安全索端頭與鋼絲繩連接淺析

摘 要：安全索是鐵路車輛轉(zhuǎn)向架上的一種重要配件，特別是用于轉(zhuǎn)K2型轉(zhuǎn)向架及轉(zhuǎn)K6型轉(zhuǎn)向架。安全索由鋼絲繩、端頭和接頭組成，分為鋼絲繩與端頭的連接緊固和鋼絲繩與接頭連接緊固，該文以安全索端頭與鋼絲繩連接緊固效果為研究對(duì)象，通過工藝手段進(jìn)行分析分析不合格品產(chǎn)生原因，通過計(jì)算得出合理的擠壓力，選用合適的生產(chǎn)設(shè)備。利用計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)建立安全索端頭的冷擠壓模型，采用有限元分析端頭擠壓變形后尺寸的變化和擠壓力的變化，通過對(duì)不同尺寸的端頭模型分析，選用合理的端頭尺寸范圍和鋼絲繩尺寸范圍。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于端頭加工后出現(xiàn)尺寸誤差，在一定的公差范圍為，加工出不同直徑的端頭進(jìn)行試驗(yàn)，得出合理的公差范圍，確保安全索端頭與鋼絲繩連接后的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：安全索 端頭 鋼絲繩

中圖分類號(hào)：U298 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）04（a）-0087-01

鐵路車輛轉(zhuǎn)向架安全索是鐵路車輛上的一種重要配件，由2根鋼絲繩、2個(gè)端頭和7個(gè)接頭組成。端頭材質(zhì)BL2，接頭材質(zhì)6063-O，鋼絲繩規(guī)格4ZBB6x19+1WS1770ZS滿足〈GB/T8918-1996〉。常用于鐵路車輛的轉(zhuǎn)向架，特別是用于轉(zhuǎn)K2型轉(zhuǎn)向架及轉(zhuǎn)K6型轉(zhuǎn)向架。[1]鋼絲繩與端頭生產(chǎn)在實(shí)際生產(chǎn)存在著很多影響質(zhì)量的問題。

1 安全索的組成和標(biāo)準(zhǔn)

（1）單根安全索承受10KN軸向拉力時(shí)，安全索不得破壞。安全索組裝后，承受20KN拉力時(shí)，安全索不得破壞，安全索端頭和接頭不抽脫和滑移。

（2）鋼絲繩端面深入端頭孔不小于15mm。

2 端頭與鋼絲繩工藝分析

為保證安全索的生產(chǎn)質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，將鋼絲繩與端頭擠壓設(shè)為關(guān)鍵工序，嚴(yán)格控制產(chǎn)品質(zhì)量。

鋼絲繩加工后兩端尺寸的直徑和狀態(tài)是鋼絲繩穿入端頭的關(guān)鍵，因此鋼絲繩的生產(chǎn)工藝很關(guān)鍵，為了保證鋼絲繩和端頭連接緊固，必須把端頭內(nèi)孔加工的足夠小，證鋼絲繩的端面不分股，方便穿入。采用熔斷工藝時(shí)，要減少氧化距離，如果氧化過長(zhǎng)，在拉力試驗(yàn)過程中極易被拉斷，不能滿足生產(chǎn)要求。且要經(jīng)常對(duì)熔斷胎具進(jìn)行清理，使鋼絲繩切割后鋼絲繩凝固端面不產(chǎn)生不規(guī)則堆積，使直徑變大，減少二次處理幾率。如果采用鋼絲繩直接切斷工藝，要確定鋼絲繩在周轉(zhuǎn)和組裝時(shí)不開股，且組裝后鋼絲繩另一端不暴露在接頭外部的情況，防止給操作者生產(chǎn)和轉(zhuǎn)序過程中對(duì)身體造成傷害。

由于同一型號(hào)的鋼絲繩的直徑有一定的偏差，所以采用熔斷工藝時(shí)，要盡量采購?fù)慌蔚匿摻z繩，如果鋼絲繩直徑發(fā)生改變，要及時(shí)更換端頭內(nèi)孔直徑和熔斷機(jī)胎具。

在設(shè)計(jì)新型安全索的時(shí)候要根據(jù)技術(shù)要求，先計(jì)算端頭擠壓所需擠壓力。先依劇要求初步選定端頭的外形尺寸，先假定擠壓后的端頭和鋼絲繩的外形尺寸。利用擠壓變形的計(jì)算方法先初步計(jì)算出擠壓所需壓力在于實(shí)際應(yīng)用所需進(jìn)行檢驗(yàn)。

