张洪权 徐相生
(中国北车集团齐齐哈尔轨道装备有限责任公司,黑龙江齐齐哈尔 161002)
铁路货车轴承后挡检修装置的研制
张洪权 徐相生
(中国北车集团齐齐哈尔轨道装备有限责任公司,黑龙江齐齐哈尔 161002)
通过调研、分析,对退卸后发生变形的轴承后挡进行修复重利用提出了科学的解决方案。通过长时间的大量运用结果表明,该方法是科学的、合理的,能够满足铁路货车对后挡的运用要求。
货车 后挡 矫形 运用
目前，我国铁路货车轴承主要型号为26系列和30系列两种，前者用于60吨级货车，后者用于70吨级货车。在厂修中发现，二者所配套的后挡在退卸后发生的平均报废率达到50%以上，26系列甚至达到80%以上。由于报废后的后挡直接以新品补充，造成大量的资源浪费，也增加了修车成本。
1 原因分析
针对前述情况，经过调研后发现：造成后挡大量报废的主要原因是，当轴承在退卸时，后挡跟防尘板座之间的过盈力与退卸力之间形成的力矩，使后挡与防尘板座的配合部发生了永久变形而导致；次要原因为，轴承运用或退卸中造成的整体变形而报废。
因为第一种情况而发生报废的，超过报废总量的92%，因此本装置主要研究如何修复配合部尺寸，以使这些后挡得到合理的科学利用，提升资源利用率和降低修车成本压力(如图1所示）。
2 研制过程
经过前面的原因分析，要修复因变形报废后的后挡，其直接的方法就是将发生了变形的后挡通过再次变形处理，达到可以进行机械加工、并使之恢复原有运用性能。
通过外力使后挡局部发生可控塑性变形，并在对其进行机械加工后可恢复原有运用性能的工艺过程称为：后挡矫形。
2.1 设计原则
(1)作为检修工艺的辅助装备，应先能满足产品检修的工艺要求。(2)具有操作简单、安全可靠的特点。(3)工装制造工艺简单，成本低，维护方便。
2.2 原理的探索
根据前面的分析，并经过对26型后挡进行了多次实验后，先研制了针对26型后挡进行矫形的简易工装。其原理如图2所示。
在实际生产中，使用此工装进行矫形后的后挡可以满足设计目的。然而，在使用中我们发现，虽然此工装可以将后挡配合尺寸矫正合格，但同时也造成后挡牙口尺寸外涨φ190超差。(q为受力面，R为支撑面)。
显然，此方案不能完全满足产品工艺要求。
2.3 新方案的确定
有了之前失败的经历，经过认真分析、研究认为：由于后挡牙口直接承受了力偶矩，导致了其尺寸变大而超差。针对此情况，重新确定了一套方案。其原理如图3。
新的矫正装置避开了牙口部位，直接对后挡配合部进行施压，矫正力矩根本作用不到牙口部位。在此原理的基础上，我们重新设计制造了新的矫正装置。
图4是新的26型后挡矫正装置的示意图。
该装置的基本原理是：通过挤压配合部分外圆锥面，使后挡的配合部位向内收缩并发生微量的永久变形后，再进行微量的精加工，最终使其配合尺寸达到工艺要求。
该装置主要由一个钢板结构的冲压模架作为一个主载体，包括挤压环、压头、定尺环外环等共同组成。
模架除作为主载体外，还兼具导向作用，方便工装在压力机上进行安装，并在工作时防止压头磕碰到后挡牙口，造成工件损伤。
压头提供作用力q1，与挤压环提供的作用力q2，共同形成一对力偶矩，迫使后挡向内收缩直至发生塑性变形。由于作用力巨大，使挤压环的磨耗加剧，因此挤压环采用了模具钢Cr12制造；压头则采用45钢制造并经热处理。
定尺环则用于防止后挡变形过度造成裂纹而报废。定尺环采45钢并表面热处理，增加耐磨性。
