況給列車運(yùn)行安全帶來了極大的安全隱患。

1.1 轉(zhuǎn)盤軸向和徑向間隙過大造成轉(zhuǎn)盤傾覆

作為轉(zhuǎn)盤使用的支承軸承，由于采用了軸承的相關(guān)規(guī)范，嚴(yán)格控制了軸向和徑向間隙，具有很高的抗傾覆能力。而牽引桿掛車轉(zhuǎn)盤，沒有參照軸承的要求，其相關(guān)的軸向徑向間隙和受力等都存在一定的缺陷，加之制作技術(shù)落后，為了讓轉(zhuǎn)盤在額定工作載荷下能靈活運(yùn)轉(zhuǎn)，生產(chǎn)的轉(zhuǎn)盤軸向和徑向間隙普遍大于1.5 mm。

1.2 牽引桿轉(zhuǎn)盤的球墨鑄鐵滾道沒熱處理

牽引桿掛車轉(zhuǎn)盤大多是球墨鑄鐵制造的，內(nèi)滾道不進(jìn)行熱處理，造成過度磨損。磨損后的轉(zhuǎn)盤間隙進(jìn)一步加大，增大了傾翻的發(fā)生。檢測發(fā)現(xiàn)，磨損后的轉(zhuǎn)盤，其軸向和徑向間隙在2 ～2.5 mm 之間。

2 新型牽引桿轉(zhuǎn)盤抗傾翻試驗

針對牽引桿轉(zhuǎn)盤易傾翻問題，通過大量的現(xiàn)場考察調(diào)研發(fā)現(xiàn)，大量的轉(zhuǎn)盤傾覆造成上下轉(zhuǎn)盤脫開的原因是軸向和徑向間隙過大。參考《回轉(zhuǎn)支承》（JB/T2300—2011）的技術(shù)要求，試制了牽引桿轉(zhuǎn)盤[1]。分別是單排四點(diǎn)角接觸球式轉(zhuǎn)盤、雙排同徑四點(diǎn)角接觸球式轉(zhuǎn)盤、雙排異徑球式轉(zhuǎn)盤。軸向間隙控制在0.25 mm 內(nèi)，徑向間隙控制在0.35 mm 內(nèi)，對滾道進(jìn)行了熱處理，硬度達(dá)到了55 HRC，有效硬度達(dá)到48 HRC 以上的層深度＞3.0 mm。回轉(zhuǎn)支承可以同時承受較大的軸向、徑向負(fù)荷和傾覆力矩，按照要求制作的轉(zhuǎn)盤應(yīng)具有相同的功能。試制的轉(zhuǎn)盤檢測數(shù)據(jù)見表1。

表1 牽引桿轉(zhuǎn)盤技術(shù)數(shù)據(jù)測量結(jié)果/mm

2.1 傾覆力矩試驗

傾覆力矩是回轉(zhuǎn)支承的重要技術(shù)指標(biāo)。作為牽引桿掛車轉(zhuǎn)盤，因制作材料多為球墨鑄鐵，與軸承鋼制作的回轉(zhuǎn)支承相比，其剛度和屈服強(qiáng)度是有差別的。為驗證材料不同而造成的抗傾翻能力的不同，制作了傾覆力矩試驗裝置，對牽引桿掛車轉(zhuǎn)盤的傾覆力矩進(jìn)行試驗。

2.2 傾覆力矩試驗測試原理

傾覆力矩試驗采用錨桿拉拔儀作為加力和測力合一的測量儀器，上支架為加力裝置，下支架為固定裝置，上下支架與轉(zhuǎn)盤之間通過安裝孔用相應(yīng)的螺栓進(jìn)行緊固連接，拉拔儀安裝在上下支架延伸處，以便施加一定的力，產(chǎn)生傾覆力矩。原理見圖1。

圖1 傾覆力矩試驗原理

2.3 傾覆力矩試驗

試驗選用雙排異徑球式轉(zhuǎn)盤，在所有型式的轉(zhuǎn)盤中，雙排異徑球式理論上抗傾覆能力最差。因為在雙排異徑球中，其中一排異徑球承受壓力，不能承受抗傾覆力矩。采用的加力點(diǎn)與轉(zhuǎn)盤中心距離為1 200 mm，拉拔儀的最大施加力為200 kN，見圖2。

圖2 傾覆力矩試驗

2.4 試驗結(jié)果

采用破壞性試驗，獲得了最大傾覆力矩，最終有一個螺栓被拉開。試驗結(jié)果見表2，被破壞的轉(zhuǎn)盤見圖3。

表2 牽引桿掛車轉(zhuǎn)盤傾覆力矩試驗結(jié)果

圖3 最大傾覆力矩試驗受損轉(zhuǎn)盤

3 結(jié)語

為了驗證牽引桿轉(zhuǎn)盤掛車在發(fā)生事故時，轉(zhuǎn)盤的上下盤被脫開的原因，進(jìn)行了相關(guān)試驗。從試驗結(jié)果來看，嚴(yán)格按照《支承軸承》（JB/T2300—2011）標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的牽引桿轉(zhuǎn)盤，抗傾覆力矩能力非常強(qiáng)大，最終螺栓被拉開，法蘭部分稍見變形損壞，但轉(zhuǎn)盤的上下盤沒有脫開，可見過去生產(chǎn)的轉(zhuǎn)盤，沒有安裝軸承的要求進(jìn)行設(shè)計制造，所制造的轉(zhuǎn)盤不具備抗傾覆能力。