關于鐵路客車輪對軸端軸箱蓋螺栓擰緊系統結構的研究

費振佳

摘要：在鐵路客車輪對組裝、軸端和軸箱蓋螺栓組裝中，軸端和軸箱蓋螺栓的裝配屬于關鍵工藝，因此對相關配套設備的智能化程度、扭矩控制精度、裝配質量、噪音等都有較高要求?；诠驹跈C車車輛螺紋連接裝備方面的應用以及智能控制、精確扭矩測量、軟件開發等方面積累的豐富經驗，結合“唐客軸承智能扳機”這一項目，簡單分析一下輪對軸端軸箱蓋螺栓擰緊系統結構，為下一步做出更完善的擰緊系統奠定基礎。

關鍵詞：鐵路客車;軸端軸箱蓋螺栓;螺紋擰緊;SolidWorks

1 ?結構概述

本文研究的輪對軸端軸箱蓋螺栓擰緊系統結構主要由鋼結構軌道系統、吊掛升降機構、擰緊箱體組件及控制柜等部分組成，專用于鐵路客車輪對軸端、軸箱蓋螺栓（每條輪對共有2個軸端、軸箱）組裝作業。軸端箱體由3個單獨的擰緊軸組成，軸箱蓋箱體由4個單獨的擰緊軸組成，工作時可適應GB/T12814、CCKZ43-20-06、TSZT20-99-100A輪對3顆軸端螺栓和4顆軸箱螺栓的工況。鋼結構形式采用桁架式，其上裝有軌道系統、吊掛升降機構及箱體組件等。吊掛升降機構主要用升降氣缸、氣控箱、防墜器、旋轉機構、導向機構、空壓蝶式制動器等組成。升降氣缸用來實現箱體的上升和下降，升降平穩，無沖擊。旋轉機構可使擰緊箱體在一定角度內旋轉，保證輪對在軌道上不一定擺正和左右兩端能夠兼顧的情況下的正常擰緊作業要求;空壓蝶式制動器可在擰緊過程中整體抱死機構，防止在最終扭矩到達時設備產生不必要的晃動，系統具有極高的可靠性、安全性。箱體組件作為該設備的主體，主要由擰緊軸、前后安裝板、后懸臂、外罩、操作手柄、環柄、套筒等組成。其中，擰緊軸作為螺栓擰緊作業的執行機構，采用伺服電機驅動行星齒輪減速器的方式完成擰緊作業，其上安裝有扭矩傳感器，可實時檢測擰緊螺栓的扭矩值，以保證軸端螺栓擰緊的工藝要求。

2 ?工作流程概述

本文研究的智能螺栓擰緊機的工作過程如下：操作員刷卡后，在操作盒上選擇車型，系統自動調用相應的程序，扭矩相應的也自動切換，手工更換相對應的套筒，具有防錯功能;調節升降機構，至擰緊軸與軸端螺栓高度基本一致，開始進行擰緊工作，流程如圖2。

3 ?鐵路客車軸端軸箱部分擰緊技術參數

鐵路客車軸端軸箱部分擰緊技術參數見表1。

4 ?性能指標

①電源：三相380V±10%，頻率50Hz±0.5Hz;

②設備總功率：≥10kW;

③環境溫度：-5～45℃;

④氣源壓力：≥0.5±0.1MPa;

⑤扭矩范圍：50～350N·m;

⑥扭矩控制精度：≤±2.5%;

⑦轉角控制精度：≤±1°;

⑧擰緊軸最高轉速：220rpm;

⑨智能扳機中心高升降行程：1000mm;

⑩設備工作軸數：3+4。

5 ?系統關鍵組成部分的結構功能

5.1 箱體組件

箱體組件由前后連接板、后懸臂、操作手柄、環柄、外罩、擰緊軸、套筒等組成;該設備能夠完成輪對軸端螺栓的高效、可靠的緊固作業，并能夠完成輪對每個軸端上3個螺栓規格、軸箱蓋上4個螺栓規格的緊固作業。其中的顯示單元可以顯示擰緊完成的最終扭矩值及合格綠燈，顯示直觀易懂。

5.2 吊掛升降機構

升降機構用來控制箱體組件的上下升降，以適應不同輪對中心高的需求。升降機構主要用升降氣缸、氣控箱、防墜器、旋轉機構、導向機構、空壓蝶式制動器等組成。旋轉組件可使智能扳機在一定角度內旋轉，保證輪對在軌道上不一定擺正和左右兩端能夠兼顧的情況下的正常擰緊作業要求;空壓蝶式制動器可在擰緊過程中整體抱死機構，防止在最終扭矩到達時設備產生不必要的晃動，系統具有極高的可靠性、安全性。

升降行程為1000mm;旋轉角度≥200°。

6 ?關鍵受力部件的有限元分析

設備的結構設計以Solidworks為平臺，并采用Solidworks Simulation進行了所有關鍵部件的有限元分析。圖5為對鋼結構橫撐的分析圖解，根據有限元分析結果合理地進行結構設計及材料選擇，并運用Simulation進行鋼結構橫撐可靠性分析。由圖6可以看出最大應力處的應力值為108MPa，小于材料的屈服應力235MPa。位移量如圖7所示，由圖可知，最大變形量為2.597e-001mm，為安全量。

7 ?結論

①本文介紹了鐵路客車軸端軸箱蓋螺栓擰緊系統的結構方案，并已成功地運行于各個大功率機車、動車檢修基地和機務段以及新造廠的軸端軸箱蓋螺栓裝配線上，通過該設備的應用，大大提高了裝配精度和生產率，穩定了產品質量，降低了工人勞動強度。②該系統結構的研究，對軸端軸箱蓋螺栓擰緊設備的研制及發展起到重要的推動作用。

參考文獻：

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