輕巧型鐵路貨車車鉤鉤體牽引臺打磨專機研制

梁俊峰

(中車齊齊哈爾車輛有限公司 黑龍江 齊齊哈爾 161002)

0 概述

車鉤是連接鐵路貨車傳遞縱向力的關鍵部件(見圖1)[1]，車鉤理論承載時，鉤體上、下牽引臺工作面應分別與鉤舌上、下牽引臺工作面完全同時貼靠，如圖2所示。故牽引臺是車鉤傳遞牽引力的主要承載部位，其質量的好壞直接關系到車鉤的壽命及貨運運輸的安全。目前，各車鉤制造廠均采用鑄造方式直接成型鉤體，鉤體內部上、下牽引臺工作面的精度基本依靠鑄造手段來保證，造成實物鉤體上、下牽引臺工作面弧形中心的同軸度及該中心相較于鉤耳孔中心的偏心量均無法滿足要求, 必須依靠樣板進行人工修磨，修磨主要采取工人手持角磨機對牽引臺工作圓弧錐面進行加工打磨，然而打磨位置位于鉤腔內部，且打磨面朝鉤腔內側，操作時看不見，加之鉤腔內部空間有限，工人進行加工打磨時完全憑借經驗操作，其加工精度和質量都難以保證，致使車鉤實際連掛牽引時，鉤體與鉤舌上、下牽引臺工作面不能完全同時貼靠，產生偏載偏磨現象，惡化了車鉤受力狀態，易造成牽引臺及鉤耳裂損，影響行車安全。

圖1 鐵路貨車車鉤

圖2 車鉤牽引剖視圖

據了解為解決上述問題，某車輛段曾制作出一種鉤體牽引臺加工機床(見圖3)，用該機床加工鉤體牽引臺工作面，結果發現質量合格率較低，事實證明失敗。究其原因，用機床加工的方案設計原理及加工方法理論上是可行的，但由于機床動力頭組件結構尺寸偏大且牽引臺工作面理論弧形中心又位于鉤體鉤耳孔內部，致使機床動力頭很難通過對刀方式對鉤體牽引臺工作弧面中心進行精準定位，并且牽引臺該圓弧錐面位于鉤腔內部，其空間狹小，加工刀具進出不便，因而采用加工機床加工該工作面的方案不可行。

圖3 某車輛段制作的機床加工牽引臺工作面方案圖

綜上所述，研制一種適合的鐵路貨車車鉤鉤體牽引臺打磨專機非常重要和急迫。

1 總體技術方案設計

鑒于某車輛段加工機床失敗的案例，此次研究的方案為：不采取鉤體放置在加工設備上固定后再對其進行加工的方式，而是讓該加工專機能夠安裝定位在鉤體牽引臺的某個設計基準上，然后再以這個設計基準為專機的加工零基點，通過進給實現對鉤體牽引臺工作面的打磨加工。由圖4所示的鉤體圖紙分析可知，上面提及的設計基準應為牽引臺工作弧面中心，因該弧面中心位于鉤耳孔內部偏心位置處，故通過借助定位長圓形鉤耳孔而使該專機定位到鉤體牽引臺工作弧面中心成為可能。研制一種身材小巧、動力強勁的車鉤鉤體牽引臺打磨專機，通過借助鉤體上、下鉤耳孔將本專機定位于鉤體上，采用的專用仿形旋轉磨頭隨專機沿牽引臺工作弧面徑向、軸向及周向方向的精確進給下，完成對鉤體內腔不可見牽引臺工作面的打磨修整。該加工方案可有效保證加工后鉤體上、下牽引臺工作面弧形中心的同軸度及該中心相較于鉤耳孔中心的偏心量，從根本上解決鉤體與鉤舌承載時上、下牽引臺面偏載偏磨的現象。

圖4 某型車鉤鉤體牽引臺部分結構圖

2 總體結構設計

如圖5、圖6所示，打磨專機主要由定位夾持進給機構和動力組成兩部分構成。定位夾持進給機構借助鉤體鉤耳孔定位在構體上，為動力組成的打磨加工提供加工零基點，同時也用于定位、夾緊動力組成并對動力組成的加工位置進行精確控制；動力組成安裝固定在定位夾持進給機構上，可隨該機構同步運動，用于對鉤體牽引臺工作圓弧錐面進行打磨加工。

圖5 車鉤鉤體牽引臺打磨專機三維結構圖

圖6 車鉤鉤體牽引臺打磨專機二維結構剖視圖

3 關鍵結構設計

3.1 定位夾持進給機構

定位夾持進給機構主要由耳孔偏心定位進給組成和動力夾持進給組成兩部分構成(見圖7)。兩耳孔偏心定位進給組成分別穿設于鉤體上、下鉤耳孔內，并均借助長圓形鉤耳孔面偏心的安裝定位在鉤體上、下鉤耳孔上，從而一方面使兩耳孔偏心定位進給組成的軸線同軸，另一方面也使該同軸的軸線與待加工牽引臺工作弧面設計中心重合，為后續動力組成的打磨加工提供了必要的加工零基點，同時也能提供加工過程中的沿牽引臺工作弧面中心軸向方向的精確進給；動力夾持進給組成球鉸接于兩耳孔偏心定位進給組成伸出的各自主軸前端，并能夠繞兩主軸共同確定的軸線(即牽引臺工作弧面設計中心)旋轉，為后續動力組成的牽引臺工作弧面周向打磨加工提供有效進給，同時該夾持進給組成在加工過程中也能提供沿牽引臺工作弧面徑向方向的精確進給。

