吳克明

(上海鐵路局動車段 上海 201812)

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一款新型閘片更換工裝的設(shè)計

吳克明

(上海鐵路局動車段 上海 201812)

CRH2A型動車組早期運用的閘片更換費力耗時，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的更換效率，設(shè)計了新型閘片更換工裝，并對其結(jié)構(gòu)強度進(jìn)行了分析計算。關(guān)鍵詞：閘片；工裝；強度；有限元計算

國內(nèi)運用較早的一批CRH2A型動車組的盤形制動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，檢修人員更換難度明顯加大，耗費大量人力和時間。為提高該型閘片日常更換效率及解決生銹卡殼時的更換難題，依據(jù)閘片及其安裝特點設(shè)計出了高效實用且更易操作的閘片更換工裝。

確定該工裝的總體設(shè)計方案后，建立三維實體模型，運用有限元仿真軟件ANSYS對工裝主件在實際使用中的應(yīng)力和載荷分布進(jìn)行仿真計算分析，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)果對工裝進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。依據(jù)機械師對樣件的多次實際測試結(jié)果修改設(shè)計方案，并最終定型，完成工裝制作后交付現(xiàn)場使用。

1 閘片卡工裝的總體設(shè)計

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，從而對閘片質(zhì)心產(chǎn)生逆時針力矩，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)的缺點是受力點不合理且操作繁瑣，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為鉛垂方向，合力對質(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，設(shè)計了新的工裝設(shè)備(見圖1)。閘片卡的頭部設(shè)計成帽形結(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，對閘片卡施加橫向約束，使工裝不易跳動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，作業(yè)者可用人力向下壓或拉動閘片卡帶動閘片滑出；當(dāng)閘片卡緊或生銹時，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)強度，在定位槽和載荷作用面的下端面分別加了加強筋。

2 工裝結(jié)構(gòu)強度的有限元計算分析

2.1 閘片卡的材料和實體模型

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，其正方向為豎直向上。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 閘片卡三維實體模型

2.2 邊界條件和計算工況

為了準(zhǔn)確模擬閘片卡在實際使用中的受力情況，在有限元分析模型中對閘片卡的帽形頭部和閘片端面貼合面上節(jié)點施加UX、UZ、VELY、VELZ約束、對中部定位筋下端面節(jié)點施加UZ、VELZ約束、對尾部定位槽的內(nèi)側(cè)縱向面上節(jié)點施加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。

承載臺有效載荷面積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，則承載面上的壓強為0.036 MPa；工況2：加載載荷為50 kg時，則承載面上的壓強為0.18 MPa；工況3：加載載荷為80 kg時，則承載面上的壓強為 0.29 MPa。

2.3 強度計算結(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)計的閘片更換工裝設(shè)備能夠滿足3種工況的靜強度要求，且3種工況的仿真載荷數(shù)值能夠滿足實際使用的要求，所以該閘片卡能夠滿足一定強度的可靠性要求。閘片卡的實物照片和現(xiàn)場使用情況如圖5所示。

(a)閘片卡實物圖 (b)現(xiàn)場使用圖5 閘片卡實物及現(xiàn)場使用

該工裝經(jīng)現(xiàn)場使用考核情況很好，能夠穩(wěn)定承受更換作業(yè)時施加的載荷，提高了CRH2A型部分動車組閘片更換作業(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，從事動車組運用維修及故障預(yù)測與健康管理(PHM)方面研究。

U279.3+2

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