鐵路貨車車鉤鉤尾框螺母拆卸裝置的設計與實現

孟志剛，郭曉亮，劉 路，張永釗，任朋朋，陳 冉

(1.大秦鐵路股份有限公司 科學技術研究所，山西 太原 030013; 2. 大秦鐵路股份有限公司 太原車輛段，山西 太原 030045; 3.鄭州智輛電子科技有限公司，河南 鄭州 450000)

鐵路貨車車鉤鉤尾框螺母拆卸是車輛段一項很頻繁的檢修工作，每次檢修時，都要將車鉤的鉤尾框托板、鉤尾銷托梁、安全托板的螺母一個一個地拆卸下來，效率低下[1-3]，因此本文將設計一套專用的鐵路貨車車鉤鉤尾框螺母拆卸裝置，以提高鉤尾框螺母的拆卸效率。

1 結構組成

貨車車鉤鉤尾框螺母拆卸裝置的外形尺寸約為：1 350 mm×700 mm×850 mm。該裝置放置在液壓叉車上，由底座固定架、定位機構(包括T形定位凹槽和定位夾板)、位移機構、螺母拆卸機構(包括M24螺母拆卸組件和M20螺母拆卸組件)等組成(圖1)。

圖1 貨車車鉤鉤尾框螺母拆卸裝置結構示意圖

1.1 底座固定架

底座固定架是貨車車鉤鉤尾框螺母拆卸裝置的承重件，其底部能固定到液壓叉車的叉桿上并隨液壓叉車移動。

1.2 定位機構

定位機構起快速定位作用，保證拆卸裝置和鉤尾框相對位置精準。定位機構由T形定位凹槽和定位夾板組成。作業時，T形定位凹槽隨著液壓叉車的上升對準T形鉤尾框沖擊塊，通過兩者之間的鑲套快速初定位；定位夾板頂部為錐形面，通過自身的結構特點能在液壓叉車上升階段把車體牽引梁卡進兩夾板中心內，并保證兩者之間的相對位置正確。

1.3 螺母拆卸機構

貨車車底牽引梁的鉤尾銷托梁上有4根M24螺栓；鉤尾框托板上有6根M20螺栓，每2根螺栓前后間距為70 mm；安全托板上有4根M20螺栓，每2根螺栓的前后間距為64 mm[4]。對于M20螺母，由于鉤尾框托板和安全托板上的螺栓間距和螺栓數量不同，拆卸作業時，為了保證拆卸機械的簡便性，一次拆卸橫向(長邊方向)同一對螺母。

螺母拆卸機構包括M24螺母拆卸組件和M20螺母拆卸組件，螺母拆卸組件由固定架、工作臺支撐彈簧柱、扭矩電機、沖擊塊、套筒、聯軸器、轉動軸等組成，如圖2所示。

圖2 螺母拆卸組件結構示意圖

扭矩電機具有噪音低、扭矩可調、可正反轉、可過載保護、現場取電方便等優點。M24鉤尾框螺母拆卸組件安裝4個扭矩電機，M20鉤尾框螺母拆卸組件安裝2個扭矩電機。每2個扭矩電機為1組，每組扭矩電機可同時啟停，且相互之間獨立轉動，在拆卸過程中能快速進行多個螺母拆卸，如果單個螺母卡滯也不影響其他扭矩電機工作。

螺母拆卸組件屬于貨車鉤尾框螺母拆卸裝置中的工作部件，鉤尾銷托梁、鉤尾框托板、安全托板的螺母屬于車底牽引梁上的安裝部件。拆卸螺母組件的套筒和車底牽引梁上的鉤尾框托板、鉤尾銷托梁、安全托板的螺母在對準過程中很容易發生中心偏移的情況，而聯軸器能補償這個偏移量，使兩者更好地配合，同時聯軸器具有緩和沖擊、吸振作用。沖擊塊用于連接套筒和聯軸器。

1.4 位移機構

位移機構是讓螺母拆卸組件相對位置移動的機構，從運動形態上分為垂直方向運動和水平方向運動。拆卸螺母時，M24螺母拆卸組件只需做垂直方向的運動；M20螺母拆卸組件需要多次循環做垂直和水平方向的運動。

鉤尾框螺母拆卸裝置采用液壓缸實現螺母拆卸組件垂直方向的升降，液壓缸體積小、質量輕、傳動平穩、有過載保護；采用步進電機實現螺母拆卸組件的水平移動，步進電機驅動拆卸螺母組件在底座固定架的直線導軌上滑動，控制性好，動作精準，行走誤差小，啟停車都能快速完成。直線導軌額定載荷大，并能承受一定的扭矩，可在高負載情況下實現高精度的往復直線運動。

