吳克明

(上海鐵路局動(dòng)車段 上海 201812)

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一款新型閘片更換工裝的設(shè)計(jì)

吳克明

(上海鐵路局動(dòng)車段 上海 201812)

CRH2A型動(dòng)車組早期運(yùn)用的閘片更換費(fèi)力耗時(shí)，如遇生銹卡殼則更換作業(yè)難度大，效率低。為優(yōu)化閘片更換工裝以及提高閘片生銹卡殼時(shí)的更換效率，設(shè)計(jì)了新型閘片更換工裝，并對(duì)其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行了分析計(jì)算。關(guān)鍵詞：閘片；工裝；強(qiáng)度；有限元計(jì)算

國內(nèi)運(yùn)用較早的一批CRH2A型動(dòng)車組的盤形制動(dòng)裝置閘片使用燕尾槽和閘片托鎖緊的結(jié)構(gòu)方式，該型閘片更換作業(yè)較繁瑣，各檢修單位更換方法和工裝不一，且遇到閘片生銹卡殼時(shí)，檢修人員更換難度明顯加大，耗費(fèi)大量人力和時(shí)間。為提高該型閘片日常更換效率及解決生銹卡殼時(shí)的更換難題，依據(jù)閘片及其安裝特點(diǎn)設(shè)計(jì)出了高效實(shí)用且更易操作的閘片更換工裝。

確定該工裝的總體設(shè)計(jì)方案后，建立三維實(shí)體模型，運(yùn)用有限元仿真軟件ANSYS對(duì)工裝主件在實(shí)際使用中的應(yīng)力和載荷分布進(jìn)行仿真計(jì)算分析，結(jié)合應(yīng)力分布云圖和有效載荷下的最大變形量等參數(shù)結(jié)果對(duì)工裝進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。依據(jù)機(jī)械師對(duì)樣件的多次實(shí)際測(cè)試結(jié)果修改設(shè)計(jì)方案，并最終定型，完成工裝制作后交付現(xiàn)場(chǎng)使用。

1 閘片卡工裝的總體設(shè)計(jì)

當(dāng)前的閘片更換工裝效率低的最主要原因是更換閘片時(shí)工裝和閘片之間的受力作用不合理，只使用1根撬棍穿插進(jìn)閘片下端的吊裝小孔，然后敲打撬棍進(jìn)行更換作業(yè)，使得閘片受力方向和鉛垂方向間有一定傾斜，從而對(duì)閘片質(zhì)心產(chǎn)生逆時(shí)針力矩，閘片側(cè)邊和燕尾槽間壓力增大，擠壓更緊，摩擦力增大，難以更換。如此作業(yè)的缺點(diǎn)是受力點(diǎn)不合理且操作繁瑣，閘片突然下墜落地易砸傷人員。

為解決以上問題，優(yōu)化設(shè)計(jì)的更換工裝必須增加受力面積并且使得作用于閘片上的下拉力方向?yàn)殂U垂方向，合力對(duì)質(zhì)心不產(chǎn)生力矩?；谶@樣的思路并結(jié)合閘片自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了新的工裝設(shè)備(見圖1)。閘片卡的頭部設(shè)計(jì)成帽形結(jié)構(gòu)以便卡住并貼合閘片的上端面處，有效增大了閘片卡和閘片間的受力面積。閘片卡的中部結(jié)構(gòu)是1根橫斷面為梯形結(jié)構(gòu)的四棱柱，上端面水平，下端面有一定斜度，該棱柱在閘片卡和閘片貼合時(shí)插入閘片的中間寬槽中，起到定位卡緊和傳遞載荷的作用。閘片卡的尾部由兩部分組成：閘片定位槽和載荷作用面(見圖2)。定位槽可卡住閘片下端部，對(duì)閘片卡施加橫向約束，使工裝不易跳動(dòng)脫落并可防止閘片突然下墜砸傷人員。載荷作用面是閘片卡的垂向作用力承載部位，當(dāng)閘片稍松時(shí)，作業(yè)者可用人力向下壓或拉動(dòng)閘片卡帶動(dòng)閘片滑出；當(dāng)閘片卡緊或生銹時(shí)，可用錘子錘擊該水平承載面，甚至可在此面上使用小型千斤頂(結(jié)合套筒連桿)將閘片換下。為增加結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，在定位槽和載荷作用面的下端面分別加了加強(qiáng)筋。