通過計(jì)算可以得出端頭所需擠壓力，外徑10.6mm左右的端頭，所需擠壓力大約在250kN左右，由于實(shí)際生產(chǎn)中端頭和鋼絲繩直徑不同，所需擠壓力也會(huì)不同。

3 利用有限元方法分析端頭擠壓變形，確定端頭尺寸

利用有限元分析可以檢驗(yàn)所需擠壓力的大小和端頭所需大小，通過不同尺寸的端頭有限元分析，選擇合適的端頭尺寸。端頭材質(zhì)為標(biāo)準(zhǔn)件用碳素鋼熱軋圓鋼，設(shè)置參數(shù)有限元分析數(shù)值。端頭擠壓時(shí)受到上端面的均布正擠壓力，下端通過擠壓模限位部分時(shí)受到反擊壓力，產(chǎn)生縮頸，小于擠壓模限位尺寸的部分不受力，不產(chǎn)生變形，不會(huì)影響計(jì)算結(jié)果，針對(duì)外徑11mm，內(nèi)徑4.3mm的模型，根據(jù)模型的約束條件與加載條件將已變形部位最小尺寸為分界線，去掉下端不受力的錐形部分。安全索端頭剖分后，可得安全索端頭的共剖分成8784個(gè)單元。

通過對(duì)比分析，得出適當(dāng)減小安全索端頭的直徑，至多減少0.4mm，安全索端頭對(duì)內(nèi)徑中鋼絲繩的壓力依舊滿足安全索的軸向拉力指標(biāo)。結(jié)合沖壓機(jī)總壓力的經(jīng)驗(yàn)公式，選取合適的端頭外徑尺寸Φ11.4mm～Φ11.5mm和內(nèi)徑尺寸Φ4.2mm～Φ14.3mm。通過有限元分析在適當(dāng)減小安全索端頭的直徑的基礎(chǔ)上，確保端頭擠壓后的能夠有效降低沖壓機(jī)的磨損。

為確保實(shí)際生產(chǎn)過程中可能由于生產(chǎn)誤差生產(chǎn)出不同直徑的端頭，根據(jù)計(jì)算結(jié)果和以往經(jīng)驗(yàn)，選取4種直徑的端頭各10件進(jìn)行擠壓，分別為Φ11.3mm、Φ11.4mm、Φ11.5mm、Φ11.6mm，擠壓后直徑為Φ9.98mm，拉力試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，Φ11.4mm、Φ11.5mm兩種拉力試驗(yàn)效果最好，擠壓后端頭長(zhǎng)度28+2mm，擠壓前端頭外徑選Φ11.4mm所以端頭總長(zhǎng)為26.5mm為最佳長(zhǎng)度?？紤]到圓端尾端要倒角，生產(chǎn)后會(huì)產(chǎn)生毛刺，所以尺寸為26.5+0.5mm，端頭圓端長(zhǎng)度取10mm之間最好。圓端直徑選定4種尺寸9.5mm、9.7mm、10mm、10.3mm經(jīng)擠壓后，擠壓后端頭長(zhǎng)度均符合要求，但考慮到內(nèi)孔長(zhǎng)度越長(zhǎng)，鋼絲繩與端頭的摩擦力越多，選定直徑10.3mm最合適。當(dāng)選定為10mm時(shí)選定縮徑后發(fā)現(xiàn)擠壓后直徑伸長(zhǎng)量為3mm左右，考慮到鋼絲繩加工后氧化長(zhǎng)度3mm左右，為保證鋼絲繩實(shí)與端頭有效長(zhǎng)度，端頭擠壓前鉆孔18mm，端頭擠壓后，內(nèi)孔縮小變?yōu)棣?.6mm。鋼絲繩與端頭緊密連接，繩股間產(chǎn)生凹槽。按此尺寸加工后的端頭后經(jīng)擠壓后，拉力試驗(yàn)合格。

4 結(jié)語

經(jīng)過生產(chǎn)驗(yàn)證，上述改進(jìn)方案能夠滿足安全索制造的技術(shù)要求。通過擠壓力計(jì)算和有限元分析可以得到所需端頭和鋼絲繩尺寸，和所需設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)，減少生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。另外本文可以對(duì)鋼絲繩連接和擠壓件生產(chǎn)可以提供一些幫助。

參考文獻(xiàn)

[1] 祁忠星.鐵路貨車用K2轉(zhuǎn)向架安全索制造工藝研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（13）：55-56.