外环的作用是提供足够的强度以保证后挡的变形得以顺利进行，其采用45钢制造。
经过多次试验，最终确定了合理的压力和变形量，使原来变形超差的后挡经过最小量的变形和加工得以修复重利用，达到了最初的研制目的。
2.4 制定后挡矫正、加工的工艺流程
由于采用冷处理矫正后档变形，所以在矫正过程中有可能产生裂纹。针对矫形后的后挡采用了磁粉探伤的工艺，以此发现后挡在矫形过程中，由于各种不确定性因素而产生的裂纹。为此，确定了如下工艺流程如图5所示。(经长时间跟踪探伤未发现有裂纹产生。)如图6所示。
2.5 30轴承后挡矫形装置的研制
有了之前26轴承后挡矫形装置的研制经历，30轴承后挡矫形装置的研制则顺利了很多。当然，由于30轴承后挡的结构与26轴承后挡的结构有所不同，其矫形装置的具体结构及工作原理也略有不同。
图7所示为30轴承后挡矫形装置的原理及结构简图。
同26型轴承后挡矫形装置类似，30型轴承后挡矫形装置也采用了一个钢板模架作载体，包括底座、顶出装置、挤压机构、定尺环及压料装置等共同构成。由于改进了设计，尽管结构更加复杂，制造成本反而降低。
2.5.1 模架
模架采用钢板模架结构，由上下模板及导向装置组成，具有制造工艺简单，成本低，刚性好的特点。
本装置结构紧凑，对导向有一定要求，但又不像传统冲压模那样要求精确导向，所以本装置适当降低了导向装置的制造精度，以便于降低制造成本。
2.5.2 底座
底座采用t30钢板焊接后加工而成，模架固定于其上。底座同时用于安装顶出装置。
2.5.3 顶出(卸料)装置
由于之前26型轴承后挡矫形装置在使用中发生了后挡与定尺环粘在一起的情况，造成卸料困难。因此，本次设计增加了顶出装置。顶出装置由三根顶杆及一个凸轮机构组成，采用手动控制方式。
2.5.4 定尺环
定尺环是该装置的核心部件之一，是用来确定后挡受挤压的程度，以确保以最小的变形量达到对后挡变形的要求，降低挤压力量和产品报废风险。定尺环采用45钢制造并经热处理。
2.5.5 挤压机构
挤压机构也是本装置关键部分之一，它采用一个开放式的挤压环和一个锥形的压环来达到目的。
由于作用力很大，磨耗显著，因此挤压环和锥套均采用耐磨钢制造，锥套采用T10A钢，挤压环则采用了60Si2Mn弹簧钢，并经过不同程度的热处理。
另外，在锥套的外面增加了一个磨耗环，磨耗环采用45钢制造，经过热处理，硬度低于锥套约10HRC。磨耗环上加工有存油孔，可以保留润滑脂，降低磨擦力。实践证明，该结构可以有效降低零件磨耗量。
2.5.6 压头
压头采用45钢制造并经热处理，它的主要作用就是传递压力机的力量至锥套，由锥套收缩挤压环达到使后挡变形的目的。
2.5.7 压料装置
由于后挡外圆锥的存在，为防止挤压时后挡向上窜移，设计了压料装置。压料装置由四个弹性聚氨酯弹簧提供压紧力。
2.6 制定后挡矫正、加工的工艺流程
与26型后档工艺流程相同(图8）。
3 使用结果
经过长时间的使用证明，该装置操作劳动强度低，使用方便、安全可靠，能够达到设计要求。经过该装置矫形后的后挡，99%以上均可通过探伤检查，不存在裂纹，这证明经矫形后的产品质量稳定、可靠。
由于大量原本列入报废的后挡得到重新利用，修车成本也得到一定程度的降低，节省了资源，达到了项目研究的目的。
目前，30系列的后挡刚进入厂修不久，刚开始进行检修。但使用此方法进行检修后的26系列的后挡已经大量上线运用，并超过一个厂修期，从未发生过一起质量问题，实践证明该项目取得了良好的效果。
