地鐵車輛軸箱軸承退卸裝置的設計

龐明瀟，程 灝，盧寶杰，馮小慧

（1.青島理工大學管理工程學院，山東青島 266000；2.青島地鐵集團有限公司運營分公司，山東青島 266000）

0 引言

隨著城市軌道交通的迅猛發展，城市軌道交通高強度的運營壓力對縮短車輛維護周期的要求越來越高，根據地鐵車輛轉向架大修流水線生產工藝，軸箱軸承退卸嚴重制約著后續生產計劃，因而需設計結構合理軸箱軸承退卸裝置，以提高生產效率。

1 輪對軸箱裝置組成

1.1 輪對

將一根車軸與兩個相同的車輪采用過盈配合牢固地結合在一起稱為輪對。在輪軸接合部位采用過盈配合，使兩者牢固地結合在一起，為保證安全，絕對不允許有任何松動現象發生。輪對是轉向架不可缺少的重要部件，不僅承擔著車輛的全部載荷，還承受著鋼軌接頭、道岔等橫向、垂向的沖擊力和摩擦力。拖車轉向架安裝拖車輪對，由車軸、車輪、降噪阻尼環組成；動車轉向架上安裝動車輪對，由車軸、車輪、降噪阻尼環、齒輪箱、聯軸節組成，通用零部件有車輪、降噪阻尼環、車輪用防護螺堵。

1.2 軸箱及軸承

地鐵車輛普遍采用滾動軸承軸箱裝置，軸箱裝置包括軸箱體、軸承、防塵擋圈、前后端蓋等，其作用是組裝、支撐各零部件，連接構架，傳遞載荷。滾動軸承按滾子形狀可分為圓柱滾動軸承、圓錐滾動軸承、球面滾動軸承。軸承由外圈、內圈、滾子、保持架組成（圖1）。

圖1 軸承

2 軸箱軸承退卸裝置設計要求

采用在線通過式布置，軸承退卸后可自動將輪對推出，滿足流水線檢修規程及工藝要求。退卸機構上設置頂針能自動與輪對軸線準確對中，由退卸拉爪從上方扣住軸承后蓋進行退卸，不同型號軸承退卸時，只須更換退卸拉板即可。設備退卸采用左右獨立閥組，保證左右退卸分立，不左右竄動，不相互影響。設備含軸承保護套及接料裝置，可保證退卸過程中軸頸或軸承不被磕傷，接料裝置由接料架、擋料板、尼龍墊板等組成，退卸時能使所退下的軸承落在接料架上，便于人員搬運或自動運輸，保證整個工藝流程及物流的順暢。

3 機械結構設計

3.1 總體結構

軸箱軸承退卸裝置總體結構由機體組件、軸承退卸裝置、輪對舉升定位裝置、中心測高裝置、軸承存放槽及蓋板組件等組成（圖2）。

圖2 軸箱軸承退卸裝置總體結構

3.2 機體組件

機體組件是軸承退卸裝置、中心測高裝置、輪對舉升定位裝置等的安裝基座，設計為鋼板焊接箱型結構，其結構強度高，穩定性好，通過調整墊鐵和地腳螺栓固定在設備基礎地坑中。

3.3 軸承退卸機構

軸承退卸機構由退卸機體、退卸油缸、退卸支臂、退卸支臂座、直線導軌、抬升支臂油缸、頂針油缸、頂針、退卸工裝等組成。軸承退卸機構機體由優質碳素結構鋼焊接而成，通過選擇先進合理的焊接方法、焊接材料及焊接工藝，保證焊接質量，并且焊后經過退火處理后再進行加工，有效保證了各運動部件的運動精度。退卸油缸安裝在直線導軌上，退卸支臂座安裝在退卸油缸活塞上，退卸支臂通過抬升支臂油缸與退卸支臂座相連，退卸支臂在抬升支臂油缸的作用下，繞退卸支臂座的轉軸旋轉，保證退卸工裝能插入到退卸軸承的內端面。頂針油缸的作用一是推動退卸油缸前后移動，使退卸工裝能落入軸承和車輪之間；頂針油缸的另一個作用是對輪對定位，保證在軸承退卸過程中輪對或車軸不發生軸向移動。

