輪軸壓裝機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 張晨 吳新平 孫艷芬 劉健

作為機(jī)車檢修的主要工藝設(shè)備，輪軸壓裝機(jī)的主要功能為車輪、輪軸過盈配合壓入及拆卸。由于機(jī)車車輪、輪軸直徑大小不一、輪型多樣，因此當(dāng)對不同規(guī)格大小輪軸進(jìn)行拆裝時(shí)，需要借助吊車盤動(dòng)或人力推動(dòng)進(jìn)行，操作困難、耗時(shí)長，且多數(shù)輪軸壓裝機(jī)存在活動(dòng)梁擋口的問題[1]。針對上述問題，本研究通過合理化設(shè)計(jì)對基本框架、工裝制作、液壓系統(tǒng)等予以改進(jìn)，提升了設(shè)備性能，以便應(yīng)用于不同型號的壓裝車輪與輪軸。

1 輪軸壓裝機(jī)工作原理

1.1 機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)

圖1 所示為輪軸壓裝機(jī)機(jī)械傳動(dòng)原理，其主要部件包括液壓缸、支柱、前橫梁與移動(dòng)橫梁、后托架等。在拆裝輪軸時(shí)，需要借助吊車將輪軸吊放于移動(dòng)橫梁液壓缸與移動(dòng)橫梁之間，經(jīng)過調(diào)整采用卡板進(jìn)行妥善固定，然后對后托架位置進(jìn)行調(diào)整，其對被拆卸部件尾部具有支撐作用。通過移動(dòng)孔型將卡板在移動(dòng)橫梁與軸頸處固定輪的位置，液壓缸前進(jìn)做出壓裝動(dòng)作，在液壓壓力作用下分離軸與輪，保持輪的位置不變，向后移動(dòng)軸直至到達(dá)后托架。在對輪軸進(jìn)行拆裝時(shí)，需要對移動(dòng)橫梁、后托架位置做出調(diào)整，以滿足不同規(guī)格輪軸需求[2]。但移動(dòng)橫梁重量大、潤滑效果差、人工移動(dòng)困難，需借助天車推動(dòng)，因而增加了人力資源、物力資源投入。

圖1 機(jī)械結(jié)構(gòu)原理圖

1.2 設(shè)備參數(shù)與功能

通常，各大廠家所生產(chǎn)的輪軸壓裝機(jī)常用技術(shù)參數(shù)如表1 所示，其動(dòng)力機(jī)構(gòu)及電氣系統(tǒng)均為獨(dú)立裝置，由按鈕集中控制，工作方式為調(diào)整、半自動(dòng)，能夠根據(jù)自身需求調(diào)節(jié)工作壓力與行程范圍。順鋼軌可實(shí)現(xiàn)機(jī)器壓座的自動(dòng)移動(dòng)，并對主缸活塞、壓座間距離予以改變，適用于不同規(guī)格的工件。不僅如此，還配備了輪軸壓入記錄器，以位移曲線的方式反映壓力狀況。

表1 輪軸壓裝機(jī)常用技術(shù)參數(shù)

1.3 設(shè)備工藝動(dòng)作

設(shè)備工藝為主缸下行、主缸回程，其為半自動(dòng)，按下按鈕后滑塊自然下滑，定壓時(shí)間為0～999s，滑塊回程后停止。

1.4 油缸總成

采用活塞缸形式作為油缸總成，存在有桿腔與無桿腔之分，公稱力3135kN，具有調(diào)壓功能，要求主油缸強(qiáng)度高。當(dāng)油缸處于工作狀態(tài)時(shí)，速度在一定范圍內(nèi)會(huì)保持無極調(diào)速，以便在各類工況下順利完成零件壓裝與拆卸。行程返回設(shè)計(jì)應(yīng)具備快退速度，盡可能縮短返程時(shí)間。

2 輪軸壓裝機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 基本框架改進(jìn)

2.1.1 機(jī)身改進(jìn)

