新型套管双耳的设计方案研究

邓 洪



新型套管双耳的设计方案研究

邓 洪

通过分析既有模锻式套管双耳产品结构，提出了新型销轴式套管双耳产品的设计方案，并对新方案产品进行性能分析和试验验证，证明新型套管双耳产品具有一定优势和推广价值。

接触网；套管双耳；设计方案

0 引言

近几年来，随着电气化铁路建设的蓬勃发展，列车的运行速度不断提高，对接触网零部件的性能指标和制造工艺均提出了更高的要求。现有套管双耳产品均为两端螺栓紧固安装方式，出厂前进行预配，施工现场安装时需拧松全部紧固件，由于螺栓副较多，安装繁琐，且紧固件成本较高，因此考虑将该产品进行优化改进，以提高施工现场零部件的安装效率。

1 新方案提出

图1所示为既有套管双耳结构。

1.抱箍本体；2.螺栓销；3.螺栓。

针对既有套管双耳产品采用两端螺栓紧固方式现场安装不便、螺栓连接副较多、特殊防松装置成本较高的现状，从考虑减少紧固件数量入手，对既有套管双耳产品进行销轴式结构改进：一端为以螺栓销为轴的合页，另一端由螺栓副紧固安装，优化设计如图2所示。

1.抱箍本体；2.螺栓销；3.螺栓。

2 性能分析

2.1 滑移性能验证

套管双耳与管件的滑移性能指标由套管双耳夹持管件的夹紧力决定。

2.1.1 既有结构夹紧力计算

图3所示为既有结构及简化受力模型。既有结构夹紧力计算式为

= 21（1）

2.1.2 新销轴结构夹紧力计算

图4所示为销轴结构及简化受力模型。其夹紧力计算式为

2= 21（2）

=2/1= 21（3）

式中，1为M12螺栓标称扭矩下产生的轴向紧固力；为腕臂管、定位管夹紧力。

图3 既有结构及简化受力模型

图4 销轴结构及简化受力模型

通过对比式（1）和式（3）可见，2种结构的夹紧力相同，由此可见螺栓减少后不需增加螺栓紧固力矩，2个螺栓紧固仍然可保持与改进前4个螺栓相同的夹紧力，可保证销轴结构的滑移性能。

2.2 零件受力最大处抱箍厚度计算

螺栓连接处抱箍销轴式结构简化受力分析如图5所示。根据螺栓连接布置和宽度尺寸、抱箍销轴式结构、受力分析（图5）、安全系数及许用应力，计算零件受力最大处抱箍厚度的大小。

图5 螺栓连接处简化受力分析

许用应力计算式为

=×安全系数 = 0.67×

弯曲正应力计算式为

=/

要求=，所以有

=/ (0.67×)

由=×，=/ 0.2，可得

式中，接触网安全应力计算系数取0.67，零件材料选用屈服强度= 235 MPa的常用材料Q235B，M12螺栓紧固力矩为44～56 N·m，计算时选用最小紧固力矩= 44 N·m，加力点到危险截面距离为，零件抱箍宽度为，为单个M12螺栓紧固力矩产生的轴向力，为弯矩，为抗弯截面模量，为受剪截面直径。

代入相关参数可得

设计零件取值12，大于计算值10.7，满足设计要求。

2.3 销轴处螺栓销强度核算

销轴处螺栓销为M12螺栓销，性能等级为A2-70级，其极限屈服强度= 450 MPa，许用抗剪强度[t] =/ 2.5 = 180 MPa。

M12螺栓销所受剪切应力计算式为

图6为受力简图。

图6 销轴处螺栓销受力简图

经计算验证，新设计的套管双耳的滑移性能满足要求，零件受力最大处抱箍厚度选择合理，销轴处螺栓销强度满足要求。

2.4 疲劳性能分析

套管双耳作为腕臂支撑装置重要组成零件，对其抗疲劳性能要求较高，根据TB/T2073要求，其载荷及幅值应满足（1±30%）最大工作荷重，交变波形为正弦波，抗疲劳次数50万次。

利用三维设计软件Solidworks中Simulation模块进行仿真疲劳分析，按照紧固力矩44 N·m、水平工作荷重5.8 kN、垂直工作荷重4.9 kN加载（图7），周期按50万次，加载比率按0.3设置，仿真云图如图8所示。通过仿真分析可以看出新型套管双耳满足抗疲劳性能要求。

图7 模型加载及网格化

图8 疲劳性能仿真云图

2.5 试验验证数据

根据产品性能指标要求进行试验验证，试验所得数据如表1、表2所示。通过对数据进行分析，新型套管双耳各项指标均符合要求。

表1 试验数据（1）

表2 试验数据（2）

3 新型套管双耳设计的优点

（1）减少螺栓副数量，降低成本。由4组螺栓副减少为2组螺栓副，如采用特殊防松功效的螺栓，可大幅降低物资采购成本。

（2）安装简化，节省时间。采用销轴铰接式连接，减少了螺栓拆卸工作量，提高了零件的安装效率，方便施工安装和后期维护保养。

（3）降低安装条件要求。销轴式结构只受管径误差（±0.3，可忽略不计）影响，安装条件要求较低。可规避施工安装过程中安装误差导致的偏斜情况。

4 结语

本文分析了既有套管双耳的结构形式并进行了优化设计，改进的套管双耳在设计、制造、施工方面完全满足线路的安装使用要求，降低了生产成本，提高了施工安装的便捷性，确保了工程质量，有一定的推广使用价值。

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The paper analyzes the product structure of die forging type clevis end holder for tube, puts forward the design scheme for a new type product of hinge pin clevis end holder for tube, and illustrates some key issues and technologies in the scheme.

Overhead contact line system; clevis end holder for tube; design scheme

U225.4

B

10.19587/j.cnki.1007-936x.2018.01.007

1007-936X(2018)01-0031-04

2017-08-05

邓 洪.中国铁路设计集团有限公司，高级工程师。