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

對于城軌車輛來說，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作用力傳遞到構(gòu)架上而完成車輛的牽引和制動，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）實現(xiàn)柔性連接，此種連接方式不會產(chǎn)生摩擦所以并不用潤滑，具有較強的振動緩沖作用。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其進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、準確、高效的對橡膠關(guān)節(jié)進行更換，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

對于城軌車輛來說，為了確保運行過程中部件的穩(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。

按照基本設計要求可知，在進行軸箱體和橡膠關(guān)節(jié)裝配過程中，在長度方向橡膠關(guān)節(jié)和軸箱體兩側(cè)壓裝深度相同，控制其對稱度為0.3mm。需要注意的是，在對橡膠關(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計

從上述分析可知，轉(zhuǎn)臂式軸箱關(guān)節(jié)更換裝置在進行方案設計時最關(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)設計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、導向定位部分、壓入壓出機構(gòu)等多部分，關(guān)節(jié)更換裝置初期設計方案如圖1所示。

從圖1中能夠得知壓裝平臺包括底板、支撐環(huán)、吊環(huán)等多個部分，而導向定位部分主要包括導向滑塊、彈簧定位銷、導向銷、彈簧等等部分?？偟膩碚f，此設計方案得到的關(guān)節(jié)更換裝置具有如下幾方面特點：

第一，此設計方案采取的是軸箱體軸承安裝孔實施定位，通過軸承安裝孔端面和橡膠關(guān)節(jié)安裝孔端面實施支撐，這樣就能夠確保設計基準（基準A）和工藝基準的一致性，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，壓裝平臺采取一體化的方式。兩個支撐環(huán)利用配鉆安裝銷軸的方式進行定位，同時導向定位機構(gòu)的導向滑塊體、導向銷和壓裝平臺各個部分之間實現(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)對稱度方面的要求，本方案設計了壓入機構(gòu)的限位裝置；

第四，為了能夠?qū)ο鹉z關(guān)節(jié)實現(xiàn)動態(tài)的支撐定位，本方案設定了彈簧支撐導向滑塊體。

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

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當做動力源，為了能夠更加便利的進行使用、降低其維護費用，完成了壓裝平臺的組裝調(diào)試之后不用對其進行拆裝就可以直接進行使用，這樣也能夠確保較好的壓裝精度，此種結(jié)構(gòu)相對簡單并且操作便利，同時具有較高的工作精度。裝置的機械結(jié)構(gòu)部分采用的是45號鋼（優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼）進行加工，為了提升其綜合性能需要對其進行調(diào)質(zhì)處理，之后對其進行精加工，并且完成工件加工之后為了提升其防腐性能需要對其涂抹防腐油漆處理。在進行橡膠關(guān)節(jié)的拆解和組裝過程中無需過多復雜操作，只要對導向定位機構(gòu)、壓入壓出機構(gòu)進行簡單更換即可，同時在壓裝平臺上配置有多個吊環(huán)孔，以便對整個裝置進行吊運。

2.2 壓裝平臺

壓裝平臺是整個轉(zhuǎn)臂式軸箱關(guān)節(jié)更換裝置的基礎性部分，主要用于定位支撐等作用。壓裝平臺中的每部分都具有相應的作用，兩個支撐環(huán)通過定位銷和底板定位，通過螺栓進行連接，兩個支撐環(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，這樣就可以確保設計基準和壓裝基準的統(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)螺栓主要用于整個壓裝平臺的起吊運輸，支撐螺栓主要用于支撐軸箱體偏載重量。

2.3 壓入壓出機構(gòu)

壓入壓出機構(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中，需要在壓入壓出機構(gòu)中設置限位機構(gòu)，能夠確保壓裝過程中的自動限位，這樣就可以確保軸箱體和橡膠關(guān)節(jié)裝配后平行度和對稱度的要求。

2.4 彈簧設計計算

對于城軌車輛轉(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壓裝位置（H1=180mm），按照橡膠關(guān)節(jié)的壓入量能夠計算出彈簧的工作行程（h=93.5mm），以上述條件為基礎，相關(guān)設計人員需要通過《機械設計手冊》來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，最后還要檢驗設計的彈簧是否符合標準，通過計算最小載荷高度176mm以及最大載荷436N,所以彈簧設計滿足標準。

3 進行實物的驗證

按照以上設計內(nèi)容為基礎制作出一整套城軌車輛轉(zhuǎn)臂式軸箱關(guān)節(jié)更換裝置，同時采用此更換裝置對于實際產(chǎn)品實施組裝實驗，以便確定所設計裝置的有效性。具體的實驗結(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)受到了導向滑塊體的影響而無法順利取出。針對此種問題可以采取如下解決措施：

進一步提升圖4中導向滑塊體和導向銷的加工精度，同時有效降低導向滑塊體和橡膠關(guān)節(jié)的接觸面積。在此基礎上需要在支撐環(huán)一的下部設置通孔來防止壓裝之后因為支撐環(huán)一內(nèi)外壓差而造成橡膠關(guān)節(jié)無法取出的問題。

4 結(jié)束語

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，在此基礎上提出了轉(zhuǎn)臂式軸箱關(guān)節(jié)更換裝置設計方案，同時對于具體方案進行了驗證及改善，能夠?qū)貉b工藝進行優(yōu)化，可以進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，對于推動城軌發(fā)展具有現(xiàn)實意義。