新型球型支座技术特点和加工工艺探讨

葛建新，曹晓华

（1.唐山市华运铁路交通器材有限公司，河北唐山063300；2.河北理工大学，河北唐山063009）

近几年来，随着铁路、公路桥梁建设的迅猛发展，球型支座在桥梁建设上得到越来越广泛的应用。球型支座市场的日益扩大，要求制造企业不断克服先进设计技术自身造成的加工工艺复杂及提高加工效率等难题，不断探索先进的加工工艺，以保证球型支座产品的加工品质，提高加工效率。

1 球型支座的结构特点和工作原理

球型支座的结构如图1所示，它主要由上支座板、球冠衬板、不锈钢滑板、改性超高分子量聚乙烯滑片和凹球面下座板组成。

图1 球型支座的结构

球型支座的水平位移，是由上支座不锈钢滑板与球冠衬板上部的平面滑片之间的滑动来实现的。球型支座的转角，是由球冠衬板的凸球面与下座板上的凹球面上滑片之间的滑动来实现的。

球型支座具有传力可靠，各向转动性能一致，不仅具备盆式橡胶支座承载能力大、水平位移大的特点，而且转动力矩小，能适应大转角承载吨位和低温地区的需要。

2 新型球型支座的技术特点

新型球型钢支座，除保留原有球型支座平面加球面双磨擦副的结构设计外，其核心技术特点和设计理念主要以下几点：

（1）在国内首次采用将滑动片在球面上以多个分布圆行星分布镶嵌的结构设计（如图2），实现了支座的高承载力、磨擦副受力均衡、磨擦系数低等性能。

图2 滑板行星分布镶嵌的结构设计

（2）球面磨擦副采用球面包覆不锈钢滑板技术，克服过去球面镀铬技术存在的镀层厚度、质量难以保证、易剥落、使用寿命短、对环境影响大等缺点。使支座的球面摩擦副与平面摩擦副，实现等滑移性能和等寿命设计。

（3）与不锈钢板组成平面及球面磨擦副，采用改性超高分子量聚乙烯材料，与原设计采用的聚四氟乙烯相比：聚四氟乙烯板在5 201硅脂润滑条件下，与不锈钢板摩擦时在平均应力为30 MPa时的初始静摩擦系数不大于0.012，而采用改性超高分子量聚乙烯材料，在同等条件下，平均应力45 MPa时初始静摩擦系数不大于0.008[2]，大大提高摩擦副的磨耗性能。

图3 滑板槽在球面上行星分布的结构

3 新型球型支座加工核心工艺

3.1 滑板槽在球面上行星分布结构的加工

滑板槽在球面上行星分布的结构设计（如图3），常规的加工设备和方法无法加工。通过加工示意图4，中水平工作台加旋转工作台的辅助加工装置，可实现球面滑板槽的加工。具体加工工艺如下：

（1）加工时首先保持旋转工作台水平（即θ=0°），以球面中心点与刀具中心点对正，加工球面中心滑板槽；

（2）调整旋转工作台与水平工作台夹角 θ至 θ= θ1、θ2、θ3，刀具中心与各排同心圆分布行星槽中线重合，加工此分布圆上第一个滑板槽；

（3）保持工作台夹角θ不变情况下，调整旋转工作台至行星均布各槽所在分度值α，即可依次加工同心分布各滑板槽。

图4 加工示意图

3.2 不锈钢板球面成型及包覆焊接的加工

新型球型支座球冠衬板采用不锈钢板包覆的先进设计理念，在国内属首次采用，在确保成型球面廓度，表面不允许有折皱等高技术要求的前提下，大直径不锈钢板的球面成型及包覆焊接为我们提出较大的技术难题。

图5 成型焊接工艺示意图

经过不断的摸索和实践，我们逐步形成了一套较为成熟的成型工艺方法。图5为采用球冠衬板和球面下座板为模具，利用不锈钢板延展性进行加工，具体工艺如下：

（1）不锈板采用等离子下料，下料直径为球型盆口直径加60 mm（参考尺寸）；

（2）将下模安装在凹曲面下座板上部，依次安装不锈钢板、上模、压紧螺栓；

（3）上下模找正后，加压，将不锈钢板边缘压入环形锁紧槽内；

（4）依次拧紧周边压紧螺栓；

（5）提升压力机，安装球冠衬板和压头加压（至少2次）成形；

（6）拆除压头、球冠衬板，检查成形情况；拆除上模，取出球面不锈钢板，裁掉多余边料；

（7）二次入模加压，用氩弧焊将不锈钢板沿四周点围后，连续围焊；

（8）成型及焊接完成，卸下衬板，检查球面质量，修整焊缝；

经以上工艺成型的球面不锈钢板，由于采用工件自身为模具，同时利用不锈钢薄板良好的延伸性能，成型及焊接后球面不锈钢板密贴良好，球面轮廓度不超过0.2 mm。

4 结束语

任何先进的产品设计，都需要先进的加工工艺、设备的支持和保证。新型球支座投入批量生产以来，各加工企业通过进行设备改造、工装设计，以满足产品复杂的工艺要求，同时引入数控车床、数控加工中心等高精技术装备，加强行业内相互探讨交流，新型球型支座产品的加工工艺，不断优化和完善，产品加工精度和生产效率大幅提高，现有生产和质量保障能力，均可满足目前桥梁建设需要。

[1]GB/T17955-2000，球型支座技术条件[S].

[2]铁道部科学技术司.科技基[2007]95号，客运专线桥梁盆式橡胶支座暂行技术条件补充规定[S].

[3]铁道部第三勘察设计院集团有限公司桥梁设计处.叁桥通（2008）8360号，铁路桥梁大吨位球型钢支座安装图[S].