浅谈某过渡导轨滑架变形原因及改进措施

摘  要：本文针对某过渡导轨滑架变形问题，通过数值模拟方法对过渡导轨传动系统进行分析计算，以此校核过渡导轨强度是否满足使用要求，同时对过渡导轨滑架变形问题进行故障定位、机理分析。在此基础上，制定改进措施，结果表明该验证改进方案可满足工程使用要求。

关键词：导轨滑架;卡滞;变形

中图分类号：TH122    文献标识码：A    文章编号：2096-6903（2020）03-0000-00

0 引言

某过渡导轨滑架在进行某装备推装操作时，发生了变形现象，滑架变形如图1所示，过渡导轨结构如图2所示。

1 工作原理

过渡导轨用于装备推装（含装备支撑架）时连接A车与B，使装备（含装备支撑架）从A车上推装到B车上，或将B车上的装备支撑架拉回到A车上。在此对接过程中，过渡导轨在其油缸的驱动下伸出，与B车的装填接口对接，完成A车导轨与B车导轨的连接;其过渡导轨传动简图如图3所示。

2 极限受力条件分析

对过渡导轨滑架工作过程中的受力情况进行分析，在A车操作过程中，滑架在过渡导轨伸出时和推装小车卸载装备时会受力，本文对以上两种工况下滑架受力情况进行分析和计算[1，2]。

2.1 过渡导轨油缸推力分析

（1）正常状态滑架受力情况：根据分析，滑架在正常工作状态最大受力为10 800 N，该推力不会导致滑架变形。

（2）非正常状态滑架受力情况：在滑架工作过程中，若过渡导轨卡滞或过渡导轨前端与B车托架上的对接接口内壁接触，则此时滑架承受的推力为过渡导轨油缸溢流压力，由于过渡导轨油路与调平回路共用一个溢流阀，该回路溢流阀压力为20 MPa，计算油缸最大推力为：

根据公式（1）、公式（2）计算得：

F推=20×（50/2）2×π=39 250 N

数值模拟分析计算的滑架最大推力为39 250 N，应力及变形情况如图4所示。

数值模拟分析所得滑架的最大应力约为1 100 MPa，远大于滑架材料Q345A的屈服极限σs=345 MPa，滑架发生变形。

2.2 卸载装备时推装小车作用力分析

（1）正常状态滑架承受的推装小车作用力。从B车向A车卸载装备时，由于A车推装装置在装卸装备过程中存在前后移动，推装小车拉动装备，拉力反作用在推装装置上，带动推装装置向B车方向移动，而过渡导轨后端与滑架连接，滑架支撑在过渡导轨油缸上，过渡导轨前端顶住B车，则滑架受到推装小车的反作用力，按从B车向A车推装两套装备计算极限条件下滑架所承受的推装小车作用力：当从B车上卸下装备的过程中，若B车上装备出现卡滞，则此时推装小车的最大推力为马达的最大输出力;按公式（3）计算推装马达的最大拉力：

式中：i1—蜗轮蜗杆减速器的减速比，i1=20;Rl —链轮半径，Rl =0.030 4 m;—傳动效率，含链条（0.95）、万向节（0.95）、两对滚动轴承（0.982）;—蜗轮蜗杆减速器的传动效率，查蜗轮蜗杆减速器样本，当减速器转速为1 400 r/min时，=0.81;—锥齿轮减速器效率，=0.9;ηm—马达机械效率，ηm=0.8;p0—马达回油压力（MPa），取p0=0;V—马达排量（ml/r），V=21.1 ml/r。

马达最大工作压力通过压力继电器进行设定，其设定值为14～15 MPa，当过渡导轨油缸压力达到15 MPa时，压力继电器发出信号，电气系统停止给电磁离合器通电，推装小车停止运动，马达压力下降，当压力低于14 MPa时，电磁离合器通电，推装小车动作。

按公式（3）计算推装马达压力为15 MPa时的推力Ftz，则：

根据以上计算，过渡导轨所受推装力小于过渡导轨油缸所产生的推力10 800 N，所以，从B车上遥控卸载装备不会导致过渡导轨滑架变形。

（2）非正常状态滑架承受的推装小车作用力。在进行手动应急操作时，过渡导轨压力继电器及推装马达压力继电器均不采集信号，此时，若出现卡滞或到达极限位置，滑架将承受推装马达的最大输出力，该回路与调平系统为同一回路，其遗留压力为20 MPa;同时，由于此时推装小车无运动，所有传动环节只传递力而不传递运动，除马达机械效率外，其余传动效率应按100%计算，此时推装小车马达的输出力为：

该输出力将大于过渡导轨滑架所能承受的推力16 098 N。因此，在应急操作情况下，若B车上装备卡滞，将会导致过渡导轨滑架出现变形。滑架变形极限载荷为F=16 098 N，此时推装马达的极限压力为：P=18.2 MPa。

