新型球型支座技術(shù)特點(diǎn)和加工工藝探討

葛建新，曹曉華

（1.唐山市華運(yùn)鐵路交通器材有限公司，河北唐山063300；2.河北理工大學(xué)，河北唐山063009）

近幾年來，隨著鐵路、公路橋梁建設(shè)的迅猛發(fā)展，球型支座在橋梁建設(shè)上得到越來越廣泛的應(yīng)用。球型支座市場(chǎng)的日益擴(kuò)大，要求制造企業(yè)不斷克服先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)自身造成的加工工藝復(fù)雜及提高加工效率等難題，不斷探索先進(jìn)的加工工藝，以保證球型支座產(chǎn)品的加工品質(zhì)，提高加工效率。

1 球型支座的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理

球型支座的結(jié)構(gòu)如圖1所示，它主要由上支座板、球冠襯板、不銹鋼滑板、改性超高分子量聚乙烯滑片和凹球面下座板組成。

圖1 球型支座的結(jié)構(gòu)

球型支座的水平位移，是由上支座不銹鋼滑板與球冠襯板上部的平面滑片之間的滑動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。球型支座的轉(zhuǎn)角，是由球冠襯板的凸球面與下座板上的凹球面上滑片之間的滑動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。

球型支座具有傳力可靠，各向轉(zhuǎn)動(dòng)性能一致，不僅具備盆式橡膠支座承載能力大、水平位移大的特點(diǎn)，而且轉(zhuǎn)動(dòng)力矩小，能適應(yīng)大轉(zhuǎn)角承載噸位和低溫地區(qū)的需要。

2 新型球型支座的技術(shù)特點(diǎn)

新型球型鋼支座，除保留原有球型支座平面加球面雙磨擦副的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)外，其核心技術(shù)特點(diǎn)和設(shè)計(jì)理念主要以下幾點(diǎn)：

（1）在國內(nèi)首次采用將滑動(dòng)片在球面上以多個(gè)分布圓行星分布鑲嵌的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（如圖2），實(shí)現(xiàn)了支座的高承載力、磨擦副受力均衡、磨擦系數(shù)低等性能。

圖2 滑板行星分布鑲嵌的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（2）球面磨擦副采用球面包覆不銹鋼滑板技術(shù)，克服過去球面鍍鉻技術(shù)存在的鍍層厚度、質(zhì)量難以保證、易剝落、使用壽命短、對(duì)環(huán)境影響大等缺點(diǎn)。使支座的球面摩擦副與平面摩擦副，實(shí)現(xiàn)等滑移性能和等壽命設(shè)計(jì)。

（3）與不銹鋼板組成平面及球面磨擦副，采用改性超高分子量聚乙烯材料，與原設(shè)計(jì)采用的聚四氟乙烯相比：聚四氟乙烯板在5 201硅脂潤(rùn)滑條件下，與不銹鋼板摩擦?xí)r在平均應(yīng)力為30 MPa時(shí)的初始靜摩擦系數(shù)不大于0.012，而采用改性超高分子量聚乙烯材料，在同等條件下，平均應(yīng)力45 MPa時(shí)初始靜摩擦系數(shù)不大于0.008[2]，大大提高摩擦副的磨耗性能。

圖3 滑板槽在球面上行星分布的結(jié)構(gòu)

3 新型球型支座加工核心工藝

3.1 滑板槽在球面上行星分布結(jié)構(gòu)的加工

滑板槽在球面上行星分布的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（如圖3），常規(guī)的加工設(shè)備和方法無法加工。通過加工示意圖4，中水平工作臺(tái)加旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的輔助加工裝置，可實(shí)現(xiàn)球面滑板槽的加工。具體加工工藝如下：

（1）加工時(shí)首先保持旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)水平（即θ=0°），以球面中心點(diǎn)與刀具中心點(diǎn)對(duì)正，加工球面中心滑板槽；

（2）調(diào)整旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)與水平工作臺(tái)夾角 θ至 θ= θ1、θ2、θ3，刀具中心與各排同心圓分布行星槽中線重合，加工此分布圓上第一個(gè)滑板槽；

（3）保持工作臺(tái)夾角θ不變情況下，調(diào)整旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)至行星均布各槽所在分度值α，即可依次加工同心分布各滑板槽。

圖4 加工示意圖

3.2 不銹鋼板球面成型及包覆焊接的加工

新型球型支座球冠襯板采用不銹鋼板包覆的先進(jìn)設(shè)計(jì)理念，在國內(nèi)屬首次采用，在確保成型球面廓度，表面不允許有折皺等高技術(shù)要求的前提下，大直徑不銹鋼板的球面成型及包覆焊接為我們提出較大的技術(shù)難題。

圖5 成型焊接工藝示意圖

經(jīng)過不斷的摸索和實(shí)踐，我們逐步形成了一套較為成熟的成型工藝方法。圖5為采用球冠襯板和球面下座板為模具，利用不銹鋼板延展性進(jìn)行加工，具體工藝如下：

（1）不銹板采用等離子下料，下料直徑為球型盆口直徑加60 mm（參考尺寸）；

（2）將下模安裝在凹曲面下座板上部，依次安裝不銹鋼板、上模、壓緊螺栓；

（3）上下模找正后，加壓，將不銹鋼板邊緣壓入環(huán)形鎖緊槽內(nèi)；

（4）依次擰緊周邊壓緊螺栓；

（5）提升壓力機(jī)，安裝球冠襯板和壓頭加壓（至少2次）成形；

（6）拆除壓頭、球冠襯板，檢查成形情況；拆除上模，取出球面不銹鋼板，裁掉多余邊料；

（7）二次入模加壓，用氬弧焊將不銹鋼板沿四周點(diǎn)圍后，連續(xù)圍焊；

（8）成型及焊接完成，卸下襯板，檢查球面質(zhì)量，修整焊縫；

經(jīng)以上工藝成型的球面不銹鋼板，由于采用工件自身為模具，同時(shí)利用不銹鋼薄板良好的延伸性能，成型及焊接后球面不銹鋼板密貼良好，球面輪廓度不超過0.2 mm。

4 結(jié)束語

任何先進(jìn)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，都需要先進(jìn)的加工工藝、設(shè)備的支持和保證。新型球支座投入批量生產(chǎn)以來，各加工企業(yè)通過進(jìn)行設(shè)備改造、工裝設(shè)計(jì)，以滿足產(chǎn)品復(fù)雜的工藝要求，同時(shí)引入數(shù)控車床、數(shù)控加工中心等高精技術(shù)裝備，加強(qiáng)行業(yè)內(nèi)相互探討交流，新型球型支座產(chǎn)品的加工工藝，不斷優(yōu)化和完善，產(chǎn)品加工精度和生產(chǎn)效率大幅提高，現(xiàn)有生產(chǎn)和質(zhì)量保障能力，均可滿足目前橋梁建設(shè)需要。

[1]GB/T17955-2000，球型支座技術(shù)條件[S].

[2]鐵道部科學(xué)技術(shù)司.科技基[2007]95號(hào)，客運(yùn)專線橋梁盆式橡膠支座暫行技術(shù)條件補(bǔ)充規(guī)定[S].

[3]鐵道部第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司橋梁設(shè)計(jì)處.叁橋通（2008）8360號(hào)，鐵路橋梁大噸位球型鋼支座安裝圖[S].