电气化铁路特形定位器弯管工装设计

马仕祥

（中铁建电气化局集团轨道交通器材有限公司，江苏 常州 213179）

接触网在电气化铁路供电回路中起着十分重要的作用，为了满足铁路运输的需要，接触网必须全天候不间断供电，直接影响着电气化铁路的运行可靠性。接触网作为无备用的供电设备，必须保证高的可靠性。特形定位器主要用于绝缘关节中心柱处固定接触线位置，保证接触线工作平面平行于轨面，并承受接触线的水平拉力。在实际生产过程中，容易产生管材弯曲部位附近的直线段截面发生畸变的问题，不仅影响着后续产品装配导致生产效率低下，也制约着定位管质量的提高。因此，对现有的特形定位器管弯管工艺进行优化不仅是对公司产品质量的保证，更是对广大旅客的生命安全和国家财产安全的负责。

1 现有特形定位器管弯管问题分析

如图1所示为特形定位器示意图，特形定位器管的材料为6082铝合金，需经管材弯曲成形。在弯曲初始阶段，特形定位器管的弯曲内侧半径大于凸模的圆周角半径，随着弯管机上凹模的旋转，直管与凸模表面逐渐靠紧，当凸模、管材、凹模三者完全压合时，弯曲过程结束。在此过程中，管材弯曲的圆弧部位会逐渐变扁，其内壁上承载着很大的变形力，容易导致管材需要弯曲部附近的直线段截面发生畸变，通过生产统计可知管径弯曲后变形尺寸超过0.5mm，不仅导致后续的装配效率低下，而且部分变形尺寸过大的定位器管无法完成装配而造成报废，提高了成本；此外，过大的变形量会产生较大的内应力，在工作状态下与工作荷载叠加容易使管材发生开裂，为通车后的实际应用过程带来安全隐患。因此，针对特形定位器管弯管成形存在的问题进行深入的研究，通过必要的实验验证和数据分析，设计开发一种防变形弯管工装，有效解决上述技术缺陷，消除长期困扰电气化铁路接触网定位装置的一大隐患。

2 防变形弯管工装方案设计

2.1 方案的提出

图1 特形定位器示意图

针对现有弯管过程中与变形圆弧连接的直线段容易发生截面畸变的问题，提出了一种防变形弯管工装设计的方案，将该工装在弯管过程中置于定位器管的直线段部位，撑住定位器管内壁，防止其发生变形。由于定位器管在弯曲过程中会使定位器管产生变形而夹紧放置在管内的工装，所以该工装的外径需要设计成可调整的形式，在管材抱紧该工装后，通过变小工装外径尺寸，使其能顺利从管材中取出，故考虑将该防变形弯管工装设计成由弹性夹头和定位管芯轴组成的结构形式。弹性夹头利用摩擦力的原理，设计为莫氏锥度，具有自锁能力。

2.2 方案的设计思路

如图2所示为防变形弯管工装示意图，该工装由弹性夹头和芯轴两部分组成，分别如图3和图4所示。弹性夹头外形为两段直径不等的柱形整体结构，大头外径尺寸视所弯管管材内径尺寸设计，其值略小于所弯曲管材的内径尺寸，小头外径为大头外径的4/5，内部具有与芯轴外形相配合的通孔，弹性夹头的通孔分为通孔上段、通孔中段和通孔下段，通孔上段呈光滑的倒锥形，通孔中段呈光滑的圆柱形，通孔下段呈具有内螺纹的圆柱形，沿弹性夹头的上半段开设有4个沿圆周均匀分布的纵向竖槽，弹性夹头的下半段横向开设有圆孔，竖槽延伸至圆孔，且竖槽底部与圆孔相连。

芯轴分为上段、中段和下段，芯轴上段呈光滑的倒锥形，与弹性夹头通孔上段相配合；芯轴中段与通孔中段相配合呈光滑的圆柱形；芯轴下段具有与弹性夹头通孔下段相配合的外螺纹。芯轴的上端面设有一体结构的圆柱竖杆，并设有与圆柱杆一体的六角螺母，以向芯轴加载扭矩。芯轴的外侧与弹性夹头的内侧相配合，并通过螺纹连接，螺纹配合的松紧控制弹性夹头大头的外径在一定范围内变化。

弯曲管件之前，弹性夹头和芯轴螺纹之间为松动配合，使芯轴的锥形外壁与弹性夹头的锥形内壁不接触，保证弹性夹头大头外径为原始状态，并将弹性夹头和芯轴组成的整体放入管材内变形圆弧过渡的直线段部位，然后拧紧螺纹，芯轴的锥形外壁与弹性夹头的锥形内壁贴合，并撑开弹性夹头的大头，使弹性夹头的大头外径增大并与所需弯曲的管件内壁紧密贴合，此时，弹性夹头和芯轴组成的整体为刚性结构，然后进行管件弯曲工序，待管件弯曲结束后，旋松弹性夹头和芯轴之间螺纹，随着螺纹的旋松，芯轴的锥形外壁与弹性夹头的锥形内壁由贴合到逐渐分离，弹性夹头大头外径将恢复原始状态，此时，弹性夹头和芯轴组成的整体可顺利从管内抽出。

图2 防变形弯管

图3 弹性夹头示意图

图4 芯轴示意图

2.3 生产试验验证

如图5所示为所设计的防变形弯管工装实物图，芯轴与弹性夹头通过螺纹连接，芯轴圆柱杆通过焊接固定在芯轴上端面。弹性夹头和芯轴均采用40Cr材料加工成形，经过调质处理后可得到较高的强度和韧性等综合机械性能，能有效地抵抗弯管过程管材变形所产生的压力。在弯管前将保持螺纹松动状态的弹性夹头和芯轴整体放置于铝管内孔中，然后在芯轴螺杆上施加扭矩，使弹性夹头圆柱外表面与铝管内壁紧密贴合，如图6所示。之后启动弯管设备弯曲管材，由于弹性夹头圆柱体外表面与定位器管直线段内表面紧密贴合，能有效避免了管材上与弯曲部位相连的直线段截面容易发生变形的问题。如图7所示为弯曲后的定位器管，使用该工装后，管径的变形尺寸控制在0.06mm以内，远小于改进前的0.5mm，在极大地提高了产品合格率以及后续装配工作效率的同时，也提高了产品质量，从而保证了接触网定位装置的安全性和可靠性。

图5 防变形弯管

图6 弯管过程

图7 定位器管实物图

3 结语

通过对现有特形定位器管弯管成形过程中存在的问题进行分析，设计了一种防弯管工装，解决了原弯管过程中管材直线段截面变形尺寸过大的问题，成功克服了弯管过程中的此类技术缺陷，使管径变形尺寸控制在0.06mm以内。使用该防变形弯管工装后的特形定位器已大批量生产并使用，效果良好。该设计方案可广泛应用于其他行业金属管材弯曲过程中，预防弯曲部位附近的直线段截面发生畸变的问题。