軸箱內(nèi)置式轉(zhuǎn)向架輪對(duì)組裝工藝技術(shù)研究

李勇 宋小凡

摘要：軸箱內(nèi)置式轉(zhuǎn)向架將軸箱位置設(shè)計(jì)在輪對(duì)內(nèi)側(cè)，相較于現(xiàn)有的城軌、輕軌轉(zhuǎn)向架輪對(duì)有明顯的區(qū)別，其輪對(duì)組裝工藝較其他車型有明顯的區(qū)別。本文對(duì)軸箱內(nèi)置式轉(zhuǎn)向架輪對(duì)組裝工藝流程進(jìn)行分析，重點(diǎn)介紹了試制過程中的工藝難點(diǎn)及解決方案。

關(guān)鍵詞：軸箱內(nèi)置式;軸箱組裝;輪對(duì)組裝;工藝技術(shù)

中圖分類號(hào)：U270.33? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）08-0035-03

1? 概述

轉(zhuǎn)向架是支承車體、傳遞牽引及制動(dòng)力的重要零部件，通常由輪對(duì)、輪對(duì)軸箱裝置、一系懸掛裝置、二系懸掛裝置、基礎(chǔ)制動(dòng)裝置、牽引裝置等組成。軸箱在車輪外側(cè)裝配時(shí)稱為軸箱外置轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)，軸箱設(shè)計(jì)到車輪內(nèi)側(cè)，該結(jié)構(gòu)稱為軸箱內(nèi)置輪對(duì)結(jié)構(gòu)。公司中標(biāo)的某輕軌項(xiàng)目，其車輛下部限界與傳統(tǒng)城軌項(xiàng)目相比更為狹小，傳統(tǒng)的軸箱外置式轉(zhuǎn)向架超限不能適用，同時(shí)考慮到該項(xiàng)目輕量化的需求，因此采用軸箱內(nèi)置轉(zhuǎn)向架以滿足車輛限界和技術(shù)要求。該輕軌項(xiàng)目為3編組的輕軌車輛項(xiàng)目，包含8動(dòng)4拖輪對(duì)，輪對(duì)分為動(dòng)車輪對(duì)軸箱組裝、拖車輪對(duì)軸箱組裝，主要由軸盤、齒輪箱、軸箱裝置、車輪等組成。

該項(xiàng)目為公司首次采用軸箱內(nèi)置式輪對(duì)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，相較于現(xiàn)有的城軌、輕軌轉(zhuǎn)向架輪對(duì)其組裝工藝流程有明顯的區(qū)別，輪對(duì)壓裝及軸箱組裝在設(shè)計(jì)開發(fā)及生產(chǎn)制造過程中有諸多難點(diǎn)和重點(diǎn)。本文主要介紹了該項(xiàng)目輪對(duì)組裝生產(chǎn)試制過程中遇到的工藝難點(diǎn)、解決措施及采用的專用工藝裝備等。

2? 軸箱內(nèi)置式輪對(duì)組裝工藝

2.1 軸箱內(nèi)置式輪對(duì)組裝工藝流程

該輕軌項(xiàng)目首次采用軸箱內(nèi)置式輪對(duì)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，需要先壓裝軸盤、再進(jìn)行軸箱組裝，最后完成輪對(duì)組裝;根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙工藝分析，將各部件按組裝先后進(jìn)行工序劃分，其組裝工藝流程如圖1。

其中軸箱軸承壓裝、軸圈尺寸配磨、車輪壓裝定位及內(nèi)側(cè)距控制、輪對(duì)反壓均為組裝工藝技術(shù)難點(diǎn)。

2.2 軸箱組裝工藝難點(diǎn)及解決措施

2.2.1 軸承壓裝

軸箱組裝為前工序，組裝時(shí)尚未壓裝車輪，只完成齒輪箱組裝及軸盤壓裝，已壓裝軸盤的拖車軸或帶齒輪箱動(dòng)車軸利用現(xiàn)有工裝無法支撐，軸承無法進(jìn)行壓裝壓裝;根據(jù)輪對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)制作全新的支撐工裝，保證動(dòng)車車軸帶齒輪箱組裝/拖車車軸支撐基本水平，并鎖緊車軸，保證軸承壓裝。其中帶齒輪箱組裝動(dòng)車車軸由于空間限制，只能支撐車軸一側(cè)并鎖緊，另一側(cè)空間限制無法支撐車軸，只能支撐齒輪箱，齒輪箱為鑄造件，且齒輪箱地面有鑄造斜度，支撐難度較高，對(duì)支撐車軸的支撐座及齒輪箱支撐座高度進(jìn)行核算，設(shè)計(jì)制作齒輪箱支撐座及車軸支撐座，制作專用動(dòng)車/拖車輪對(duì)軸箱組裝支撐工裝（圖2），保證支撐后車軸基本水平。