2 工裝結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的有限元計(jì)算分析

2.1 閘片卡的材料和實(shí)體模型

閘片卡有限元分析模型采用空間笛卡爾坐標(biāo)系，Y軸指向車輛運(yùn)行前方，X軸與線路方向相垂直，Z軸垂直于軌道平面，其正方向?yàn)樨Q直向上。閘片卡工裝材料為調(diào)質(zhì)45#鋼，安全系數(shù)n=1.5，屈服極限[σs] =400 MPa，許用應(yīng)力[σ]=267 MPa 。閘片卡的三維模型總體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖1 閘片卡總體結(jié)構(gòu)及局部主視圖

圖2 閘片卡的尾部結(jié)構(gòu)

圖3 閘片卡三維實(shí)體模型

2.2 邊界條件和計(jì)算工況

為了準(zhǔn)確模擬閘片卡在實(shí)際使用中的受力情況，在有限元分析模型中對(duì)閘片卡的帽形頭部和閘片端面貼合面上節(jié)點(diǎn)施加UX、UZ、VELY、VELZ約束、對(duì)中部定位筋下端面節(jié)點(diǎn)施加UZ、VELZ約束、對(duì)尾部定位槽的內(nèi)側(cè)縱向面上節(jié)點(diǎn)施加UY約束。在尾部載荷承載面上分別依據(jù)不同的工況施加一定的面載荷壓強(qiáng)。

承載臺(tái)有效載荷面積S=2 748 mm2，依據(jù)使用情況的不同，仿真了3種工況。工況1：加載載荷為10 kg時(shí)，則承載面上的壓強(qiáng)為0.036 MPa；工況2：加載載荷為50 kg時(shí)，則承載面上的壓強(qiáng)為0.18 MPa；工況3：加載載荷為80 kg時(shí)，則承載面上的壓強(qiáng)為 0.29 MPa。

2.3 強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果

在3種工況下，閘片卡結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力出現(xiàn)位置均在承載臺(tái)與閘片卡方孔交接處，最大應(yīng)力依次為24.08 MPa、121.66 MPa、192.80 MPa。閘片卡在工況2下的應(yīng)力云圖如圖4所示。

圖4 閘片卡工況2下的應(yīng)力云圖

3 結(jié)論

依據(jù)以上分析數(shù)據(jù)和仿真結(jié)果，新設(shè)計(jì)的閘片更換工裝設(shè)備能夠滿足3種工況的靜強(qiáng)度要求，且3種工況的仿真載荷數(shù)值能夠滿足實(shí)際使用的要求，所以該閘片卡能夠滿足一定強(qiáng)度的可靠性要求。閘片卡的實(shí)物照片和現(xiàn)場(chǎng)使用情況如圖5所示。

(a)閘片卡實(shí)物圖 (b)現(xiàn)場(chǎng)使用圖5 閘片卡實(shí)物及現(xiàn)場(chǎng)使用

該工裝經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)使用考核情況很好，能夠穩(wěn)定承受更換作業(yè)時(shí)施加的載荷，提高了CRH2A型部分動(dòng)車組閘片更換作業(yè)的效率?！?/p>

(編輯：繆 媚)

2095-5251(2016)06-0045-02

2016-02-24

吳克明(1989-)，男，碩士研究生學(xué)歷，助理工程師，從事動(dòng)車組運(yùn)用維修及故障預(yù)測(cè)與健康管理(PHM)方面研究。

U279.3+2

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