3 控制软件分析

压力继电器的极限压力设定值是根据A车过渡导轨油缸允许的最大工作压力来进行设定的，其设定值为5～5.5 MPa。当检测到过渡导轨油缸压力超过5.5 MPa时，压力继电器发出压力保护信号，过渡导轨油缸停止伸出动作;当油缸压力低于5 MPa时，过渡导轨油缸正常进行伸缩动作。对装备装填控制软件进行复查分析，发现以下问题：

在遥控、高速状态下，压力继电器未对过渡导轨油缸压力进行检测和保护，过渡导轨油路与调平回路共用一个溢流阀，溢流压力为20 MPa，在遥控、高速状态下伸出过渡导轨时，若过渡导轨卡滞，则此时过渡导轨油缸压力达到溢流压力20 MPa，所产生的推力大于滑架材料许用应力，导致滑架变形。

4 原因剖析

通过上述分析，导致滑架零件槽钢变形的原因是：（1）在应急伸出过渡导轨时，若出现卡滞，过渡导轨油缸压力达到20 MPa，超出滑架材料强度允许的过渡导轨油缸压力8.2 MPa，引起滑架变形;（2）在应急卸载装备时，若出现装备卡滞，推装马达压力达到20 MPa，超出滑架材料强度允许的推装马达压力18.2 MPa，引起滑架变形;（3）控制软件对过渡导轨高速伸出时未设置限制条件，过渡导轨在高速伸出时若出现卡滞，过渡导轨油缸压力达到20 MPa，引起滑架变形。

过渡导轨在手动应急操作伸出或遥控高速状态伸出过渡导轨时，过渡导轨油缸负荷过大，且未及时停止，过渡导轨油缸压力将到达溢流压力20 MPa;该工作压力下的推力，超过滑架材料屈服极限，导致滑架塑性变形;手动应急卸载装备时，若推装马达负荷过大，推装马达工作压力将到达溢流压力20 MPa;该工作压力下的推力，所超过滑架材料的屈服极限，导致滑架出现变形。滑架在正常工作时受力较小，而当过渡导轨前端卡滞时，滑架将承受过渡导轨油缸20Mpa工作压力所产生的最大推力，大于滑架零件槽钢的屈服极限。

5 改进措施

根据故障定位结果，结合故障机理，拟采取以下几点方法进行处理[3]：（1）更改控制软件，增加对过渡导轨快速伸出时的压力保护控制，保护压力上限为5.5 MPa;（2）增加手动应急操作时的注意事项提醒，即：手动操作过渡导轨伸缩时，若系统压力表显示压力大于5.5 MPa应立即停止操作，检查并排除故障后方可继续操作，手动操作推装小车动作时，若系统压力表显示压力大于15 MPa，应立即停止操作，检查并排除故障后方可继续操作。（3）增加警示牌，在阀组箱上增加应急操作警示牌，提醒操作人员在应急操作时的注意事项，警示牌内容如下：“过渡导轨手动伸缩压力不得大于5.5 MPa，推装小车手动动作压力不得大于15 MPa”。（4）加强操作培训，保证操作人员能正确操作A车应急装填功能;手动操作过渡导轨伸出，观察系统压力表显示的压力值若大于5.5 MPa，应及时停车检查，排除故障后才能继续操作;手动操作推装小车卸载装备，观察系统压力表显示的压力值若大于15 MPa，应及时停车检查，排除故障后才能继续操作。

6 验证情况

改进后，对A车进行应急装填装备功能试验，正常操作下，过渡导轨伸出时最大工作压力3.85 MPa;推装马达在推装装备时最大工作压力14 MPa;A车从B车上换装四发装备，试验后检查过渡导轨滑架无变形;A车工作正常。

根据软件更改方案，在装备装填控制软件V4.05基础上更改了一个装备装填控制软件V4.06试验版本。对某套A车装备装填控制软件更换为V4.06试验版本，进行试验验证，将过渡导轨快速伸出时压力继电器的检测值设置为5～5.5 MPa，分别进行了过渡导轨高速、低速状态下左、右导轨的单独动作、同时动作试验，A車过渡导轨伸出过程中无卡滞现象，左右过渡导轨伸出速度一致;过渡导轨伸出到位后，压力超过设置值时自动停止，过渡导轨伸出及压力保护功能满足使用条件，软件更改方案正确有效。

7 结论

根据以上分析及试验验证，引起A车过渡导轨滑架变形问题的原因是：过渡导轨高速伸出时，控制程序未设置保护措施，当过渡导轨出现卡滞时，滑架承受的压力大于其本身材料屈服极限，引起滑架变形。故障问题定位准确，机理清楚，采取完善控制软件、增加警示牌、加强操作培训的方法，可以有效避免过渡导轨滑架变形问题。

参考文献

[1] 郑凯，胡仁喜，陈鹿民.ADAMS 2005机械设计高级应用实例[M].北京：机械工业出版社，2006.

[2] 卢耀祖，郑惠强.机械结构设计[M].上海：同济大学出版社，2004.

[3] 闫伍平，黄成.中文版UG NX8.0技术大全[M].北京：人民邮电出版社，2013.

收稿日期：2020-02-25

作者简介：李发贵（1981—），女，青海海东人，本科，工程师，研究方向：机械结构。