軸箱采用內(nèi)置式結(jié)構(gòu)，位于車輪內(nèi)側(cè)，通過測速齒輪、接地裝置外圈、軸承壓蓋對(duì)軸箱軸承進(jìn)行定位，軸箱軸承壓裝后距車軸端面196.5mm，預(yù)套距離及壓入距離均較長，現(xiàn)有軸承壓裝工裝無法滿足壓裝要求，重新設(shè)計(jì)制作軸箱軸承壓裝工裝及退卸工裝。軸承自動(dòng)壓裝機(jī)無法滿足軸承壓裝要求，采用移動(dòng)式軸承壓裝機(jī)進(jìn)行軸承壓裝，經(jīng)工作試件及首件輪對(duì)軸箱軸承壓裝驗(yàn)證（圖3），軸箱支撐工裝及軸箱軸承壓裝工裝滿足軸承壓裝工藝要求。

2.2.2 軸圈配磨尺寸計(jì)算

根據(jù)輪對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，輪對(duì)壓裝前需要在壓裝前配磨軸圈（厚度尺寸），從而控制車輪壓裝后輪對(duì)內(nèi)側(cè)距。因此。在軸箱組裝時(shí)，需測量車軸兩側(cè)軸肩定位距離、軸承寬度、測速齒輪、接地裝置外圈、軸承壓蓋等配件軸向定位尺寸，并根據(jù)輪對(duì)內(nèi)側(cè)距尺寸范圍計(jì)算軸圈厚度，配磨軸圈從而控制輪對(duì)內(nèi)側(cè)距。根據(jù)組裝各配件定位尺寸鏈分析，輪對(duì)內(nèi)側(cè)距取中間值1359mm，車軸兩側(cè)軸肩定位距離取中間值896mm，單個(gè)車輪內(nèi)側(cè)輪輞面與車輪內(nèi)側(cè)輪轂面距離為25.5mm，推出軸圈厚度計(jì)算公式如下：軸圈厚度E=[1359-896-（A1+A2）-（C1+C2）-51]/2mm，其中A1、A2為軸承寬度測量尺寸， C1 、C2 為測速齒輪、軸承壓蓋或接地裝置外圈軸向定位厚度尺寸。

通過工作時(shí)間輪對(duì)計(jì)算配磨軸圈，安裝并壓裝車輪后驗(yàn)證輪對(duì)內(nèi)側(cè)距合格，計(jì)算公式可行。

2.3 輪對(duì)組裝工藝難點(diǎn)及解決措施

2.3.1 車輪壓裝

該項(xiàng)目輪對(duì)車輪位于軸箱軸承外側(cè)，且輪座位置為車軸最外端，壓裝時(shí)無軸頸對(duì)車輪進(jìn)行支撐導(dǎo)向，車輪與車軸輪座為錐度過盈配合;為保證車輪預(yù)套支撐，需增加工藝假軸延長車軸，用于車輪預(yù)套支撐、導(dǎo)向及輪對(duì)吊運(yùn)。且車輪壓裝后將與軸圈緊貼，緊貼后車輪壓裝力會(huì)出現(xiàn)陡升，車輪壓裝力控制較為困難。根據(jù)公司現(xiàn)有輪對(duì)壓裝設(shè)備，車輪壓裝有兩種工藝方案：

①方案1-MAE輪對(duì)壓裝機(jī)壓裝：MAE輪對(duì)壓裝機(jī)壓裝時(shí)，壓裝機(jī)頂尖通過頂緊車軸端面中心孔定位，保證車輪壓裝時(shí)同軸度;該項(xiàng)目由于車輪位于外側(cè)，壓裝機(jī)頂尖無法伸入直接頂緊車軸中心孔，因此工藝假軸需要有頂尖孔。

②方案2-4#輪對(duì)壓裝機(jī)壓裝：4#輪對(duì)壓裝機(jī)壓裝時(shí)，壓裝機(jī)油缸通過壓裝車軸端面進(jìn)行壓裝，壓裝虎口頂緊車輪外側(cè)輪轂面，壓裝過程中不使用車軸中心孔，因此只需增加工藝假軸延長車軸，工藝假軸不需增加頂尖孔。