圖7 定位夾持進給機構三維結構圖

耳孔偏心定位進給組成主要由主軸、偏心錐套基座、導向螺釘、微分筒和偏心錐套滑塊構成(見圖8)。主軸穿入偏心錐套基座的軸孔內，并通過導向螺釘限制兩者間的繞軸相對轉動，確保主軸在偏心錐套基座內部只能沿軸向移動；微分筒通過雙向推力球軸承安裝在主軸末端，確保微分筒能繞主軸無間隙轉動，并能將主軸承受的加工軸向力傳導至偏心錐套基座上；微分筒前端內螺紋與偏心錐套基座的空心軸末端外螺紋形成精密螺紋副配合，依據螺紋放大原理，微分筒旋轉一周，主軸軸向前進或后退一個螺距的距離，因此，沿主軸方向的微小加工進給(精度0.1 mm)，就能通過控制微分筒的旋轉角度來實現；偏心錐套滑塊套入偏心錐套基座的空心軸前端，因在兩者局部部位均設有與鉤體長圓形鉤耳孔形狀互補的配合外定位面，該外定位面相較于兩者的軸線偏心布置，其偏心布置的位置與牽引臺工作弧面理論中心位于鉤耳孔內部偏心位置相同，同時該外定位面還帶有一定導向斜度，所以在軸向鎖緊螺母的緊固下，隨著偏心錐套滑塊的軸向移動，使得兩者的外定位面均能進入鉤耳孔內部仿形定位，從而為后續動力組成的打磨加工提供了必要的定位承力圓心主軸，即加工零基點。

圖8 耳孔偏心定位進給組成二、三維結構圖

如圖9所示，動力夾持進給組成主要由空心主軸、擺動基座、導向螺釘、微分筒、定位球套和彈性夾頭構成。空心主軸穿入擺動基座的軸孔內，并通過導向螺釘限制兩者間的繞軸相對轉動；微分筒通過雙向推力球軸承安裝在空心主軸末端，其能夠將空心主軸承受的加工軸向力傳導至擺動基座上，同時微分筒前端內螺紋與擺動基座空心軸末端外螺紋形成精密螺紋副連接，可實現加工過程中沿軸向的微小進給(精度0.1 mm)；定位球套通過圓錐滾子軸承分別安裝在擺動基座上、下安裝孔內，其內部自帶的內球面能夠分別與上、下耳孔偏心定位進給組成主軸前端外球面形成球面配合，同時兩定位球套同軸軸線與擺動基座軸孔軸線又位于同一平面且相互垂直，從而確保動力夾持進給組成能夠繞上、下耳孔偏心定位進給組成主軸共同軸線(即牽引臺工作弧面設計中心)旋轉，同時也能保證該夾持進給組成提供的軸向進給與牽引臺工作弧面設計中心嚴格垂直；彈性夾頭安裝在空心主軸前端軸孔內，其自帶的外錐面與空心主軸前端相應內錐面導向配合，工作時，在軸向鎖緊螺母的緊固下，彈性夾頭沿導向錐面向空心主軸軸孔內移動，并迫使該夾頭前端的簧瓣產生徑向位移變形，從而實現對動力組成直角拐彎器的定心夾持。

圖9 動力夾持進給組成二、三維結構圖

3.2 動力組成

動力組成是打磨加工鉤體牽引臺工作面的主要部件，主要由馬達、軟軸、直角拐彎器和磨頭構成(見圖10)，其中直角拐彎器和軟軸從一端穿設于動力夾持進給組成的空心主軸內，通過該主軸前端的彈性夾頭對直角拐彎器進行定心夾持，從而實現整個動力組成在定位夾持進給機構上的安裝固定。動力源選用動力強勁、速度可調的便攜式馬達，該馬達體積和重量只有普通馬達的一半；軟軸為SU紋軸，可適應高速連續工作場合，運行安靜；直角拐彎器能將軟軸傳輸的動力平穩地轉向90°輸出，其內置高精密錐形齒輪和滾珠軸承，并且結構緊湊；磨頭為陶瓷性質結合劑粘合混合磨料而成的高強度磨具，具有硬度高且均勻，磨削鋒利，耐磨性強的特點。

圖10 動力組成三維結構圖

4 結束語

目前該打磨專機完成了工作室試驗應用階段(見圖11)。

圖11 打磨專機試驗應用照片

從試驗應用效果來看， 該專機能夠滿足鉤體上、 下牽引臺工作面弧形中心同軸度及該中心相較于鉤耳孔中心偏心量的加工要求， 解決了新造和焊修車鉤鉤體內部牽引臺工作圓弧錐面的加工打磨難題， 有效提高了車鉤鉤體牽引臺工作面形位尺寸精度和質量， 確保車輛連掛牽引時， 鉤體與鉤舌上、 下牽引臺面不產生偏載偏磨現象， 具有廣闊的推廣使用前景。