HXD1D型電力機車齒輪空心軸裝置]翻邊機的設計與應用

熊學木

(中國鐵路武漢局集團有限公司武漢大功率機車檢修段，湖北 武漢 430000)

0 引言

齒輪空心軸裝置是HXD1D型電力機車驅動裝置檢修過程中的重要部件之一，起著支撐大齒輪、連接牽引電機和六連桿驅動裝置的作用[1]。齒輪空心軸裝置在檢修過程均進行翻轉作業，目前現場使用天車吊裝方式落地進行翻轉，會造成空心軸及部件的損傷而影響質量，且在翻轉過程使用特種設備存在安全風險。因此，設計和研究一種自動化的齒輪空心軸裝置翻轉設備，對提升齒輪空心軸裝置檢修過程中的質量和人身安全具有十分重要的意義。文獻[2-4]研究了多種翻轉機構和設備的設計方案及研究思路，本文借鑒設計方案，設計和研究出了齒輪空心軸裝置翻邊機。

1 齒輪空心軸裝置翻邊機的設計

HXD1D型電力機車齒輪空心軸裝置由空心軸套、軸承座、傳動軸承、連桿一、連桿二、傳動盤、六連桿、大齒圈等部件組成。齒輪空心軸結構圖如圖1所示。

圖1 齒輪空心軸結構圖

齒輪空心軸裝置合裝前，將組裝合格的齒輪轂及軸承座整體用天車吊入空心軸套，與左側六連桿裝置組裝(見圖1)，再將右側傳動盤和六連桿裝置組裝。齒輪空心軸裝置組裝完成后，要右側朝下與副輪進行組裝。在左側朝下的狀態翻轉180°才能右側朝下，用天車落地進行180°翻轉會造成配件的損傷，天車操作過程存在較大的人身安全風險。而本文設計的齒輪空心軸裝置翻邊機，能大大提高現場作業效率，并有效控制現場安全。該翻轉設備包括2個相對間隔設置的翻轉裝置。每個翻轉裝置由機架、升降組件和翻轉夾具構成。升降組件包括升降架和升降驅動機構，升降架可豎直滑動地安裝于機架上，翻轉夾具可轉動地安裝于升降架上，翻轉夾具用于夾持待翻轉的帶齒輪空心軸裝置。齒輪空心軸的翻轉設備結構圖如圖2所示。

圖2 齒輪空心軸的翻轉設備結構圖

1.1 翻轉裝置的基座、機架和立柱的設計

基座的底部安裝用若干調平螺栓固定，調平螺栓的螺紋連接基座和地面，通過調節調平螺栓的高度，可有效實現基座的調平，保證了機架整體的位置穩定性。機架和2個立柱安裝在機座上。翻轉裝置各重要組件的示意圖如圖3所示。

1.2 升降架的設計

升降架由架體、導向輪和限位輪組成，導向輪和限位輪均可轉動地安裝于架體上，導向輪與導向滑軌滾動配合設置，限位輪設置于限位槽中，為保證限位效果，限位輪設計為2組，分別安裝于架體的上下部，限位輪在對應的限位槽內滑動，導向輪與導向滑軌的外側抵接滑動，以保證升降架順暢升降。

圖3 翻轉裝置的示意圖

1.3 翻轉驅動機構的設計

翻轉驅動機構包括鏈輪提升電機、鏈輪、鏈條和鏈條掛。鏈輪提升電機安裝于立柱的上端，鏈輪驅動連接于鏈輪提升電機的輸出端，鏈條的一端通過鏈條掛與升降架相連，鏈條的另一端配合連接于鏈輪。為了有效拉直鏈條，防止鏈條彎折，保證鏈條的使用壽命，升降驅動機構設計了若干靠輪和張緊錘，鏈條靠近鏈輪的一端繞過鏈輪與張緊錘相連，若干靠輪緊靠鏈條安裝，確保拉直鏈條。

1.4 翻轉夾具的設計

翻轉夾具包括轉輪、安裝座、翻板、壓板和限位件。轉輪可轉動地安裝于升降架的一側，轉輪的轉動軸線水平設置，2個翻轉夾具對應的轉輪的轉動軸線理論上應保持共線。安裝座安裝于轉輪遠離升降架的一側，安裝座設計了翻板和壓板安裝基體，翻板和壓板可分別轉動地安裝于安裝座的兩端，翻板的轉動軸線和壓板的轉動軸線平行設置，當翻板和壓板繞其自身軸線轉動時，翻板和壓板之間的夾角發生變化，進而實現了夾持待翻轉的帶齒輪空心軸裝置翻轉功能。

1.5 翻板、壓板的設計

由于帶齒輪空心軸裝置的齒輪的一側端面具有安裝槽，因而壓板靠近翻板的一側設計成有限位弧形條，限位弧形條用于與帶齒輪空心軸裝置的齒輪的側面安裝槽限位固定，因而翻板和壓板共同形成夾持部，其中限位件可拆卸地安裝于夾持部以使夾持部分別具有一個使用狀態和一個空閑狀態。