兩種壓裝工藝方案各有優(yōu)劣，通過工作試件對(duì)輪對(duì)壓裝工藝方案進(jìn)行壓裝驗(yàn)證，選擇較優(yōu)壓裝方案，壓裝試制驗(yàn)證情況如下：

1）方案1-MAE輪對(duì)壓裝機(jī)壓裝驗(yàn)證：

首次工作試件壓裝時(shí)，工藝假軸通過3個(gè)螺栓安裝在軸端定位;在MAE壓裝機(jī)壓裝時(shí)，發(fā)現(xiàn)車軸、車輪頂緊后車輪與壓裝機(jī)插板虎口間一側(cè)未貼緊，兩側(cè)車輪壓裝時(shí)壓裝曲線斜率均較大（見圖4），車輪未壓裝到位即達(dá)到最壓裝力最大值，壓裝自動(dòng)停止;后續(xù)退輪重新壓裝，壓裝結(jié)果與首次壓裝相同，無法壓裝到位壓裝力即達(dá)最大值。通過驗(yàn)證結(jié)果分析，由于工藝假軸只通過3件螺栓安裝在軸端，兩側(cè)假軸安裝后無法保證兩側(cè)假軸頂尖孔同軸，導(dǎo)致壓裝機(jī)頂緊車軸時(shí)出現(xiàn)不同軸問題，從而壓裝車輪時(shí)車輪偏斜，壓裝過程中車輪壓力偏大，車輪內(nèi)孔異常擠壓，且車輪退卸后檢查車輪內(nèi)孔相對(duì)中心線有歪斜。

因此，在MAE壓裝時(shí)需保證車軸兩側(cè)安裝工藝假軸的同軸度，需對(duì)工藝假軸有一定的定位，最大限度保證兩側(cè)假軸的同軸度;由于現(xiàn)有車軸無專用定位孔，考慮在工藝假軸端面增加頂尖，兩側(cè)工藝假軸通過頂尖頂入車軸中心孔進(jìn)行定位;設(shè)計(jì)制作帶頂尖的工藝假軸（圖5），工藝假軸頂尖長度需長于車軸中心孔長度，頂尖頂緊假軸后假軸端面與車軸端面需要存在間隙，使兩側(cè)假軸完全靠中心孔定位;工藝假軸設(shè)計(jì)時(shí)中心孔、頂尖及安裝孔的加工精度要求較高，保證假軸的頂尖及中心孔同軸。

經(jīng)過使用多次安裝帶頂尖工藝假軸，發(fā)現(xiàn)工藝假軸安裝螺栓使用扭矩完全擰緊時(shí)，會(huì)出現(xiàn)假軸不完全按頂尖孔定位而靠螺栓定位的情況，導(dǎo)致假軸安裝歪斜，兩側(cè)頂尖無法同軸;因此總結(jié)出帶頂尖工藝假軸安裝及車輪壓裝時(shí)注意事項(xiàng)：在車輪預(yù)套后吊運(yùn)前，工藝假軸需使用3件軸端螺栓擰緊，擰緊螺栓時(shí)需分步同時(shí)擰緊3件螺栓，保證假軸安裝時(shí)基本保持頂尖對(duì)中，將預(yù)套好車輪的輪對(duì)吊上壓裝機(jī)運(yùn)輸小車后，將工藝假軸3件安裝螺栓需松開半圈，保證在MAE壓裝機(jī)壓裝時(shí)，壓裝機(jī)頂尖端面頂緊工藝假軸端面，兩側(cè)工藝假軸通過頂尖導(dǎo)向進(jìn)入車軸中心孔并通過頂尖自定位，保證兩側(cè)工藝假軸在MAE壓裝機(jī)頂緊后的同軸度;在壓裝時(shí)，壓裝機(jī)插板虎口頂緊車輪時(shí)，需操作者檢查虎口是否貼緊車輪外側(cè)輪轂面，需在完全貼緊車輪外側(cè)輪轂面后再進(jìn)行壓裝（圖6）。車輪壓裝到位后，車輪內(nèi)側(cè)輪轂面與軸圈端面緊貼，壓力曲線將出現(xiàn)陡升現(xiàn)象，操作者需在陡升出現(xiàn)時(shí)，馬上停止壓裝作業(yè);通過曲線陡升現(xiàn)象，可判斷出車輪與軸圈是否緊貼，保證車輪壓裝到位（圖7）;壓裝后檢查車輪內(nèi)側(cè)輪輞面、踏面跳動(dòng)均合格，符合設(shè)計(jì)要求，壓裝工藝滿足需求。通過多次使用該工藝方法壓裝工作試件，壓裝曲線及壓裝后車輪跳動(dòng)均合格，壓裝工藝得到充分驗(yàn)證。

