關(guān)于鐵路客車輪對(duì)軸端軸箱蓋螺栓擰緊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的研究

費(fèi)振佳

摘要：在鐵路客車輪對(duì)組裝、軸端和軸箱蓋螺栓組裝中，軸端和軸箱蓋螺栓的裝配屬于關(guān)鍵工藝，因此對(duì)相關(guān)配套設(shè)備的智能化程度、扭矩控制精度、裝配質(zhì)量、噪音等都有較高要求?；诠驹跈C(jī)車車輛螺紋連接裝備方面的應(yīng)用以及智能控制、精確扭矩測(cè)量、軟件開發(fā)等方面積累的豐富經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合“唐客軸承智能扳機(jī)”這一項(xiàng)目，簡單分析一下輪對(duì)軸端軸箱蓋螺栓擰緊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，為下一步做出更完善的擰緊系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：鐵路客車;軸端軸箱蓋螺栓;螺紋擰緊;SolidWorks

1 ?結(jié)構(gòu)概述

本文研究的輪對(duì)軸端軸箱蓋螺栓擰緊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由鋼結(jié)構(gòu)軌道系統(tǒng)、吊掛升降機(jī)構(gòu)、擰緊箱體組件及控制柜等部分組成，專用于鐵路客車輪對(duì)軸端、軸箱蓋螺栓（每條輪對(duì)共有2個(gè)軸端、軸箱）組裝作業(yè)。軸端箱體由3個(gè)單獨(dú)的擰緊軸組成，軸箱蓋箱體由4個(gè)單獨(dú)的擰緊軸組成，工作時(shí)可適應(yīng)GB/T12814、CCKZ43-20-06、TSZT20-99-100A輪對(duì)3顆軸端螺栓和4顆軸箱螺栓的工況。鋼結(jié)構(gòu)形式采用桁架式，其上裝有軌道系統(tǒng)、吊掛升降機(jī)構(gòu)及箱體組件等。吊掛升降機(jī)構(gòu)主要用升降氣缸、氣控箱、防墜器、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、空壓蝶式制動(dòng)器等組成。升降氣缸用來實(shí)現(xiàn)箱體的上升和下降，升降平穩(wěn)，無沖擊。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可使擰緊箱體在一定角度內(nèi)旋轉(zhuǎn)，保證輪對(duì)在軌道上不一定擺正和左右兩端能夠兼顧的情況下的正常擰緊作業(yè)要求;空壓蝶式制動(dòng)器可在擰緊過程中整體抱死機(jī)構(gòu)，防止在最終扭矩到達(dá)時(shí)設(shè)備產(chǎn)生不必要的晃動(dòng)，系統(tǒng)具有極高的可靠性、安全性。箱體組件作為該設(shè)備的主體，主要由擰緊軸、前后安裝板、后懸臂、外罩、操作手柄、環(huán)柄、套筒等組成。其中，擰緊軸作為螺栓擰緊作業(yè)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)行星齒輪減速器的方式完成擰緊作業(yè)，其上安裝有扭矩傳感器，可實(shí)時(shí)檢測(cè)擰緊螺栓的扭矩值，以保證軸端螺栓擰緊的工藝要求。

2 ?工作流程概述

本文研究的智能螺栓擰緊機(jī)的工作過程如下：操作員刷卡后，在操作盒上選擇車型，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用相應(yīng)的程序，扭矩相應(yīng)的也自動(dòng)切換，手工更換相對(duì)應(yīng)的套筒，具有防錯(cuò)功能;調(diào)節(jié)升降機(jī)構(gòu)，至擰緊軸與軸端螺栓高度基本一致，開始進(jìn)行擰緊工作，流程如圖2。

3 ?鐵路客車軸端軸箱部分?jǐn)Q緊技術(shù)參數(shù)

鐵路客車軸端軸箱部分?jǐn)Q緊技術(shù)參數(shù)見表1。

4 ?性能指標(biāo)

①電源：三相380V±10%，頻率50Hz±0.5Hz;

②設(shè)備總功率：≥10kW;

③環(huán)境溫度：-5～45℃;

④氣源壓力：≥0.5±0.1MPa;

⑤扭矩范圍：50～350N·m;

⑥扭矩控制精度：≤±2.5%;

⑦轉(zhuǎn)角控制精度：≤±1°;

⑧擰緊軸最高轉(zhuǎn)速：220rpm;

⑨智能扳機(jī)中心高升降行程：1000mm;

⑩設(shè)備工作軸數(shù)：3+4。

5 ?系統(tǒng)關(guān)鍵組成部分的結(jié)構(gòu)功能

5.1 箱體組件

箱體組件由前后連接板、后懸臂、操作手柄、環(huán)柄、外罩、擰緊軸、套筒等組成;該設(shè)備能夠完成輪對(duì)軸端螺栓的高效、可靠的緊固作業(yè)，并能夠完成輪對(duì)每個(gè)軸端上3個(gè)螺栓規(guī)格、軸箱蓋上4個(gè)螺栓規(guī)格的緊固作業(yè)。其中的顯示單元可以顯示擰緊完成的最終扭矩值及合格綠燈，顯示直觀易懂。

5.2 吊掛升降機(jī)構(gòu)

升降機(jī)構(gòu)用來控制箱體組件的上下升降，以適應(yīng)不同輪對(duì)中心高的需求。升降機(jī)構(gòu)主要用升降氣缸、氣控箱、防墜器、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、空壓蝶式制動(dòng)器等組成。旋轉(zhuǎn)組件可使智能扳機(jī)在一定角度內(nèi)旋轉(zhuǎn)，保證輪對(duì)在軌道上不一定擺正和左右兩端能夠兼顧的情況下的正常擰緊作業(yè)要求;空壓蝶式制動(dòng)器可在擰緊過程中整體抱死機(jī)構(gòu)，防止在最終扭矩到達(dá)時(shí)設(shè)備產(chǎn)生不必要的晃動(dòng)，系統(tǒng)具有極高的可靠性、安全性。

升降行程為1000mm;旋轉(zhuǎn)角度≥200°。

6 ?關(guān)鍵受力部件的有限元分析

設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以Solidworks為平臺(tái)，并采用Solidworks Simulation進(jìn)行了所有關(guān)鍵部件的有限元分析。圖5為對(duì)鋼結(jié)構(gòu)橫撐的分析圖解，根據(jù)有限元分析結(jié)果合理地進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料選擇，并運(yùn)用Simulation進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)橫撐可靠性分析。由圖6可以看出最大應(yīng)力處的應(yīng)力值為108MPa，小于材料的屈服應(yīng)力235MPa。位移量如圖7所示，由圖可知，最大變形量為2.597e-001mm，為安全量。

7 ?結(jié)論

①本文介紹了鐵路客車軸端軸箱蓋螺栓擰緊系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案，并已成功地運(yùn)行于各個(gè)大功率機(jī)車、動(dòng)車檢修基地和機(jī)務(wù)段以及新造廠的軸端軸箱蓋螺栓裝配線上，通過該設(shè)備的應(yīng)用，大大提高了裝配精度和生產(chǎn)率，穩(wěn)定了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。②該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的研究，對(duì)軸端軸箱蓋螺栓擰緊設(shè)備的研制及發(fā)展起到重要的推動(dòng)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[2]曾文忠.基于Solidworks對(duì)機(jī)械零件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2012，34（4）：62.

[3]濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].七版.高等教育出版社，2001.

[4]周瑩.鐵路客車電氣綜合控制柜空調(diào)機(jī)組的保護(hù)探討[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2017（11）：26.