機(jī)身經(jīng)雙柱連接，與左梁、右梁緊固，機(jī)身鋼軌上安置左梁與底座，承壓活動(dòng)梁在中間，兩根支柱采用右梁支撐。在活動(dòng)橫梁中心設(shè)計(jì)了U 型通孔，其能夠穿過長軸，使活動(dòng)梁端面與輪盤端面緊貼，能夠承受裝軸壓力。為獲得最佳受力狀態(tài)，可以采用鉸接平行四邊形結(jié)構(gòu)，將優(yōu)質(zhì)45#鋼板作為左梁，回火處理焊接件與鑄件，將應(yīng)力消除[3]。通常固定橫梁與活動(dòng)橫梁焊接件強(qiáng)度與剛度高，即便長時(shí)間滿負(fù)載工作，也能夠達(dá)到要求。根據(jù)現(xiàn)有車輪輪軸參數(shù)，可以將機(jī)身雙柱進(jìn)行適當(dāng)加長處理，以2500mm 為宜，能夠在兩柱上穿行，中間承壓右梁與活動(dòng)梁，柱上存在環(huán)形槽設(shè)計(jì)，其上松緊卡環(huán)能夠?qū)顒?dòng)橫梁工程壓力予以支撐。采用機(jī)械方式進(jìn)行卡環(huán)裝卸時(shí)，應(yīng)用卡圈應(yīng)鎖緊，長柱經(jīng)過電鍍處理能夠便于移動(dòng)。

加長雙柱后，能夠增加嵌入長度，為2500mm，使得檢修工作空間增加，直徑為258mm、車輪軸為2375mm的6K 型電力機(jī)車也能夠采用該設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)機(jī)車輪在高壓注油機(jī)上注油、不注油拆卸工藝要求。常規(guī)注油壓力為99～145MPa，撐開輪、軸相互配合，高壓油能夠滲透于輪心與軸瓦表面，一方面能夠降低壓入、退出，另一方面也能夠避免表面拉傷，滿足工藝要求。

2.1.2 主缸缸體活塞頭改進(jìn)

在左梁上對主缸予以固定處理，采用法蘭形式連接前端與左梁，采用螺母將后端緊固在左梁后端。主缸零部件包括活塞頭、缸體、活塞桿、導(dǎo)向套等。為提升設(shè)備剛性，可對零件材料予以改進(jìn)，主缸所用材料為優(yōu)質(zhì)鍛鋼，采用優(yōu)質(zhì)HT200 鑄鐵作為活塞頭、導(dǎo)向套材料，以提升設(shè)備應(yīng)用的合理性。采用優(yōu)質(zhì)材料45#鋼制作活塞桿，依次對零件進(jìn)行熱處理、淬火處理，一方面能夠延長活塞使用壽命，另一方面也可促進(jìn)機(jī)械性能的提升[4]。采用優(yōu)質(zhì)45#鋼作為壓頭材料，需要注意的是應(yīng)對零件表面實(shí)施熱處理。活塞長度加長至700mm，能夠保障最大行程為700mm，滿足機(jī)車輪檢修工藝需求。

2.1.3 活動(dòng)橫梁改進(jìn)

中間承壓活動(dòng)橫梁如圖2 所示，其在兩柱間穿行，中心有U 型孔設(shè)計(jì)，原有的通孔直徑參數(shù)為320mm，將其增加為550mm，即便特殊的車輪、輪軸也能夠順利穿過。活動(dòng)梁端面與輪盤端面緊貼，是裝軸壓力的主要承受體。利用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)的方式，活動(dòng)橫梁可利用卡鐵裝置在軌道上移動(dòng)，并在某一適當(dāng)位置固定，其能夠達(dá)到不同規(guī)格的工件壓裝與拆卸要求。不僅如此，在活動(dòng)橫梁極限位置設(shè)計(jì)行程開關(guān)、限位擋鐵。另外，在活動(dòng)梁下配置滾輪座，使其順軌道進(jìn)行左右移動(dòng)。

