(中車株洲電力機(jī)車有限公司，湖南 株洲 412001)

1 概述

輪對(duì)空心軸式結(jié)構(gòu)在機(jī)車及動(dòng)力集中型動(dòng)車組中廣泛應(yīng)用?？招妮S橡膠關(guān)節(jié)的組裝是輪對(duì)空心軸式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向架組裝中的重要一環(huán)?？招妮S結(jié)構(gòu)如圖1所示?？招妮S由軸身與軸端兩個(gè)部分組成，這兩部分通過(guò)焊接的方式連接在一起。軸端上6個(gè)圓孔需安裝橡膠關(guān)節(jié)，并要求對(duì)橡膠關(guān)節(jié)外壁折彎使其與空心軸表面緊貼，以保證連接的可靠性。橡膠關(guān)節(jié)如圖2所示，主要由內(nèi)球，外環(huán)和橡膠組成，橡膠分布在內(nèi)球與外環(huán)之間。橡膠關(guān)節(jié)通過(guò)擠壓或拉伸橡膠可實(shí)現(xiàn)一定量的軸向或徑向移動(dòng)。

圖1 空心軸結(jié)構(gòu)

圖2 橡膠關(guān)節(jié)

2 工藝分析

2.1 橡膠關(guān)節(jié)組裝工藝分析

空心軸軸端橡膠關(guān)節(jié)安裝孔尺寸為φ100(0，+0.054)，橡膠關(guān)節(jié)在未安裝狀態(tài)下外圓參考尺寸為φ102。因此，在安裝橡膠關(guān)節(jié)時(shí)，需通過(guò)外力將橡膠關(guān)節(jié)外環(huán)收縮2 mm左右，使其裝入空心軸橡膠關(guān)節(jié)安裝孔中，直至橡膠關(guān)節(jié)外環(huán)止擋與空心軸接觸。

2.2 橡膠關(guān)節(jié)折彎工藝分析

橡膠關(guān)節(jié)壓入空心軸安裝孔中后，需將其外壁折彎，使其緊貼空心軸表面，保證安裝牢靠。橡膠關(guān)節(jié)外壁折彎為HXD1D型機(jī)車和FXD1型動(dòng)車組輪對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置組裝的工藝難點(diǎn)之一。待折彎的橡膠關(guān)節(jié)外壁示意圖如圖3所示，高度約為3.50 mm，厚度約為1.30 mm。待折彎材料機(jī)械性能與45#鋼類似，且折彎的工作空間較為狹窄，工作尺寸較為細(xì)小?？刹捎萌缦聝煞N方式進(jìn)行橡膠關(guān)節(jié)外壁折彎：①使用鏨子配合鐵錘進(jìn)行敲擊，沿圓周方向?qū)⒄ο鹉z關(guān)節(jié)外壁逐步敲擊至緊貼空心軸表面。②設(shè)計(jì)制作專用折彎工裝，借助立式壓力機(jī)，將橡膠關(guān)節(jié)外壁折彎至緊貼空心軸表面。折彎后橡膠關(guān)節(jié)示意圖如圖4所示。

圖3 待折彎橡膠關(guān)節(jié)示意圖

圖4 折彎后橡膠關(guān)節(jié)示意圖

以上兩種方式均可簡(jiǎn)單便捷地實(shí)現(xiàn)橡膠關(guān)節(jié)的外壁折彎。但是采用第一種方式進(jìn)行折彎完全依賴人工，因敲擊力度難以掌控，折彎后表面不平整，折彎質(zhì)量較差。因此宜采用第二種方式。

3 工裝設(shè)計(jì)及優(yōu)化

橡膠關(guān)節(jié)原折彎工裝結(jié)構(gòu)如圖5所示，當(dāng)橡膠關(guān)節(jié)壓入空心軸橡膠關(guān)節(jié)安裝孔后，將該工裝放置在橡膠關(guān)節(jié)待折彎處，并左右調(diào)整工裝，使工裝工作面卡在六連桿橡膠關(guān)節(jié)外壁的內(nèi)側(cè)，再啟動(dòng)單柱立式壓力機(jī)，使得六連桿橡膠關(guān)節(jié)外壁沿著該工裝工作面的外形軌跡移動(dòng)，從而完成翻邊。該工裝使用效果良好，但是仍然存在約1%的報(bào)廢率。

