城轨车辆转臂式轴箱关节更换装置分析

文 / 何鹏 陈倩 株洲九方装备股份有限公司

0 引言

对于城轨车辆来说，转臂式轴箱和油压减震器、螺旋弹簧等形成完整的悬挂系统，可以使得车轮的牵引以及制动作用力传递到构架上而完成车辆的牵引和制动，转臂式轴箱关节质量情况直接影响着城轨车辆性能以及行车安全性。橡胶关节是转臂式轴箱最主要的部分之一，充分利用橡胶特性（包括弹性、多维度变形能力）实现柔性连接，此种连接方式不会产生摩擦所以并不用润滑，具有较强的振动缓冲作用。转臂式轴箱关节是比较容易受到损坏的部件，为了确保车辆行车的安全性需要对其进行定期检修以及更换。通过转臂式轴箱关节更换装置能够更加快速、准确、高效的对橡胶关节进行更换，所以分析研究城轨车辆转臂式轴箱关节更换装置具有非常现实的意义。

1 城轨车辆转臂式轴箱关节更换装置方案分析

1.1 轴箱体以及橡胶关节结构性分析

对于城轨车辆来说，为了确保运行过程中部件的稳定性，转臂式轴箱体内孔和橡胶关节采取的是过盈配合（即依靠轴与孔的过盈值，装配后使零件表面间产生弹性压力，从而获得紧固的联接）的方式。

按照基本设计要求可知，在进行轴箱体和橡胶关节装配过程中，在长度方向橡胶关节和轴箱体两侧压装深度相同，控制其对称度为0.3mm。需要注意的是，在对橡胶关节压装过程中一定要避免橡胶件受到外力影响，并且要确保橡胶关节

外圆金属件只可以承受压力作用。另外，为了确保安装的准确性，需要控制橡胶关节芯轴平面和轴箱体中心线的平行度在0.3mm以下。

1.2 转臂式轴箱关节更换装置初期方案设计

从上述分析可知，转臂式轴箱关节更换装置在进行方案设计时最关键的问题就是要确保装配之后能够保证橡胶关节的对称度以及平行度，除此之外更换装置也要具有足够的刚度和稳定性，以便橡胶关节可以有效压入压出。为了满足城轨车辆转臂式轴箱关节结构设计以及装配工艺方面的要求，橡胶关节更换装置要包括压装平台、导向定位部分、压入压出机构等多部分，关节更换装置初期设计方案如图1所示。

从图1中能够得知压装平台包括底板、支撑环、吊环等多个部分，而导向定位部分主要包括导向滑块、弹簧定位销、导向销、弹簧等等部分。总的来说，此设计方案得到的关节更换装置具有如下几方面特点：

第一，此设计方案采取的是轴箱体轴承安装孔实施定位，通过轴承安装孔端面和橡胶关节安装孔端面实施支撑，这样就能够确保设计基准（基准A）和工艺基准的一致性，从而提升了装置使用的有效性；

第二，由于此装置较为复杂，所以为了防止工装受到加工误差、装配误差的影响，压装平台采取一体化的方式。两个支撑环利用配钻安装销轴的方式进行定位，同时导向定位机构的导向滑块体、导向销和压装平台各个部分之间实现高精度的配合，这样就能够提升橡胶关节的定位精度；

第三，为了满足橡胶关节对称度方面的要求，本方案设计了压入机构的限位装置；

第四，为了能够对橡胶关节实现动态的支撑定位，本方案设定了弹簧支撑导向滑块体。

2 城轨车辆转臂式轴箱关节更换装置结构设计

2.1 城轨车辆转臂式轴箱关节更换装置的基本概况

城轨车辆转臂式轴箱关节更换装置主要采取的压力机当做动力源，为了能够更加便利的进行使用、降低其维护费用，完成了压装平台的组装调试之后不用对其进行拆装就可以直接进行使用，这样也能够确保较好的压装精度，此种结构相对简单并且操作便利，同时具有较高的工作精度。装置的机械结构部分采用的是45号钢（优质碳素结构钢）进行加工，为了提升其综合性能需要对其进行调质处理，之后对其进行精加工，并且完成工件加工之后为了提升其防腐性能需要对其涂抹防腐油漆处理。在进行橡胶关节的拆解和组装过程中无需过多复杂操作，只要对导向定位机构、压入压出机构进行简单更换即可，同时在压装平台上配置有多个吊环孔，以便对整个装置进行吊运。

2.2 压装平台

压装平台是整个转臂式轴箱关节更换装置的基础性部分，主要用于定位支撑等作用。压装平台中的每部分都具有相应的作用，两个支撑环通过定位销和底板定位，通过螺栓进行连接，两个支撑环的定位尺寸保持在400（±0.15mm）mm。支撑环一主要用在支撑轴箱体橡胶关节安装孔端面，支撑环二主要用于定位轴箱体轴承安装孔，这样就可以确保设计基准和压装基准的统一性。采用此种方式不但可以有效降低零件的加工成本，同时能够确保组装之后的较高精度。另外，吊环螺栓主要用于整个压装平台的起吊运输，支撑螺栓主要用于支撑轴箱体偏载重量。

2.3 压入压出机构

压入压出机构的作用主要是为了将橡胶关节压入或者压出到轴箱体当中，需要在压入压出机构中设置限位机构，能够确保压装过程中的自动限位，这样就可以确保轴箱体和橡胶关节装配后平行度和对称度的要求。

2.4 弹簧设计计算

对于城轨车辆转臂式轴箱关节更换装置的结构分析可知，弹簧克服的最小载荷为导向滑块以及橡胶关节所具有的重量（P1=205.8N），最小的载荷高度为橡胶关节和轴箱体相接位置的初始压装位置（H1=180mm），按照橡胶关节的压入量能够计算出弹簧的工作行程（h=93.5mm），以上述条件为基础，相关设计人员需要通过《机械设计手册》来确定出弹簧的具体参数，包括材料直径d=6mm，弹簧中径D=70mm，弹簧材料65Mn，弹簧有限圈数n=8，工作极限载荷下单圈变形量20.53mm以及切变模量G=79kMPa，得出具体的参数之后，需要将其带入公式计算弹簧的刚度为4.66N/mm、自由高度224.1为mm以及节距为26.38mm，最后还要检验设计的弹簧是否符合标准，通过计算最小载荷高度176mm以及最大载荷436N,所以弹簧设计满足标准。

3 进行实物的验证

按照以上设计内容为基础制作出一整套城轨车辆转臂式轴箱关节更换装置，同时采用此更换装置对于实际产品实施组装实验，以便确定所设计装置的有效性。具体的实验结果为：轴箱体压装橡胶关节之后很难顺利将其取出，主要是由于橡胶关节受到了导向滑块体的影响而无法顺利取出。针对此种问题可以采取如下解决措施：

进一步提升图4中导向滑块体和导向销的加工精度，同时有效降低导向滑块体和橡胶关节的接触面积。在此基础上需要在支撑环一的下部设置通孔来防止压装之后因为支撑环一内外压差而造成橡胶关节无法取出的问题。

4 结束语

本文主要分析了轴箱体以及橡胶关节结构性特点，在此基础上提出了转臂式轴箱关节更换装置设计方案，同时对于具体方案进行了验证及改善，能够对压装工艺进行优化，可以进一步提升城轨车辆转臂式轴箱关节压装精度和效率，对于推动城轨发展具有现实意义。