圖2 中間承壓活動(dòng)橫梁

2.2 工裝制作

2.2.1 工裝配置

在活動(dòng)梁上配置1 個(gè)規(guī)格為0.5t 的吊鉤，其能夠在壓裝輪起吊壓軸胎具時(shí)發(fā)揮作用。輪對支撐機(jī)構(gòu)設(shè)置在底座軌道上，配備了2 臺(tái)單頭移動(dòng)小車，支撐輸送車與主機(jī)兩者相互獨(dú)立，不會(huì)對對方產(chǎn)生影響。在輪對輸送車作用下，能夠使得支撐輪對順利完成壓裝任務(wù)。單頭移動(dòng)小車構(gòu)成部件包括V 型支撐，可以結(jié)合輪對支撐直徑對V 形支撐距離進(jìn)行調(diào)整?；钊叨日{(diào)整需要借助側(cè)面液壓柱塞泵完成，其能夠?qū)崿F(xiàn)對各類支撐直徑的要求。不僅如此，單頭移動(dòng)小車通過對墊鐵的調(diào)整能夠調(diào)整軌道，使得車軸水平滿足工藝要求，保持輪軸軸線、壓裝油缸軸線平行。在液壓手動(dòng)泵驅(qū)動(dòng)作用下，能夠?qū)ぜ叨茸龀鱿鄳?yīng)的調(diào)節(jié)，滾輪設(shè)計(jì)可以根據(jù)需要通過手動(dòng)或隨動(dòng)的方式順導(dǎo)管進(jìn)行移動(dòng)。由于V 形鐵液壓裝置是獨(dú)立的，因此可根據(jù)需要放置相應(yīng)的位置。通常V 形鐵能夠承受250mm 輪軸，承受工件重量達(dá)到4 噸。

2.2.2 橫梁擋口工裝

加大活動(dòng)橫梁擋口后，能夠?qū)崿F(xiàn)壓裝直徑560mm的工藝要求，在對輪軸壓裝機(jī)進(jìn)行改進(jìn)時(shí)，需要制作1個(gè)U 型鐵套、1 個(gè)壓力機(jī)工裝保護(hù)板與1 個(gè)壓軸胎具。在工裝U 型鐵套上安裝壓力機(jī)工裝保護(hù)板，并在活動(dòng)梁虎口位置嵌入鐵套。

2.3 液壓站系統(tǒng)改進(jìn)

本研究為了能夠完成橫梁與后托架的自動(dòng)移動(dòng)，針對液壓站系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，即在原有液壓系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加了2 個(gè)液壓缸，使其能夠驅(qū)動(dòng)移動(dòng)橫梁與后托架，改進(jìn)后的液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3 所示。

圖3 液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

經(jīng)過改進(jìn)的液壓系統(tǒng)，共有三臺(tái)液壓泵，其中2 臺(tái)為工作油泵，另外1 臺(tái)為控制油泵，3 臺(tái)液壓泵同時(shí)工作，表1 為電磁鐵動(dòng)作次序。在對移動(dòng)橫梁、后托架進(jìn)行前進(jìn)操作時(shí)，電磁鐵DCT4 與DCT2 得電，經(jīng)電磁閥液壓油會(huì)進(jìn)入無桿腔，在液壓缸帶動(dòng)作用下，能夠?qū)崿F(xiàn)移動(dòng)橫梁與后托架的前進(jìn)。調(diào)整位置后，壓裝機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)，電磁鐵DCT5 得電，液壓泵液壓油能夠同時(shí)向無桿腔滲透，液壓缸保持前進(jìn)狀態(tài)，直至壓頭頂住工件，油壓會(huì)呈現(xiàn)升高狀態(tài)，其超出單項(xiàng)卸荷閥調(diào)定壓力時(shí)，會(huì)自動(dòng)關(guān)閉單向閥，并將卸荷閥打開，此時(shí)液壓油經(jīng)低壓泵打出并流向回油箱，在小流量狀態(tài)下，推動(dòng)高壓泵慢速壓裝[5]。完成壓裝后電磁鐵DCT5、DCT7 得電，經(jīng)2 個(gè)回油管路回油，此時(shí)液壓缸退回，速度為1000mm/min， 若需要快速退回， 一般設(shè)置為2000mm/min。

表2 電磁鐵動(dòng)作次序表

液壓系統(tǒng)中液壓站箱體采用焊接件，并利用差裝形式設(shè)計(jì)組合閥，具有操作簡單、維修便利、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)勢。在濾油器中設(shè)計(jì)了報(bào)警裝置，通過壓力傳感器能夠有效檢測設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)下的工作壓力，并在主系統(tǒng)中予以反饋，電器箱觸摸屏上能夠顯示相關(guān)信息。

3 結(jié)語

綜上所述，輪軸壓裝機(jī)改進(jìn)設(shè)計(jì)后，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)電力機(jī)車輪檢修不足、設(shè)備性能缺陷，經(jīng)過改進(jìn)提升了設(shè)備性能的穩(wěn)定性，擴(kuò)大了輪軸壓裝機(jī)的適用范圍，同時(shí)改進(jìn)為液壓缸驅(qū)動(dòng)后，節(jié)省了人力資源成本，工作效率得到提升。