整個退卸裝置安裝在機體組件上，從而保證了壓裝裝置與退卸裝置中心一致性。退卸工裝安裝在退卸支臂上，退卸工裝的內孔按最大退卸軸承外徑設計，且插入軸肩孔的尺寸大于軸肩不會對軸承外圈及車軸軸頸造成損傷。當輪對由頂針定位后，在抬升支臂油缸的作用下，退卸支臂轉動下落使退卸工裝套住待退卸軸承，為軸承退卸準備。退卸油缸進油，退卸油缸活塞桿頂出，帶動退卸工裝從而使得軸承從軸上脫離過盈配合，并逐步脫離軸頸，并將軸承退卸到頂柱上。而后抬升支臂油缸作用，將退卸支臂抬起，然后頂針油缸工作，在退卸機體作用下，軸承落入軸承存放槽，完成退卸工作。針對不同輪對軸承退卸時，本設備不需更換液壓頂尖，只需要更換退卸工裝即可滿足要求，退卸工裝更換簡單、方便。

3.4 輪對舉升定位裝置

輪對定位裝置是由輪對同步升降裝置驅動的一對V 形塊和導向塊，與其相配的是焊接在機架支板上的導向滑槽，V 形塊與中心測高裝置及頂針共同保證輪對與退卸油缸中心同軸。輪對同步升降裝置是由伺服電機減速機與兩組螺母絲杠等組成。在絲杠端部連接有輪對定位裝置，導向由定位裝置完成。輪對同步升降裝置升降速度可調，能實現自動和手動按鈕距離為1 mm 的微調。

3.5 中心測高裝置

中心測高裝置能保證將輪對舉升到退卸油缸中心，它由測高油缸、測量頭、彈簧、位移傳感器、導向桿及接近開關等組成。并且在下部設有接近開關，可保證測量數據準確。本裝置非工作時沉入地面下，工作時伸出地面。

3.6 軸承存放槽

軸承存放槽是用來接收退卸下的軸承，該軸承存放槽設有坡度及擋板，軸承退卸后落入存放槽并滾至最低處，槽內設有橡膠板，可降低噪聲及對軸承的損傷，本接收槽可存放4 組軸承，當軸承在存放槽放滿后可一次取走，節約工作時間及勞動強度（圖3）。

圖3 軸承存放槽

3.7 撥輪機構及蓋板組成

軸承退卸完成后，輪對舉升定位裝置下落，輪對落至軌道上，撥輪油缸桿伸出，推動撥塊撥動輪對移動，從而將輪對撥出（圖4）。蓋板組成由花紋鋼板及角鋼支架組焊而成，安裝于設備基礎地坑處，操作人員及托舉齒輪箱的支撐輪均可以在其上安全通行。

圖4 撥輪機構

4 液壓系統設計

軸箱軸承退卸裝置退卸動力為液壓動力，且本液壓系統配備液壓過載保護，滿足運行載荷保持恒定。液壓系統整體美觀、大方、商品化，油箱上所有液壓元件采用整體罩密封，密封罩開啟方便，并且留有通風排氣窗、壓力調整窗及觀察窗。液壓管路采用鋼管或部分軟管加剛性支架的保護形式，在正常工作溫度5～40 ℃下，設備啟動時液壓系統不需預熱可直接投入工作。

液壓管路均采用防銹、防腐處理，外露管路要求美觀商品化，密封良好，無泄漏，配置液壓裝置過載保護系統。液壓系統工作時油缸壓力保持恒定，不會出現振動。液壓系統中液壓頂尖對輪對的夾緊力可根據需要在控制程序中自動調整和設定，操作方法簡單可靠。設備有左、右組合油缸，分別包含頂針油缸和退卸油缸，以滿足輪對左右兩端頂緊及軸承退卸的需要，液壓系統采用雙端油缸各自獨立閥組控制的液壓系統模式，兩端可單獨進行退卸工作。組裝油缸在組裝時承受全部組裝力，其頂尖用于定位，能根據工件孔徑及孔錐角不同進行更換，保護車軸不被拉傷。拉板和組裝套筒根據滾動軸承的不同進行設計，須滿足地鐵車輛軸箱軸承的拆卸及組裝作業。

5 結語

針對不同輪對軸承退卸時，本裝置不需更換液壓頂尖，僅更換退卸工裝即可滿足要求，退卸工裝更換簡單、方便，滿足了設計要求。設計出的軸箱軸承退卸裝置操作簡單，作業時間僅為3 min/對，大大提高了生產效率，具有廣泛的應用價值。