球型鋼支座球面耐磨板的成型與裝配工藝方法

尹小平 晏紅衛 蔣瑞秋 楊 明

(株洲時代新材料科技股份有限公司，湖南株洲 412000)

0 引言

球型鋼支座是一種連接橋梁梁體與橋墩、在橋梁及建筑工程領域上廣泛應用的支座，具有承載豎向力、水平力，同時在橋梁梁體相對橋墩運動時提供滑移、轉動的功能。球型鋼支座主要由上支座板、球冠襯板、平面及球面耐磨板、不銹鋼板、下支座板等組成，其結構如圖1所示。

圖1 球型鋼支座結構示意圖

球型鋼支座的轉動功能是由球冠襯板與球面耐磨板組成的轉動副實現的，球面耐磨板鑲嵌在下支座板的球形凹槽內，對于球面耐磨板與下支座板凹槽之間的間隙，球型支座技術條件TB/T 17955規定見表1。

表1 球面耐磨板與凹槽之間的組裝間隙 mm

球面耐磨板采用聚四氟乙烯(PTFE)或超高分子量聚乙烯(UHMWPE，Ultra-high Molecular Weight Polyethylene)壓制成型，這兩種材料都具有摩擦系數小、自潤滑的特性，但硬度、強度較大，對于標準中的配合間隙要求而言，成型及裝配的難度大。

隨著球型鋼支座不斷推廣，尤其是近年來在鐵路簡支梁上的大批量應用，球面耐磨板成型、組裝工藝亟待提高。本文結合生產實踐，探索出了一種操作簡單、流程少、安全性高、裝配效率高、裝配合格率高、成本低廉的成型及組裝工藝方法。

1 現有工藝方案分析

目前采用的球面耐磨板成型、組裝方案及優缺點如表2所示。

表2 現有球面耐磨板成型、組裝方案及優缺點

對比四種方案，雖然方案三、四增加了工裝生產成本，但是生產效率、合格率較高，因此被普遍采用。進一步對比方案三與方案四，如圖2所示。

圖2 方案三與方案四示意圖

方案三與方案四的不同之處在于:壓裝時球面耐磨板的放置方向。從圖2a)中看出，下支座板耐磨板嵌槽上部尺寸φA較下部尺寸φB略小，采用方案三壓裝時，會造成球面耐磨板邊緣破損，影響耐磨板性能;方案四可以克服方案三的缺點，但是由于球面耐磨板頂部為球型，壓裝時接觸面極窄，因此存在安全隱患。

2 方案設計

根據上文對現有各工藝方案的優缺點分析可以得出，方案三、四在生產效率方面具有更大的優勢，因此可以確定新工藝方案沿用兩者的思路，并進行改進。

方案三較方案四具有更高的安全性，其原因是壓裝時球面耐磨板凹面朝上，與球冠襯板接觸面積大，穩定性好，因此初步設想在方案四的基礎上，增大壓裝時的接觸面積以增加穩定性。

初步設計方案如圖3所示:首先，在一定的溫度和壓力下，利用工裝將平面耐磨板成型為圖3a)所示形狀，即“M”型;然后如圖3b)所示將耐磨板壓裝如下支座板嵌槽內。

圖3 球型耐磨板成型及裝配初步方案

由圖3可知，該方案沿用了工藝方案四中的壓裝方式，但將耐磨板初步成型為球型改為“M”型，增加了壓裝時球冠襯板與耐磨板的接觸面積，不僅保留了方案四的優點，更增加了操作安全系數，具有較高的可行性。

3 工藝方案實施

本方案具體工藝實施過程:首先采用如圖4所示“M”型耐磨板成型工裝成型，完成后按圖3b)所示反扣于下支座板嵌槽，并涂抹硅油脂，然后將球冠襯板置于耐磨板凹球面內，再使用壓力機將耐磨板壓入下支座板嵌槽內，完成組裝。

圖4 “M”型耐磨板成型工裝

與現有方案相比，新工藝方案將壓裝前的耐磨板由球型改為“M”型，壓裝工藝未作改變，因此“M”型耐磨板的外形尺寸是否合理關系到本工藝方案能否順利實施以及實施效果，下面以5 500 kN球型鋼支座用球面耐磨板為例，進行工藝探索。圖5為5 500 kN球型鋼支座用球面耐磨板。

圖5 5 500 kN球型鋼支座用球面耐磨板

當采用工裝壓制“M”型耐磨板時，對此后壓裝效果影響較大的尺寸為圖4中的SR1及SR2，其中SR1影響壓裝后耐磨板與嵌槽的間隙，SR2影響組裝時的安全性。SR2影響相對較小，且僅需滿足壓裝時，球冠襯板可以穩定放置于耐磨板上即可，因此首先可定SR2=120 mm。

根據方案四中采用的工裝尺寸，暫定SR1=255.5 mm研究得出，在此尺寸組合的情況下，壓裝后球面耐磨板回彈尺寸如表3所示。

表3 SR1=255.5 mm時，球面耐磨板回彈尺寸 mm

根據表3數據可計算得出表4。

表4 計算結果 mm

計算三種曲率:

根據經驗公式定義回彈前后的曲率比為回彈比η，即:

則工裝的修正曲率δx應該滿足:

因此修正后的工裝球徑:SR1=1/δx=1/0.003 1=322.5。

根據修正球徑改進工裝，并進行驗證，結果如表5所示。

表5 修正后驗證結果 mm

根據表5數據計算球面耐磨板平均回彈球徑SR1=628 mm＜SR=636 mm，基本滿足尺寸要求，本工藝方案驗證可行。

4 結語

本文提出的球型鋼支座球面耐磨板成型及組裝工藝方法，在現有工藝的基礎上實現了突破，提高生產效率的同時，降低了生產成本，使得球型鋼支座的批量生產成為現實。

［1］ 莊軍生.橋梁支座［M］.第2版.北京:中國鐵道出版社，2000.