球型钢支座球面耐磨板的成型与装配工艺方法

尹小平 晏红卫 蒋瑞秋 杨 明

(株洲时代新材料科技股份有限公司，湖南株洲 412000)

0 引言

球型钢支座是一种连接桥梁梁体与桥墩、在桥梁及建筑工程领域上广泛应用的支座，具有承载竖向力、水平力，同时在桥梁梁体相对桥墩运动时提供滑移、转动的功能。球型钢支座主要由上支座板、球冠衬板、平面及球面耐磨板、不锈钢板、下支座板等组成，其结构如图1所示。

图1 球型钢支座结构示意图

球型钢支座的转动功能是由球冠衬板与球面耐磨板组成的转动副实现的，球面耐磨板镶嵌在下支座板的球形凹槽内，对于球面耐磨板与下支座板凹槽之间的间隙，球型支座技术条件TB/T 17955规定见表1。

表1 球面耐磨板与凹槽之间的组装间隙 mm

球面耐磨板采用聚四氟乙烯(PTFE)或超高分子量聚乙烯(UHMWPE，Ultra-high Molecular Weight Polyethylene)压制成型，这两种材料都具有摩擦系数小、自润滑的特性，但硬度、强度较大，对于标准中的配合间隙要求而言，成型及装配的难度大。

随着球型钢支座不断推广，尤其是近年来在铁路简支梁上的大批量应用，球面耐磨板成型、组装工艺亟待提高。本文结合生产实践，探索出了一种操作简单、流程少、安全性高、装配效率高、装配合格率高、成本低廉的成型及组装工艺方法。

1 现有工艺方案分析

目前采用的球面耐磨板成型、组装方案及优缺点如表2所示。

表2 现有球面耐磨板成型、组装方案及优缺点

对比四种方案，虽然方案三、四增加了工装生产成本，但是生产效率、合格率较高，因此被普遍采用。进一步对比方案三与方案四，如图2所示。

图2 方案三与方案四示意图

方案三与方案四的不同之处在于:压装时球面耐磨板的放置方向。从图2a)中看出，下支座板耐磨板嵌槽上部尺寸φA较下部尺寸φB略小，采用方案三压装时，会造成球面耐磨板边缘破损，影响耐磨板性能;方案四可以克服方案三的缺点，但是由于球面耐磨板顶部为球型，压装时接触面极窄，因此存在安全隐患。

2 方案设计

根据上文对现有各工艺方案的优缺点分析可以得出，方案三、四在生产效率方面具有更大的优势，因此可以确定新工艺方案沿用两者的思路，并进行改进。

方案三较方案四具有更高的安全性，其原因是压装时球面耐磨板凹面朝上，与球冠衬板接触面积大，稳定性好，因此初步设想在方案四的基础上，增大压装时的接触面积以增加稳定性。

初步设计方案如图3所示:首先，在一定的温度和压力下，利用工装将平面耐磨板成型为图3a)所示形状，即“M”型;然后如图3b)所示将耐磨板压装如下支座板嵌槽内。

图3 球型耐磨板成型及装配初步方案

由图3可知，该方案沿用了工艺方案四中的压装方式，但将耐磨板初步成型为球型改为“M”型，增加了压装时球冠衬板与耐磨板的接触面积，不仅保留了方案四的优点，更增加了操作安全系数，具有较高的可行性。

3 工艺方案实施

本方案具体工艺实施过程:首先采用如图4所示“M”型耐磨板成型工装成型，完成后按图3b)所示反扣于下支座板嵌槽，并涂抹硅油脂，然后将球冠衬板置于耐磨板凹球面内，再使用压力机将耐磨板压入下支座板嵌槽内，完成组装。

图4 “M”型耐磨板成型工装

与现有方案相比，新工艺方案将压装前的耐磨板由球型改为“M”型，压装工艺未作改变，因此“M”型耐磨板的外形尺寸是否合理关系到本工艺方案能否顺利实施以及实施效果，下面以5 500 kN球型钢支座用球面耐磨板为例，进行工艺探索。图5为5 500 kN球型钢支座用球面耐磨板。

图5 5 500 kN球型钢支座用球面耐磨板

当采用工装压制“M”型耐磨板时，对此后压装效果影响较大的尺寸为图4中的SR1及SR2，其中SR1影响压装后耐磨板与嵌槽的间隙，SR2影响组装时的安全性。SR2影响相对较小，且仅需满足压装时，球冠衬板可以稳定放置于耐磨板上即可，因此首先可定SR2=120 mm。

根据方案四中采用的工装尺寸，暂定SR1=255.5 mm研究得出，在此尺寸组合的情况下，压装后球面耐磨板回弹尺寸如表3所示。

表3 SR1=255.5 mm时，球面耐磨板回弹尺寸 mm

根据表3数据可计算得出表4。

表4 计算结果 mm

计算三种曲率:

根据经验公式定义回弹前后的曲率比为回弹比η，即:

则工装的修正曲率δx应该满足:

因此修正后的工装球径:SR1=1/δx=1/0.003 1=322.5。

根据修正球径改进工装，并进行验证，结果如表5所示。

表5 修正后验证结果 mm

根据表5数据计算球面耐磨板平均回弹球径SR1=628 mm＜SR=636 mm，基本满足尺寸要求，本工艺方案验证可行。

4 结语

本文提出的球型钢支座球面耐磨板成型及组装工艺方法，在现有工艺的基础上实现了突破，提高生产效率的同时，降低了生产成本，使得球型钢支座的批量生产成为现实。

［1］ 庄军生.桥梁支座［M］.第2版.北京:中国铁道出版社，2000.