2）方案2-4#輪對(duì)壓裝機(jī)壓裝驗(yàn)證：

在4#壓裝機(jī)壓裝時(shí)，只需延長車軸，用于車輪預(yù)套支撐、導(dǎo)向及壓裝機(jī)油缸壓裝使用。工作試件試制時(shí)，在4# 壓裝機(jī)試壓拖車（圖8），車軸可通過壓裝機(jī)支撐工裝支撐，使用安邦線車輪壓裝虎口，虎口頂緊車輪外側(cè)輪轂面，車輪壓裝到位后車輪內(nèi)側(cè)輪轂面與軸圈緊貼時(shí)，操作者根據(jù)壓裝機(jī)曲線顯示停止手動(dòng)及時(shí)壓裝過程，一側(cè)壓裝完成后掉頭壓裝另一側(cè)車輪;經(jīng)工作試件壓裝驗(yàn)證，在4# 裝機(jī)可完成該項(xiàng)目拖車輪對(duì)車輪壓裝。但由于動(dòng)車輪對(duì)車軸與齒輪箱間空間較小，且齒輪箱尺寸及重量較大，4#壓裝機(jī)現(xiàn)有支撐工裝無法滿足車軸支撐及齒輪箱支撐，在4#壓裝機(jī)無法進(jìn)行該項(xiàng)目動(dòng)車輪對(duì)車輪壓裝。

綜上分析驗(yàn)證，為實(shí)現(xiàn)動(dòng)車輪對(duì)車輪壓裝，且保證車輪壓裝后車輪內(nèi)側(cè)輪輞面跳動(dòng)及踏面跳動(dòng)合格，選擇方案1-MAE輪對(duì)壓裝機(jī)進(jìn)行壓裝，壓裝時(shí)在車軸軸端安裝帶頂尖工藝假軸，該工藝方法壓裝后車輪壓裝力、車輪內(nèi)側(cè)輪輞面、踏面跳動(dòng)均合格，符合設(shè)計(jì)要求。

2.3.2 輪對(duì)反壓工藝難點(diǎn)及解決措施

由于輪對(duì)組裝后車輪內(nèi)側(cè)輪轂與軸圈緊貼，根據(jù)EN13260標(biāo)準(zhǔn)及車輪為錐度過盈配合的情況，無法在車輪內(nèi)側(cè)輪轂面進(jìn)行反壓壓力試驗(yàn)，也無法通過正壓試驗(yàn)進(jìn)行壓力試驗(yàn);經(jīng)與相關(guān)設(shè)計(jì)及質(zhì)量人員討論可在車輪內(nèi)側(cè)輪輞面進(jìn)行車輪反壓壓力試驗(yàn)。在反壓時(shí)，需安裝工藝假軸延長車軸用于車軸支撐，該工藝假軸不做定位使用，不需安裝帶頂尖工藝假軸。在反壓時(shí)，需將軸箱體旋轉(zhuǎn)一定角度，保證反壓機(jī)虎口插入卡緊車輪內(nèi)側(cè)輪輞面時(shí)不與軸箱體干涉（圖9），順利完成反壓壓力試驗(yàn)。

3? 結(jié)束語

通過對(duì)軸箱內(nèi)置式轉(zhuǎn)向架輪對(duì)組裝結(jié)構(gòu)和工藝難點(diǎn)分析，并提出了優(yōu)化解決方案，尤其是軸承壓裝、軸圈配磨、輪對(duì)壓裝工藝，設(shè)計(jì)并優(yōu)化制作專用工裝并進(jìn)行驗(yàn)證，通過項(xiàng)目工作試件組裝試制驗(yàn)證，驗(yàn)證了軸箱內(nèi)置式轉(zhuǎn)向架輪對(duì)組裝工藝流程和工藝裝備，形成了完整的軸箱內(nèi)置式轉(zhuǎn)向架輪對(duì)組裝工藝，并通過了首列車試制生產(chǎn)的檢驗(yàn)，為公司軸箱內(nèi)置式轉(zhuǎn)向架輪對(duì)組裝的生產(chǎn)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

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