圖5 原橡膠關(guān)節(jié)折彎工裝

對(duì)報(bào)廢橡膠關(guān)節(jié)形態(tài)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)大部分是向內(nèi)側(cè)折彎或者外壁被工裝從中間切斷。形態(tài)如圖6、圖7所示。

圖6 折彎報(bào)廢橡膠關(guān)節(jié)形態(tài)1

圖7 折彎報(bào)廢橡膠關(guān)節(jié)形態(tài)2

3.1 結(jié)合橡膠關(guān)節(jié)折彎原理，分析橡膠關(guān)節(jié)報(bào)廢原因

1)由于空心軸橡膠關(guān)節(jié)安裝內(nèi)孔尺寸比橡膠關(guān)節(jié)外圓尺寸小，橡膠關(guān)節(jié)壓入空心軸時(shí)，呈壓縮狀態(tài)，其待折彎的外壁有向內(nèi)側(cè)彎曲的形態(tài)，且圓度變大，因此橡膠關(guān)節(jié)外壁可能未按理想狀態(tài)沿著工裝軌跡運(yùn)動(dòng)，造成橡膠關(guān)節(jié)外壁內(nèi)翻或者從中間被切斷。

2)橡膠關(guān)節(jié)折彎數(shù)量龐大，每臺(tái)車需使用折彎工裝144次，根據(jù)目前產(chǎn)量估算，年折彎達(dá)4萬(wàn)次以上。而工裝的工作面是由幾段細(xì)小的圓弧組成，因此極易造成工裝工作面疲勞磨損，從而導(dǎo)致工裝失效，折彎成功率降低。

3)工裝安裝時(shí)無(wú)定位裝置，完全依靠操作者經(jīng)驗(yàn)判斷是否安裝到位。容易產(chǎn)生因“人”的因素導(dǎo)致橡膠關(guān)節(jié)報(bào)廢。

根據(jù)上述原因，對(duì)工裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，如圖8所示。

圖8 優(yōu)化后的橡膠關(guān)節(jié)折彎工裝

3.2 優(yōu)化步驟

1)由原來(lái)“一步到位”的折彎方式改為分步進(jìn)行，先使用A面朝上對(duì)六連桿橡膠關(guān)節(jié)外壁進(jìn)行預(yù)折彎，即向外側(cè)翻轉(zhuǎn)60°，再用另一面將其壓緊，使其緊貼工件表面。即使六連桿橡膠關(guān)節(jié)外壁在壓入工件時(shí)向內(nèi)傾斜或者不圓，也不影響預(yù)折彎。

2)增加了定位裝置。中間的立柱既是定位裝置又是壓頭，操作者在安裝工裝時(shí)無(wú)需再進(jìn)行調(diào)整，只需將立柱套入六連桿橡膠關(guān)節(jié)內(nèi)孔中即可。

3)將工裝的材料由原來(lái)的45鋼更改為40Cr。40Cr的淬透性更好，在熱處理后，工裝的強(qiáng)度、硬度等機(jī)械性能會(huì)明顯提升。一方面新工裝工作面的磨損對(duì)其功能產(chǎn)生的影響較小，另一方面新工裝機(jī)械性能大幅提升，因此新工裝的使用壽命將大大增加。

新工裝經(jīng)工藝驗(yàn)證，能較好地實(shí)現(xiàn)橡膠關(guān)節(jié)外壁折彎，如圖9所示。長(zhǎng)期跟蹤結(jié)果表明，新工裝折彎成功率達(dá)到100%。

圖9 試用新工裝折彎效果圖

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)橡膠關(guān)節(jié)外壁折彎工藝進(jìn)行了分析，并討論研究了對(duì)原有橡膠關(guān)節(jié)外壁折彎工裝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化設(shè)計(jì)后的工裝能有效提升折彎成功率，實(shí)現(xiàn)了六連桿橡膠關(guān)節(jié)翻邊從需熟練工操作的“技術(shù)活”到新人也能操作的“機(jī)械活”，為企業(yè)節(jié)省了大量物料和人工成本。