當夾持部處于使用狀態時，翻板和壓板相互靠近，限位件的兩端分別與翻板和壓板連接，以限制翻板和壓板的轉動。當處于空閑狀態時，限位件的兩端分別與翻板和壓板斷開連接，翻板和壓板可自由轉動。翻板和壓板相對應的位置分別形成有固定孔，安裝限位件時，限位件放置于翻板和壓板之間，限位件的兩端通過螺絲和螺母連接固定，螺母和對應翻板和壓板之間安裝有U形墊圈。另外，可在翻板的邊緣安裝登山扣，在轉輪對應的邊緣安裝勾環，當夾持部處于空閑狀態時，采用登山扣和勾環連接，以保證翻板位置穩定。升降架、翻轉夾具和翻轉驅動機構示意圖如圖4所示。

圖4 升降架、翻轉夾具和翻轉驅動機構示意圖

1.6 翻轉限位的設計

該限位驅動件為一帶鎖止位置的連桿機構，通過連桿運動，其與限位銷連接實現驅動限位銷的伸出和收縮，并使限位銷在伸出和收縮時能鎖定，防止其發生位移；限位驅動件設計為伸縮氣缸，該伸縮氣缸的驅動軸與限位銷連接。

限位組件可限制對應升降架上的翻轉夾具轉動，翻轉限位組件包括限位安裝座、限位銷和限位驅動件。限位安裝座固定安裝于對應的升降架且其上形成有通孔，限位銷可活動地穿過通孔，轉輪靠近升降架的一側相對的兩端均形成有限位孔，限位驅動件驅動連接于限位銷，限位銷穿過通孔與限位孔配合進行限位。翻轉限位組件的結構圖如圖5所示。

圖5 翻轉限位組件的結構圖

1.7 翻轉驅動機構的設計

翻轉驅動機構驅動翻轉夾具為主動端，另一相對的翻轉夾具為從動端。翻轉驅動機構包括驅動電機、主動齒輪、回轉支承和從動齒輪。驅動電機為帶自鎖機構的伺服電機，驅動電機固定安裝于對應的升降架，主動齒輪驅動連接于驅動電機的輸出軸，回轉支承的內圈固定安裝于升降架的一側。作為一種優選的實施案例，回轉支承的內圈固定安裝于升降架的一側，可采用在架體的側面固定連接一環形圈，回轉支承的內圈固定套設在該環形圈上；從動齒輪與回轉支承的外圈固定安裝，并與主動齒輪嚙合傳動，轉輪固定連接于回轉支承的外圈，當驅動電機的輸出軸旋轉時，就能帶動主動齒輪轉動，進而帶動從動齒輪和轉輪轉動，實現帶齒輪空心軸裝置的翻轉。翻轉驅動機構的結構圖如圖6所示。

圖6 翻轉驅動機構的結構圖

2 齒輪空心軸裝置翻邊機的應用

首先，通過天車將帶齒輪空心軸裝置吊運至翻邊機上，將帶齒輪空心軸裝置的齒輪兩側分別放置到兩側的壓板上，并且保證短軸段位于長軸段的下方，使壓板上的弧形限位條與帶齒輪空心軸裝置的齒輪側面上的安裝槽限位固定，然后打開登山扣，將限位件安裝到夾持部上，確保夾持部對齒輪的夾持穩固，然后撤回限位銷，解鎖轉輪，啟動驅動電機，使轉輪緩慢旋轉90°，此時帶齒輪空心軸裝置的軸線水平，然后啟動鏈輪提升電機，將安裝有帶齒輪空心軸的升降架提升一定高度后，驅動電機繼續旋轉90°，進而完成帶齒輪空心軸裝置的翻轉。齒輪空心軸裝置翻轉示意圖如圖7所示。

圖7 齒輪空心軸裝置翻轉示意圖

2021年1月—12月，用該翻邊機對72個帶齒輪空心軸裝置進行翻邊，翻轉1個帶齒輪空心軸裝置只需要2 min，與用天車對齒輪空心軸裝置進行翻轉需要5 min比較，該翻轉機的使用節約了3 min。用天車在地面翻轉會造成配件的磕傷，影響空心軸裝置的檢修質量，且對天車操作技能要求較高，存在較大的安全風險，而該翻邊機在使用中，72個空心軸裝置均未造成磕傷，翻轉過程安全系數較高。齒輪空心軸裝置翻邊機的實物圖如圖8所示。

圖8 齒輪空心軸裝置翻邊機

3 結語

本文設計的齒輪空心軸翻邊設備較之現有的翻轉方式，由于可采用驅動電機和鏈輪提升電機來實現轉動和提升，節省了人力，有效提高了作業效率。另外，帶齒輪空心軸裝置的齒輪兩側被翻轉夾具夾持，帶齒輪空心軸裝置不會向機架一側傾倒，只需要對上料間隔對應的前后方向做好防護即可，因而減少了占地面積，無需大面積的安全防護區，也減少了帶齒輪空心軸裝置翻轉的安全隱患，同時提高了翻轉過程的檢修質量。齒輪空心軸裝置經現場使用后，取得預期的良好效果，該設備具有重要的推廣價值。