2 操作過程

貨車車體牽引梁上有3處托板螺栓需要拆卸，分別是鉤尾銷托梁處的M24螺栓組，鉤尾框托板和安全托板處的M20螺栓組，3處螺栓組在貨車車體牽引梁上的位置固定，如圖3所示。3處托板和車體牽引梁使用螺栓緊固連接，由于螺栓和螺母本身均無防轉措施，拆卸螺母時可能會出現螺栓連軸轉的情況，因此需要提前由人工使用配套扳手卡緊螺栓頂部，防止其轉動。

1.鉤尾銷托梁及其M24螺栓(4個)；2.安全托板及其M20螺栓(4個)；3.鉤尾框托板及其M20螺栓(6個)。圖3 貨車車體牽引梁托板位置及螺栓說明

拆卸鉤尾框上的螺栓時，啟動液壓叉車將拆卸裝置送入到車廂底部，使T形定位凹槽大致在貨車車體牽引梁的T形鉤尾框沖擊塊下部，控制液壓叉車抬升叉車臂使T形定位凹槽對準T形鉤尾框沖擊塊，通過兩者鑲嵌配合快速實現初定位；隨著液壓叉車的叉車臂繼續抬升，螺母拆卸裝置的定位機構跟隨上升，由于定位夾板頂部是斜面，此時定位夾板通過定位斜面的收緊，調整自身角度，慢慢和車體牽引梁成一個平行角度，從而實現拆卸裝置的位置調整，通過2個部位的校準縮小了鉤尾框螺母拆卸裝置上的套筒和托板螺母的中心偏移量；通過聯軸器進行同軸度的補償，使鉤尾框螺母拆卸裝置上的套筒能卡進貨車車體牽引梁上的托板螺母。

螺母拆卸順序為：

(1) 拆卸鉤尾銷托梁螺母。M24螺母拆卸組件上有4個扭矩電機，能一次拆卸完4個螺母。使用扳手卡緊鉤尾銷托梁兩側的4個螺栓帽，開啟M24螺母拆卸組件升降開關，將套筒升至M24螺母處并點動啟動扭矩電機，套筒繼續抬升并慢慢卡住M24螺母后，啟動扭矩電機拆卸4個螺母。拆卸動作完成后關閉扭矩電機，M24螺母拆卸組件恢復到初始高度。

(2) 拆卸鉤尾框托板和安全托板上的M20螺母，拆卸過程同M24螺母拆卸過程一致。M20螺母拆卸組件上安裝的2個扭矩電機對每組螺母進行分批次拆卸，拆卸完1對后，通過控制步進電機使M20螺母拆卸組件在直線導軌上的行走至另一對M20螺母處并進行拆卸，依次完成拆卸作業。

如果螺紋沒有損壞或者螺紋處沒有鐵銹及雜物，所有螺母均會被拆卸掉；如果遇到某個螺母無法拆卸的情況，可以先拆卸其余螺母，最后通過調整扭矩電機的扭矩，單獨拆卸有問題的螺母。螺母拆卸組件的套筒為定制套筒，其內部安裝有彈簧，螺母拆卸后，拆卸裝置下降，螺母被彈簧頂出并掉入下方的收納盒中。

3 主要技術參數

由于貨車車鉤鉤尾框螺母拆卸裝置可拆卸M24螺母和M20螺母，所對應的拆卸扭矩大小也不相同，同時由于該裝置使用過程中反復振動、磕碰等原因使螺母在拆卸過程中需要的扭矩大小也不相同，有可能出現卡死現象，所以需采用具有過載保護功能的可調扭矩電機，且每組扭矩電機之間相互獨立，這樣即使某一根螺栓出現卡滯情況也不影響其余螺母的拆卸。

表1為BY型防松螺母緊固力矩對照表，表2為貨車車鉤鉤尾框螺母拆卸裝置主要技術參數。

表1 BY型防松螺母緊固力矩對照表 N·m

表2 貨車車鉤鉤尾框螺母拆卸裝置主要技術參數

4 結束語

本文設計的鐵路貨車鉤尾框螺母拆卸裝置系統可拆卸M24和M20等不同型號的螺母,解決了檢修時逐個拆卸螺母的頻繁操作，可有效降低車輛段檢修工人的勞動強度，提高工作效率，為以后其他各車型實現螺母的自動拆卸提供參考。