吳永錄 章寅寅

1.中國(guó)鐵路成都局集團(tuán)有限公司貴陽(yáng)車輛監(jiān)造項(xiàng)目部 貴州 貴陽(yáng) 550017；

2.中車貴陽(yáng)車輛有限公司 貴州 貴陽(yáng) 550017

前言

ST1-600、ST2-250型閘調(diào)器（以下簡(jiǎn)稱閘調(diào)器）在運(yùn)用中后蓋脫出已成為其慣性質(zhì)量問(wèn)題之一。貴陽(yáng)公司2019年08月至2020年11月共檢修閘調(diào)器12030件，發(fā)現(xiàn)筒體后蓋松動(dòng)的1100件，占比9.14%，松動(dòng)的后蓋在運(yùn)用時(shí)可能就會(huì)脫出，對(duì)閘調(diào)器運(yùn)用將產(chǎn)生較大影響，存在較為嚴(yán)重的質(zhì)量安全隱患。如何解決閘調(diào)器后蓋脫出問(wèn)題，已成為亟待解決的問(wèn)題。

1 筒體與后蓋配合結(jié)構(gòu)分析

由閘調(diào)器筒體、后蓋圖樣可知，筒體與后蓋配合為過(guò)盈配合，過(guò)盈量為0.07～0.178mm，過(guò)盈配合有效接觸長(zhǎng)度為5mm；后蓋壓入筒體后，邊緣再滾壓成型，筒體形成一個(gè)包角包住后蓋，包角大小為后蓋該處角度大小，為11°或25°。

對(duì)上述結(jié)構(gòu)我們從兩方面進(jìn)行理論分析[1]：一方面是閘調(diào)器運(yùn)用時(shí)后蓋可能的最大受力分析，另一方面是后蓋壓出力分析。通過(guò)對(duì)比上述兩方面分析結(jié)果，判斷設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)是否存在缺陷。

1.1 閘調(diào)器后蓋最大受力分析

針對(duì)目前的鐵路通用貨車，綜合對(duì)比各種制動(dòng)系統(tǒng)配置發(fā)現(xiàn)，當(dāng)采用356×254制動(dòng)缸、ST2-250型閘調(diào)器、4.8的制動(dòng)倍率時(shí)在重車工況下閘調(diào)器拉桿受力最大，根據(jù)杠桿原理可知，閘調(diào)器拉桿所受拉力與制動(dòng)缸推力關(guān)系表達(dá)式為：

F拉為閘調(diào)器拉桿受力，F(xiàn)制為制動(dòng)缸推桿推力，a為制動(dòng)杠桿上制動(dòng)缸推桿圓銷孔與閘調(diào)器拉桿頭圓銷孔距離，b為制動(dòng)杠桿上閘調(diào)器拉桿頭圓銷孔與上拉桿圓銷孔距離。

基于上述制動(dòng)系統(tǒng)配置，取重車位制動(dòng)缸壓力為380kPa（實(shí)際受主管定壓、制動(dòng)缸行程會(huì)不同，該處按正常情況重車制動(dòng)缸壓力標(biāo)準(zhǔn)值上限取值），制動(dòng)缸直徑為356mm，制動(dòng)杠桿尺寸329mm×548mm，忽略制動(dòng)缸緩解彈簧反力等阻力，得出閘調(diào)器拉桿所受拉力為：

后蓋受力主要是主彈簧對(duì)其推力，在某些極端情況下，如主彈簧壓并且制動(dòng)缸未達(dá)到全行程時(shí)，后蓋受到主彈簧的推力與拉桿頭受到拉力相等，即可達(dá)到60.5kN。

1.2 后蓋壓出力分析

對(duì)后蓋與筒體配合過(guò)盈量取下限0.07mm，包角分別取11°、25°，通過(guò)有限元軟件ABAQUS進(jìn)行有限元仿真分析，確定不同情況下的壓出力，具體結(jié)果如表1所示。

根據(jù)表1可知：后蓋11°包角、0.07mm過(guò)盈狀態(tài)下，壓出力為45.4KN；后蓋25 °包角、0.07mm過(guò)盈狀態(tài)下，壓出力為60.84KN。

因此，根據(jù)上表壓出力結(jié)果對(duì)比上述制動(dòng)系統(tǒng)配置在重車工況某些極端狀況下主彈簧壓并時(shí)后蓋受力60.5kN可知：11°包角后蓋可能被壓出；25°包角后蓋剛剛滿足其受力極限，并無(wú)安全余量，隨著運(yùn)用也可能被壓出。說(shuō)明閘調(diào)器筒體與后蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在一定缺陷。

表1 壓出力分析結(jié)果

2 筒體與后蓋配合結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

根據(jù)《ST2-250型閘調(diào)器設(shè)計(jì)說(shuō)明書》可知，閘調(diào)器設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)中規(guī)定其最大允許拉力為78.4kN，該拉力即指拉桿最大允許拉力[2]。因某些極端情況下后蓋受力與拉桿受力相等，故后蓋應(yīng)滿足在78.4kN壓力作用下不脫出。以此為基礎(chǔ)，通過(guò)有限元分析計(jì)算后蓋過(guò)盈量及包角分別須達(dá)到怎樣的參數(shù)，才能滿足在78.4kN壓力作用下后蓋不脫出；另一方面，參照前蓋與筒體配合結(jié)構(gòu)對(duì)后蓋與筒體配合結(jié)構(gòu)更改為螺紋連接，通過(guò)有限元分析計(jì)算相應(yīng)的壓出力，判斷螺紋連接的可靠性。通過(guò)分析：后蓋與簡(jiǎn)體過(guò)盈量為0.22mm時(shí)，其壓出力為78.6kN；后蓋與簡(jiǎn)體包角角度為35°時(shí)，其壓出力為91.72kN；后蓋與簡(jiǎn)體為螺旋連接方式時(shí)，其壓出力為170.20kN；均能滿足在78.4kN壓力作用下后蓋不脫出。

因此，一定程度上增加后蓋與筒體配合過(guò)盈量或增大包角可增大其配合強(qiáng)度；將配合結(jié)構(gòu)改為螺紋結(jié)構(gòu)，配合強(qiáng)度將大幅度增加。因此，可通過(guò)優(yōu)化筒體與后蓋配合的過(guò)盈量及包邊角度技術(shù)參數(shù)或?qū)⑵渑浜辖Y(jié)構(gòu)改為螺紋連接能有效解決閘調(diào)器后蓋脫出問(wèn)題。

3 結(jié)束語(yǔ)

3.1 不改變

既有配合方式情況下，閘調(diào)器后蓋與筒體配合過(guò)盈量建議設(shè)計(jì)為0.22mm，同時(shí)將筒體與后蓋包邊角度設(shè)計(jì)為35°。

3.2 改變

既有配合方式情況下，閘調(diào)器后蓋與筒體配合方式建議改為螺紋連接。